Zpracování signálu - Signal processing

„Teorie signálu“ přeadresuje tady. Nesmí být zaměňována s teorií signalizace nebo signalizací (ekonomika) .
Přenos signálu pomocí elektronického zpracování signálu. Převodníky převádějí signály z jiných fyzických průběhů na průběhy elektrického proudu nebo napětí , které jsou poté zpracovávány, přenášeny jako elektromagnetické vlny , přijímány a převáděny jiným převodníkem do konečné podoby.
Signál vlevo vypadá jako šum, ale technika zpracování signálu známá jako Fourierova transformace (vpravo) ukazuje, že obsahuje pět dobře definovaných frekvenčních složek.

Zpracování signálu je podpole elektrotechniky, která se zaměřuje na analýzu, úpravu a syntézu signálů, jako jsou zvuk , obrázky a vědecká měření. Techniky zpracování signálu lze použít ke zlepšení přenosu, efektivity ukládání a subjektivní kvality a také k zdůraznění nebo detekci požadovaných složek měřeného signálu.

Dějiny

Podle Alana V. Oppenheima a Ronalda W. Schafera lze principy zpracování signálu nalézt v klasických technikách numerické analýzy 17. století. Dále uvádějí, že digitální upřesnění těchto technik lze nalézt v digitálních řídicích systémech 40. a 50. let minulého století.

V roce 1948 napsal Claude Shannon vlivný dokument „ A Mathematical Theory of Communication “, který byl publikován v Bell System Technical Journal . Článek položil základy pro pozdější vývoj informačních komunikačních systémů a zpracování signálů pro přenos.

Zpracování signálu dozrálo a vzkvétalo v 60. a 70. letech minulého století a digitální zpracování signálu se v 80. letech 20. století široce začalo používat u specializovaných procesorů digitálního signálového procesoru .

Kategorie

Analogový

Hlavní článek: Zpracování analogového signálu

Zpracování analogového signálu je pro signály, které nebyly digitalizovány, jako ve většině rozhlasových, telefonních, radarových a televizních systémů 20. století. To zahrnuje lineární elektronické obvody i nelineární obvody. Prvními jsou například pasivní filtry , aktivní filtry , mixéry aditiv , integrátory a zpožďovací linky . Mezi nelineární obvody patří kompandéry , multiplikátory ( frekvenční mixéry , napěťově řízené zesilovače ), napěťově řízené filtry , napěťově řízené oscilátory a fázově uzamčené smyčky .

Nepřetržitý čas

Nepřetržité zpracování signálu je pro signály, které se mění se změnou spojité domény (bez ohledu na některé jednotlivé přerušené body).

Způsoby zpracování signálu zahrnují časovou doménu , frekvenční doménu a komplexní frekvenční doménu . Tato technologie pojednává především o modelování lineárního časově invariantního spojitého systému, integrálu odezvy nulového stavu systému, nastavení funkce systému a nepřetržitého časového filtrování deterministických signálů

Diskrétní čas

Zpracování signálu v diskrétním čase je pro vzorkované signály, definované pouze v diskrétních bodech v čase, a jako takové jsou kvantovány v čase, ale ne ve velikosti.

Analogové zpracování signálu v diskrétním čase je technologie založená na elektronických zařízeních, jako jsou vzorkovací a přidržovací obvody, analogové multiplexery s časovým dělením , analogové zpožďovací linky a posuvné registry analogové zpětné vazby . Tato technologie byla předchůdcem zpracování digitálního signálu (viz níže) a stále se používá při pokročilém zpracování gigahertzových signálů.

Pojem zpracování signálu v diskrétním čase také odkazuje na teoretickou disciplínu, která vytváří matematický základ pro zpracování digitálního signálu, aniž by byla brána v úvahu chyba kvantování .

Digitální

Hlavní článek: Digitální zpracování signálu

Digitální zpracování signálu je zpracování digitalizovaných vzorkovaných signálů v diskrétním čase. Zpracování se provádí pomocí počítačů pro všeobecné použití nebo pomocí digitálních obvodů, jako jsou ASIC , polní programovatelná hradlová pole nebo specializované procesory digitálního signálu (DSP čipy). Mezi typické aritmetické operace patří násobení a sčítání s pevnou čárkou a s plovoucí desetinnou čárkou , s reálnou hodnotou a se složitou hodnotou. Dalšími typickými operacemi podporovanými hardwarem jsou kruhové vyrovnávací paměti a vyhledávací tabulky . Příklady algoritmů jsou rychlá Fourierova transformace (FFT), filtr s konečnou impulsní odezvou (FIR), filtr s nekonečnou impulsní odezvou (IIR) a adaptivní filtry, jako jsou filtry Wiener a Kalman .

Nelineární

Nelineární zpracování signálu zahrnuje analýzu a zpracování signálů produkovaných z nelineárních systémů a může být v časové, frekvenční nebo časoprostorové oblasti. Nelineární systémy mohou produkovat vysoce komplexní chování včetně bifurkací , chaosu , harmonických a subharmonických, které nelze vytvářet ani analyzovat pomocí lineárních metod.

Polynomiální zpracování signálu je typ nelineárního zpracování signálu, kde polynomické systémy mohou být interpretovány jako koncepčně přímá rozšíření lineárních systémů do nelineárního případu.

Statistický

Statistické zpracování signálu je přístup, který považuje signály za stochastické procesy a využívá jejich statistické vlastnosti k plnění úkolů zpracování signálu. Statistické techniky jsou široce používány v aplikacích pro zpracování signálu. Například lze modelovat rozdělení pravděpodobnosti šumu vznikajícího při fotografování obrazu a na základě tohoto modelu sestrojit techniky pro snížení šumu ve výsledném obrázku.

Pole aplikace

Seismické zpracování signálu

V komunikačních systémech může ke zpracování signálu dojít při:

Typická zařízení

Aplikovány matematické metody

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy