Система цифровой обработки аналоговых сигналов

Обработка аналоговых сигналов является наиболее общей задачей ЦОС. Она включает преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, их алгоритмическую обработку и при необходимости обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Общая структурная схема системы цифровой обработки аналоговых сигналов приведена на рис. 8.8.

Общая структура системы ЦОС

Рис. 8.8. Общая структура системы ЦОС

Входной аналоговый сигнал xBX(t) в этой схеме поступает на АЦП через аналоговый фильтр нижних частот ФНЧ1 с частотой среза 4. Фильтр обеспечивает ограничение полосы частот входного сигнала (включая и сопутствующие сигналу шумы и помехи) максимальной частотой fm ~fc, соответствующей используемой в АЦП частоте дискретизации сигнала по времени Ц > 2fm. Он ослабляет искажения наложения при дискретизации сигналов с неограниченным по частоте спектром и называется противомаскировочным фильтром, или аналоговым преселектором.

Процессором ЦОС в соответствии с заданным алгоритмом цифровой обработки (оператором Ф) входной цифровой сигнал хцд) преобразуется в выходной цифровой сигнал системы

уц(/?Ц) = Ф[хцд)]. (8.11)

Аналоговый выходной сигнал системы уВых(Ц получается (или восстанавливается) из цифрового сигнала уц(/?Гд) с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП), преобразующего его в квантованный по уровню аналоговый сигнал у(Ц) ступенчатой формы, и аналогового ФНЧ2, которым ограничивается частотный спектр и подавляются высокочастотные компоненты выходного сигнала. Этот фильтр с частотой среза4 называют также сглаживающим.

Совокупность элементов ФНЧ1, АЦП, ЦАП и ФНЧ2 системы цифровой обработки аналоговых сигналов, выполняющих преобразования сигналов вида А/А, А/Ц и Ц/А, образует подсистему аналогового ввода-вывода, или аналого-цифрового интерфейса системы ЦОС.

Методы ЦОС

В зависимости от области применения, в ЦОС используются различные методы. На рис. 8.9 показаны некоторые из популярных областей применения ЦОС [76]. Как видно, применение ЦОС весьма обширно. И для каждого направления существуют свои методы.

Назовем основные из методов ЦОС и решаемые этими методами задачи:

  • линейная фильтрация — селекция сигнала в частотной области; синтез фильтров, согласованных с сигналами; частотное разделение каналов; цифровое преобразование Гильберта; коррекция характеристик каналов;
  • спектральный анализ — обработка речевых, звуковых, сейсмических, гидроакустических сигналов; распознавание образов;
  • частотно-временной анализ — компрессия изображений; гидро- и радиолокация; разнообразные задачи обнаружения сигнала;
  • адаптивная фильтрация — обработка речи, изображений; распознавание образов; подавление шумов; адаптивные антенные решетки;
  • нелинейная обработка — вычисление корреляций, медианная фильтрация; синтез амплитудных, фазовых, частотных детекторов; обработка речи; векторное кодирование;
  • многоскоростная обработка — интерполяция (увеличение) и децимация (уменьшение) частоты дискретизации в многоскоростных системах телекоммуникации, аудиосистемах;
  • свертка',
  • секционная свертка.

Космос

  • - Оптимизация процесса фотосъёмки из космоса
  • - Сжатие данных
  • - Интеллектуальный сенсорный анализ с помощью удалённых космических зондов

Медицина

  • - Диагностические изображения (компьютерная томография, MP-томография, ультразвук и т. д.)
  • - Анализ ЭКГ
  • - Хранение и поиск медицинских изображений

Коммерция

  • - Сжатие изображений и звука для мультимедийных презентаций
  • - Спецэффекты в кино
  • - Видеоконференции

ЦОС

Телефония

  • - Сжатие голоса и данных
  • - Эхо-подавление
  • - Мультиплексирование сигналов
  • - Фильтрация

Военная сфера

  • - Радиолокация
  • • Г идролокация
  • - Системы наведения
  • - Закрытая связь

Промышленность

  • - Разведка нефтяных и минеральных месторождений
  • - Мониторинг и управление производственными процессами
  • - Неразрушающее тестирование
  • - САПР и средства конструирования

Научные приложения

  • - Регистрация и анализ землетрясений
  • - Сбор данных
  • - Спектральный анализ
  • - Имитация и моделирование

Рис. 8.9. Некоторые из областей применения ЦОС

При этом надо понимать, что обработка цифровых сигналов выполняется либо специальным вычислительным устройством — цифровым сигнальным процессором (ЦСП)[1], либо на универсальных ЭВМ и компьютерах по специальным программам, иначе называемым пакетами расширения (чаще всего под именем Signal Processing) систем компьютерной математики MATLAB, Octave, Mathcail, Matheniatica, Maple и др.

  • [1] Цифровой сигнальный процессор (англ. Digital signal processor, DSP) — специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов (обычно в режиме реального времени).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >