Содержание, этапы, методы и задачи цифровой обработки сигналов. Основные методы и алгоритмы цос.

Цифровая обработка, как и любая задача обработки сигналов, сводится к преобразованию множества X входных сигналов во множество Y желаемых выходных сигналов Правило F, по которому выполняется это преобразование, называется оператором преобразования (обра­ботки), а физический объект, реализующий это правило, – устройством (системой) обработки. При этом классификация типов обработки сигналов может быть выполнена по виду сигналов на входе, выходе и внутри системы. Например, при аналоговой обработке, сигналы на входе, выходе и внутри соответствующей системы представляют собой непрерывные функции времени.

Как видно, некоторые виды сигналов с выходов датчиков требуют наличия цепей нормализации для дальнейшей обработки аналоговыми или цифровыми методами. Как правило, цепи нормализации – это аналоговые процессоры, выполняющие такие функции как усиление, накопление (в измерительных и предварительных усилителях), обнаружение сигнала на фоне шума (высокоточными усилителями синфазного сигнала, уравнивателями и линейными приёмниками), динамическое сжатие диапазона (логарифмическими усилителями, логарифмическими ЦАП и усилителями с программируемым коэффициентом усиления) и фильтрацию (пассивная и активная).

Рис. 1.1. Этапы цифровой обработки сигналов

Рис. 1.2. Основные методы реализации процесса обработки сигналов. смотри рис в тетоаде.

В общем случае основными задачами ЦОС являются исследование принципов и методов построения алгоритмов и технических средств обработки сигналов. При этом возникает необходимость решения следующих основных проблем:

1. Исследование и разработка методов синтеза физически реализуемых операторов для различных прикладных задач. В качестве примера можно привести задачи синтеза импульсной характеристики и передаточной функции цифровых фильтров, операторов оценивания параметров и мгновенных значений сигналов, операторов спектральных преобразований и др.

2. Разработка и оптимизация вычислительных алгоритмов. Суть этих процедур состоит в построении эффективных алгоритмов вычисления (реализации) синтезированных операторов. Примерами могут служить алгоритмы цифровой фильтрации, быстрого вычисления свёртки, быстрых спектральных преобразований, малошумящие алгоритмы фильтрации, коррекции и др.

3. Анализ качества операторов преобразования, алгоритмов и структурных схем (задача анализа). Оценка достижимой точности их выполнения, влияния длины слов данных, коэффициентов и результатов округления на выходные параметры, анализ устойчивости и чувствительности, различных нелинейных эффектов, вычислительной сложности, требуемой производительности и т. п.

4. Разработка принципов реализации алгоритмов ЦОС. В зависимости от средств реализации (аппаратные, программные либо смешанные) решаются задачи разработки и оптимизации программ, архитектуры, струк­туры и функциональных узлов ЦОС. Исследуются вопросы оптимизации программ, диагностики и идентификации ошибок.

Снижение объёма вычислений приводит к уменьшению аппаратурных затрат при реализации систем ЦОС в виде специализированного устройства или к уменьшению затрат машинного времени при реализации алгоритмов на ЭВМ. Отсюда следует, что разработка и исследование оптимальных с точки зрения минимума объёма вычислений алгоритмов ЦОС является чрезвычайно важной задачей.