I.3. A digitális jelfeldolgozás folyamata
Minden digitális jelfeldolgozó rendszer központi eleme a hardver és a rajta futó szoftver, mely a bemeneti jelből (jelekből) meghatározza a jel információ tartalmát. A jelfeldolgozó rendszerekben ezt digitális jelfeldolgozó egységnek (angolul: Digital Signal Processing Unit). röviden DSP-egységnek nevezzük. A DSP-egység kivitelezése, gyakorlati megjelenése feladatfüggő. Lehet pl. személyi számítógép, melyen a DSP feladatokat ellátó szoftver fut, de lehet egy berendezésbe beépített mikrokontrolleres egység is, ilyen utóbbi pl. az otthon használatos vérnyomásmérő készülék. Mivel a DSP-egység a bemenő jel információtartalmát digitális úton (leggyakrabban szoftveres módszerekkel) határozza meg, ezért, ha valamilyen analóg jelet (hang, hőmérséklet, nyomás stb.) szeretnénk vele feldolgozni, akkor a 10. ábrán látható tömbvázlaton grafikusan is megadott lépéseket kell elvégezni:
- ábra A digitális jelfeldolgozás folyamata [6].
- A valós fizikai folyamat által szolgáltatott jelet először egy jelátalakítóval analóg elektromos jellé kell átalakítani.
- A következő lépés az így kapott elektromos jel kondicionálása. A kondicionálás során az elektromos jelet erősítjük, mert a jelátalakítók által szolgáltatott elektromos jel általában túl gyenge ahhoz, kábelen elvezethető legyen. Az erősítés mellett ugyanakkor zajszűrést is alkalmazni kell, mert a jelátalakítók jele általában zajjal erősen terhelt.
- A kondicionált analóg elektromos jelből az analóg-digitális átalakító segítségével digitális jelet állítunk elő. Az analóg-digitális átalakítás során a mintavételezésnek nevezett eljárással a jel értelmezési tartományát (idő tengely) diszkrét pontokra bontjuk. A kvantálásnak nevezett eljárással pedig előállítjuk a mintavételi pontokban a jel számszerű értékét.
A fenti lépéssorozat eredményeképpen kapott digitális jelet aztán bemenetként átadhatjuk a DSP-egységnek. Természetesen a DSP-egységbe több csatornán, és különböző eszközökről is érkezhetnek a jelek, melyeken végrehajtja a szoftverében lekódolt algoritmust. A szoftver bonyolultsága, összetettsége erősen függ a feladat jellegétől. Mivel az információ kinyerése a bemenő jelből gyakran nem egyszerű feladat, így a jelfeldolgozó szoftver igen komoly matematikai eljárásokat, valamint a jelek valamilyen speciális tulajdonságát kihasználó heurisztikákat is alkalmaz. A feldolgozás eredményét a DSP-egység tárolás, megjelenítés stb. céljából továbbítja más digitális rendszereknek, Gyakori feladat, hogy a digitálisan feldolgozott jelet vissza kell alakítani analóg jellé. Ilyen feladat pl. az MP3-lejátszókban tárolt hangállományok lejátszása. Digitális jel analóg jellé alakításához a következő lépéseket kell végrehajtani:
- 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 már igen elterjedtek az egyetlen integrált áramkörként megvalósított DSP-processzorok, melyek könnyen beépíthetőek más rendszerekbe. A DSP-processzorok mindig egy adott feladatra készülnek (pl. a zajszűrés, gyors Fourier transzformáció stb.), beágyazott szoftverük ennek megfelelően kiválóan optimalizált és nagyon gyors. Analóg jelek mérésére és digitális feldolgozásukra széleskörűen használhatók különböző mikrokontrollerek.
A következőkben részletesebben áttekintjük a digitális jelfeldolgozás lépéseit.