Цифровая обработка сигналов

Цифровая обработка сигналов – это метод обработки информации, основанный на определенной последовательности с установленным периодом дискретизации. Цифровыми называют сигналы, представленные с учетом уровневого и временного квантования. Такие сигналы широко применяются в самых разных отраслях и видах современной техники.

Основы и задачи цифровой обработки сигналов

Основой для предварительной обработки сигналов являются процедуры быстрых дискретных ортогональных преобразований, которые реализуются в различных функциональных базисах, процедуры линейной и нелинейной фильтрации, линейной алгебры.

Самая главная задача обработки – это устранение помех и шумов. Решить эту задачу в полной мере можно только в том случае, если сигнал поступает избыточный с точно определенными параметрами. В результате необходимо обеспечить правильный прием сигнала. Чем больше поступает полезного сигнала и чем меньше помех, тем больше вероятность выполнить задачу качественно.

К основным задачам цифровой обработке сигнала относится:

  • спектральный анализ;
  • линейная фильтрация;
  • свертка традиционных типов;
  • частотно-временной анализ;
  • нелинейная обработка;
  • адаптивная фильтрация;
  • многоскоростная обработка;
  • секционная свертка.

Цифровая обработка используется в таких отраслях, как:

  • самолетостроение, оборонные системы, космическое оборудование;
  • электроника для автомобилей;
  • осветительные системы;
  • мобильная, стационарная связь, интернет-телефония и прочее;
  • электронные приборы и устройства для дома;
  • медицинское оборудование;
  • измерительные и прочие приборы;
  • системы управления;
  • средства для обеспечения безопасности.

Методы, алгоритмы и практический подход при цифровой обработке сигналов

При цифровой обработке сигналов используются различные методы, востребованность которых сегодня гораздо выше, чем у применявшихся ранее аналоговых методов. В основе большинства методов лежит применение DSP-процессоров. Эти импульсные цифровые устройства обеспечивают качественную обработку сигналов и объединяются в дискретные управляющие системы.

Методы и алгоритмы, которые применяются в цифровой обработке постоянно усовершенствуются.

Цифровая обработка имеет ряд преимуществ:

  • обработка сигнала проводится с точностью от 75% и выше;
  • дестабилизирующие факторы сводятся к минимуму;
  • обработка информации может производиться программными средствами.

Простая настройка и применение специальных алгоритмов для обработки сигналов существенно повышают эффективность и производительность работы.

Системы и процессоры цифровой обработки сигнала

Для обработки цифровых сигналов используются специальные процессоры. Они представляют собой особый класс микропроцессоров, которые разработаны специально для работы с ЦОС, то есть анализа изображений, звуков, речи, цветов, проведение спектрального анализа и других операций. Подобные устройства называют DSP или ЦСП, то есть цифровыми сигнальными процессорами.

Первые DSP появились еще в семидесятых годах прошлого века. Благодаря развитию технологий, распространению мобильной связи и интернета, введением множества других инноваций, процессоры для работы с цифровыми сигналами становятся все более востребованы. Возрастает мощность, увеличиваются возможности устройств. При этом стоимость процессоров постепенно снижается. Современные методы и технологии позволяют сделать процессоры для работы с цифровой обработкой сигнала более доступными.

Примеры применения цифровой обработки сигналов

Цифровая обработка сигналов окружает нас в повседневной жизни каждый день. Результаты использования этой обработки видит каждый, но даже не догадывается, какие сложные расчеты используются для осуществления многих привычных вещей.

В качестве примеров использований ЦОС можно привести:

  • системы шумоподавления для аудиозаписей и видео;
  • обработка изображений – выравнивание степени освещенности, анти-алиасинг, наложение псевдотонирования;
  • разнообразные художественные эффекты и способы улучшения эстетических качеств изображений, фотографий и прочее;
  • восстановительные работы над изображениями;
  • компрессия изображений;
  • поиск определенных фрагментов на графических файлах.

Чаще всего обработка сигналов цифровым способом используется в области графики, но звук также можно очищать от шумов при помощи ЦОС, делая его более четким и правильным.

Компании, обслуживающие системы цифровой обработки сигнала

В области цифровой обработки сигналов работают многие компании.

Среди российских предприятий можно выделить такие предприятия, как:

  • научно-исследовательский центр "Нейроинформатика", разрабатывающий оборудование и программное обеспечение для интегрированных систем безопасности и цифрового видеонаблюдения;
  • АО НПЦ «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС»), являющиеся одним из ведущих центров проектирования микросхем в стране;
  • АО «НИИЭТ» (Научно-исследовательский институт электронной техники) – это производитель электронных компонентов и одна из старейших отечественных школ разработки электронной техники.

Все эти предприятия позволяют обеспечить всех качественной связью и надежными технологиями.