Цифровая обработка сигналов

Общая схема цифровой обработки аналоговых сигналов показана на рис.1.

Рис.1

Аналоговый сигнал поступает на вход ограничивающего фильтра ОФ, далее дискретизатор Д и квантователь К, которые могут быть выполнены как раздельно, так и совмещенным устройством, – аналого-цифровым преобразователем АЦП. Дискретные отсчеты аналогового сигнала этими устройствами переводятся в последовательность кодированных чисел (цифровую последовательность), которая поступает на вход цифрового вычислителя ЦВ.

В качестве ЦВ может выступать цифровой фильтр, осуществляющий как линейную, так и нелинейную обработку входной цифровой последовательности. ЦФ может рассматриваться как обобщенное устройство, выполняющее некоторую программу. Последующие блоки Ц-Д, Э, и ФФ выполняют обратный перевод цифровой последовательности сначала в дискретный вид (ЦД) далее производится экстраполяция в аналоговую форму (Э) и окончательное сглаживание в аналоговую форму формирующим фильтром (ФФ). Эпюры колебаний, приведенные в нижней части рис.1 иллюстрируют процесс преобразования формы сигнала.

Колебания на выходе дискретизатора образуют последовательность импульсов, пиковые значения которых соответствуют мгновенным значениям входного аналогового сигнала . Период следования импульсов выбирается в соответствии с теоремой отсчетов (теоремой Котельникова).

,

где - наивысшая частота в спектре дискретизируемого сигнала.

Реальные сигналы конечны по времени, следовательно обладают бесконечным спектром, поэтому в устройстве обработки предусмотрен ограничивающий фильтр ОФ. Ограничивающий фильтр не всегда является физически отдельным устройством, его функции могут выполняться предшествующими каскадами усиления, детекторами сигнала и т.д.

Квантователь выполняет переход от дискретного сигнала к цифровому коду. Этот переход всегда выполняется с ограниченной точностью , обусловленной конечной разрядностью представления чисел. Ограниченная разрядность цифровой последовательности и результатов выполнения промежуточных вычислений в цифровом вычислителе является причиной возникновения шума и специфических ошибок, свойственных цифровой обработке. Эти вопросы детально рассматриваются в специальной литературе.

Следует отметить, процесс дискретизации сигнала в некоторых источниках называется квантованием, при этом подразумевается, что имеет место квантование по времени. Переход дискретного сигнала к цифровому коду иногда называют квантованием по уровню.

Некоторые входные сигналы изначально могут быть представлены цифровыми последовательностями, в этом случае он подается непосредственно на вход вычислителя. Цифровой вычислитель выполняющий заданные линейные преобразования над входным сигналом в этом случае называют цифровым фильтром.