3. A digitális jelfeldolgozás folyamata

A 3.1 ábrán egy digitális jelfeldolgozó rendszer tömbvázlata látható.             

 

3.1. ábra: a digitális jelfeldolgozás folyamata

A digitális jelfeldolgozó rendszer központi eleme a digitális jelfeldolgozó hardver és szoftver egység (továbbiakban DSP egység). Ennek gyakorlati megjelenése, kivitelezése feladat függő. Ez lehet személyi számítógép melyen a DSP feladatokat ellátó szoftver fut, de lehet egy berendezésbe beépített mikrokontrolleres egység is. 

A DSP egység bementként mindig digitális jelet tud fogadni, ezért ha valamilyen valós fizikai folyamat (hang, hőmérséklet, nyomás, stb.) jelét szeretnénk vele feldolgozni akkor a következő lépéseket kell elvégezni:

  • A fizikai folyamat analóg jelét először egy jelátalakítóval elektromos jellé kell átalakítani.
  • Az így kapott elektromos jelet kondicionálni kell. Ez egyrészt erősítési folyamatot, másrészt zajszűrést jelent. Erre azért van szükség, mert a jelátalakítók által szolgáltatott elektromos jel egyrészt általában túl gyenge, másrészt zajjal terhelt.
  • A kondicionált analóg elektromos jelet ezután digitalizálni kell. A digitalizálás egyrészt a mintavételezésnek nevezett eljárással a jel értelmezési tartományát (idő tengely) bontja diszkrét pontokra, másrészt a kvantálásnak nevezett eljárással a jel számszerű értékét adja meg a mintavételi pontokban.

Az így kapott digitális jelet aztán bementként átadhatjuk a DSP egységnek. Természetesen a DSP egység egyszerre több csatornán is fogadhat jeleket. Mint ahogy az 3.1. ábra is mutatja a bemenő jelet egy másik digitális rendszer is szolgáltathatja. A DSP egység a bemenő jeleken végrehajtja a szoftverében megadott algoritmust. Az algoritmus bonyolultsága erősen függ a feladat jellegétől. Tartalmazhat igen komoly matematikai eljárásokat - különböző függvény transzformációkat (Fourier, Laplace, wavelet), szűrő algoritmusokat -, valamint a konkrét feladat megoldására kidolgozott heurisztikákat. A számítások eredményét a DSP egység továbbíthatja más digitális rendszereknek, valamint következő lépéseken keresztül analóg jellé lehet alakítani őket:

  • Egy digitális- analóg átalakítón keresztül a digitális jelből analóg elektromos jelet készítünk.
  • Ezt az analóg elektromos jelet egy rekonstrukciós szűrővel és egy erősítővel kondicionáljuk.
  • A kondicionált analóg jelet egy jelátalakítóval a kívánt fizikai jellé alakítjuk.

Napjainkban pedig már igen elterjedtek az egyetlen integrált áramkörként megvalósított DSP processzorok, FPGA-k, valamint konkrét DSP feladatra tervezett proceszorok.  Integráltságuk magas fokú. Legnagyobb előnyük, a könnyű beépíthetőség. A DSP processzorok mindig egy feladatra készülnek (pl. hangeffektusok generálása, gyors Fourier transzformáció, stb.), cserében viszont a beágyazott szoftverük kiválóan optimalizált és nagyon gyors. Az FPGA-k pedig a felhasználás helyén programozható logikai kapumátrixok. 

A következőkben részletesebben áttekintjük a digitális jelfeldolgozás lépéseit.