Цифровая обработка сигнала (ЦОС)

Лекция. Цифровая обработка сигнала (ЦОС).

Модельно-ориентированное проектирование.

Алгоритм. Амплитудно-модулированное колебание при модуляции гармоническим сигналом (тональная модуляция) было получено в лаб. 1 перемножением сигналов:

Uам =Uω (1+mcos(Ωt +Ф)) sin(ωt+φ), где m – индекс модуляции. Приведенную формулу можно представить в виде "кубиков" элементарных операций. Если

вместо генераторов аналоговых сигналов использовать АЦП, на выходе которых появляются «отсчеты», то на выходе, после фильтрации, появится последовательность выходных дискретных сигналов. Указанная схема показывает алгоритм цифрового получения АМ сигнала. Все элементарные операции выполняются, например, АЛУ микроконтроллера, причем весь алгоритм есть последовательность операций по тактам.

Рис. Моделирование процесса амплитудной модуляции.

Создание, отработка алгоритма при ЦОС и автоматическая генерация кода.

В известных САПР (Matlab, Cadence) создается алгоритм обработки в виде визуального проекта в Симулинк или проекта на языке Matlab, исследуется его работа (эпюры напряжение в узлах, спектры) и, если математика удовлетворяет ТЗ,

автоматически генерируется нужный код: - C для микроконтроллеров, HDL для ASICs или ПЛИС. Дополнительно решаются задачи перевода решений в дискретный вид (каждый вычислитель работает на определенной тактовой частоте) и использование вычислителей с фиксированной и плавающей запятой.

Это носит название визуального или модельно-ориентированного проектирования (МОП). Такая возможность есть потому, что вид описаний большинства цифровых устройств давно известен, как и их схемное воплощение. Все эти описания собраны в библиотеки, название которых видны при запуске браузера, например, в Матлаб.

Рутинную работу по написанию кода и рисованию схемного решения выполняют соответствующие САПР (с помощью известных библиотек). Поэтому 3 по курсу ОКМПРЭС, ЛР4 по курсу ОАП посвящены основам моделирования в Симулинк (как низшей ступени модельно- ориентированной методики) и ЛР4 ОКМПРЭС - исследованию схемы цифрового конвертера (DDC), его спектральных характеристик в рамках МОП.

Обработка сигналов — это выполнение действий над сигналом для изменения его характеристик или получения информации. Аналоговая обработка происходит в непрерывном времени и с непрерывным диапазоном амплитуд. Это измерения максимального и среднего значения, суммирование, вычитание, масштабирование, интегрирование и дифференцирование, фильтрация, автоматическая регулировка усиления, захват частоты (ФАПЧ), выработка сигналов управления PID-регулятора и т.п.

Цифровая обработка происходит при дискретном времени и амплитуде.

В случае с аналоговым сигналом шум может сильно исказить

значение амплитуды, в то время как в цифровом сигнале понять, где ноль, а где единица и декодировать сообщение без ошибок проще, цифровые сигналы более устойчивы к шумам и помехам. ЦОС — это способ обработки сигналов с

использованием АЦП-ЦАП (цифровой вычислительной техники.) и применением численных методов. Различают методы обработки сигналов во временной и в частотной области. Эквивалентность

частотно-временных преобразований однозначно определяется через преобразование Фурье. Обработка сигналов во временной области используется в цифровых осциллографах. В частотной области используются

цифровые анализаторы спектра. Для изучения математических аспектов обработки сигналов используются пакеты-расширения систем компьютерной математики MATLAB, Octave, Mathcad, Mathematica, и др.

Любой звук, любое изображение и видео могут быть преобразованы в цифровую форму, звук — в вектор, изображение — в матрицу, а видео — в последовательный набор матриц. Цифровой обработкой