42 صفحه 10 هزار کلمه یکی از کاملترین پایان نامه ها
پردازش سيگنال ديجيتال و سيستم هاي DSP
سيستم پردازش سيگنـال به هر سيستمي گفته مي شود كه از اين دانش بهره مي برد . پردازش سيگنال ديجيتال كاربرد اعمـــال حسابي بر روي سيگنالها مي باشد كه بصورت رقمي نمايش داده مي شوند سيگنالها همانند دنباله اي ازنمونه هانشان داده مي شوند.غالباًاين نمونه ها ازسيگنالهاي فيزيكي ( همانند سيگنالهاي صوتي ) با استفاده از تراگردانها ( همـانند ميكروفن ) و مبدلهاي A/D بدست مي آيند . بعـد از پردازش حسابي،سيگنالهاي ديجيتال مي بايست توســط مبدلهاي D/A به سيگنالهاي فيزيكي تبديل شوند .
DSP در بعضي از سيستم ها براي اعمال سيستم نقش كانوني دارد.مثلاً مودمهاوتلفن هاي سلولي ديجيتال بطور قابل ملاحظه اي بر اساس فن آوري هاي DSP طراحــــــي مي شوند . در محصولات ديگر نقش DSP از مركزيت كمتري برحوردار است اما اغلب در موارد كارايي ، ويژگيها و هزينه از مزاياي بسيار مهم و قابل رضايتي برخوردار مي باشد . مثلاً سازندگان قطعــات آنالوگ همــــــانند تقويت كننده هاي صوتي در حال بكارگيري فن آوري هاي DSP جهت كيفيت بهترمي باشند .
بخش چشــم اندازي كلي بر پردازش سيگنال است . ابتدا در مورد مزيت DSP بر سيستم آنالوگ بحث شده سپس بعضي از ويژگيها و مشخصـات سيستم هاي DSP بصورت كلي بررسي مي شود.درپايان نتيجه گيري با نگرشي خلاصه به بعضي ازكلاسهاي مهم كاربردهاي DSP انجام مي شود .
1-1 مزاياي DSP :
پردازش سيگنال ديجيتال نسبت به آنالوگ چندين مـزيت دارد . مهمترين مزيت اين است كه سيستم هاي DSP قادرند وظايف سنگيني را كه تحقق آنهـا به كمك الكترونيك آنالوگ پيچيده و يا غيرممكن خواهد بودپياده سازي كنند.مثال اين كاربردهاسنتزگفتار، تشخيص گفتار و مودمهاي سرعت بالا مي باشد كه از كدينگ تصحيح خطا بهره مي برند. همه اين وظايف تركيبي از پردازش سيگنال و كنترل مي باشند كه غالباً پياده سازي آنها توسط فــن آوري هاي آنالوگ پيچيده است . علاوه بر اين سيستم هاي DSP نسبت به آنالوگ دو مزيت اضافي نيزدارند :
« عدم حساسيت به محيط » : سيستم هاي ديجيتـــــال به تغييرات شرايط محيطي كمتر حساس مي باشند . رفتار مدار آنالوگ بسته به دما است . در مقايسه عمل سيستم DSP به محيط آن (خشك يا مرطوب ) وابسته نمي باشد . در هر صورت سيستمDSP پاسخ يكساني خواهد بود .
«عدم حساسيت به تغيير عناصر » : قطعـات آنالوگ با تلورانس همراهند . پاســخ كلي يك سيستم آنالوگ به مقادير داخلي اش وابسته است . بنابراين دوسيستم آنالوگ كه بطوردقيق همانند يكديگرطراحي شده باشند بسته به تغييرعناصرشان پاسخهاي متفاوتي خواهند داشت.در مقايسه عناصر ديجيتال همواره خروجيهاي مشابه براي ورودي هاي مشابه توليد خواهند كرد .
اين دو مزيت بصورت زير نيز بيان مي شوند :
« رفتارتكرار پذير و پايدار» : از آنجاييكه خروجي سيستم DSP به عوامل محيطي يا تغيير عناصر حساس نمي باشد لذا اين امكــان وجود دارد كه سيستم هايي با پاسخهاي شناخته شده ، دقيق وثابت داشته باشيم.نهايتاً بعضي ازسيستم هاي DSP ممكن است دو مزيت ديگر نيز نسبت به آنالوگ داشته باشند.
« قابليت برنامه ريزي » : اگريك سيستمDSP براساس پردازنده هاي برنامه پذير طراحي شود ، مي توان آن را مجدداً برنامه ريزي نمود بطوريكه وظايف ديگري را انجام دهد . در مقايسه سيستم هاي آنالوگ ازلحاظ فيزيكي به عناصرمتفاوتي نيازداشته تا وظايف متفاوتي را انجام دهند .
« اندازه » : اندازه اجزاء آنالوگ بسته به مقــاديرشان متغير است . براي مثـال يك خازن MF 100كه در فيلتـــر آنالوگ استفاده مي شود از خازن PF 10 كه در فيلتر ديگري بكار مي رود بزرگتر است.اما ممكن است تحقق ديجيتال هردو فيلتراندازه مشابه اي داشته باشد . حتي ممكن است از سخت افزار يكساني كه تنها در ضرايب فيلتر متفاوت است استفاده شود .گاهگاهي ممكن است اين پياده سازي از هر دو تحقق آنالوگ نيز كوچكتر باشد .
اين مزايا و توجه به فرآيندهاي ساخت IC با استفاده از فن آوريهاي DSP و مزيت آن در اين فن آوري منجربه اين واقعيت مي شودكهDSP انتخاب وراه حلي مناسب وبهينه براي پردازش سيگنال به حساب آيد .
1-2 مشخصات سيستم هاي DSP :
در اين بخش برخي از مشخصات عمومي در همه سيستم هاي DSP نظير الگوريتم ها،نرخ نمونه برداري ، نرخ CLOOK و انواع حساب توصيف مي شوند .
الگوريتم ها :
سيستم هاي DSP اغلب به وسيله الگوريتم هايي كه بكار مي برند ، مشخــص مي شوند . الگوريتم اعمال حسابي را كه مي بايست انجام شوند ، مشخص كرده امـــا نحوه پياده سازي آن محاسبات رامعلوم نميكند.ممكن است درنرم افزارو بروي يك ريزپردازنده معمولي يا ريزپردازنده سيگنال قابل برنامه ريــزي پياده سازي با توجه به نيازمنديهاي سرعت و دقت حسابي مي باشد. جدول ( 1-1 ) بعضي از انواع عمومي الگوريتم هاي DSP و برخي از كاربردهايي را كه عموماً اين الگوريتم ها در آنها اسنفاده مي شوند نشان مي دهد .
نرخ نمونه برداري :
مشخصه كلـيدي يك سيستم DSP نرخ نمونه برداري آن است . نرخي كه در آن نمونه ها گرفته ، پردازش و يا توليد مي شوند.با توجه به پيچيدگي الگوريتم،نرخ نمونه برداري سرعت مورد نياز را در فن آوري پياده سازي معين مي كند . يك مثال معروف پخش CD صوتي مي باشد كه در آن نمونه ها با نرخ 44.1 كيلو هرتز روي دو كانال توليد مي شوند .
البته يك سيستم DSP ممكن است بيشتر از يك نرخ نمــونه برداري داشته باشد . به اين قبيل سيستم ها، سيستم هاي DSP چند نرخي گفته مي شود . مثـال آن تبديل نرخ نمونه هاي CD از 44.1KHZ به نرخ نوار صوتي ديجيتال يا 48KHZ مي باشد . بدليـــل پيچيدگي نسبت بين اين نرخ ها ، معمولاً تبديل در مراحلي انجام مي شود ( معمولاً با حدفاصل حداقل دو نمونه ) مثال ديگر الگوريتم چند نرخي يك بانك فيلتر است كه در كاربردهايي نظير كدكردن صــــدا، ويدئو و گفتار استفاده مي شود . بانكهاي فيلتر معمولاً شامل مراحلي هستند كه سيگنال را به بخشهاي فركانس بالا و پايين تقسيم مي كنند. آنگاه اين سيگنالهاي جديد با نرخ كمتر نمونه برداري شده مجــدداً تقسيم مي شوند . در كاربردهاي چند نرخي نسبت بين بالاترين و پايين ترين نرخ نمونه بـرداري در سيستم مي تواند كاملاً بزرگ باشد. گاهگاهي به 000،100 ممكن است برسد .
محدوده نرخ هاي نمونه برداري كه درسيستم هاي پردازش سيگنال وجود داردوسيع است در شكل ( 1-1 )كلاسهـــــاي كاربردها بهمراه پيچيدگي الگوريتم و نرخ نمونه برداري افزايش مي يابد . الگوريتم هايي كه در نــرخ هاي بالاتر استفاده مي شوند به نظر مي رسد كه ساده تر از آنهايي باشند كه در نرخ كمتر بكار مي روند .
بسياري از سيستم هاي DSP مي بايست با سرعت بسيار بالا كار كنند چرا كه بتوانند روي بخشهاي طولي سيگنالهاي ورودي به صورت بلادرنگ عمليات انجام دهند .
