Цифровая обработка сигналов. Основные понятия и определения. Сигналы и их спектральное представление, страница 2

4)  высокие технико-экономические показатели. Обусловлены тем, что высокая стабильность параметров устраняет необходимость регулировки аппаратуры. Широкое применение цифровых микросхем уменьшает трудоемкость изготовления, стоимость, габариты, потребляемую мощность устройств ЦОС;

5)  широкие возможности автоматизации обработки сигналов. Цифровые сигналы в телевидении, телефонии, звуковой и видеозаписи ничем не отличаются от ЦС в компьютерных сетях. Поэтому для обработки текста, звука, изображения можно использовать быстродействующие компьютерные системы. Для передачи телекоммуникационных сигналов можно использовать компьютерные сети, а для передачи компьютерных сигналов (передачи данных) – обычные телефонные сети;

6)  возможность использования сложных алгоритмов обработки сигнала;

7)  возможность создания адаптивных (подстраивающихся) систем.

Вместе с тем, цифровые системы передачи имеют и ряд недостатков, которые, безусловно, необходимо учитывать:

1)  широкий спектр сигналов. Для передачи одинакового количества телефонных каналов в случае ЦСП требуется полоса частот в несколько раз более широкая, чем в случае аналоговых сигналов (0,3÷3,4 кГц – ширина аналогового телефонного канала; 0÷64 кГц – цифровая телефония). Таким  образом, в условиях дефицита частотных ресурсов аналоговые системы предпочтительнее;

2)  невозможность обработки сигналов на сверхвысоких частотах. Это определяется частотой дискретизацией современных АЦП и ЦАП, которая в настоящее время не превышает нескольких сотен мегагерц. Например, для спектрального анализа света такой частоты дискретизации явно недостаточно, т.к. частота электромагнитных колебаний света лежит в терагерцовом диапазоне;

3)  большое количество вычислительных операций при использовании сложных алгоритмов обработки может существенно снизить скорость обработки, вплоть до того, что будет невозможна обработка сигналов в реальном масштабе времени;

4)  высокая стоимость аппаратуры ЦОС. Для большой точности и скорости обработки требуется не только мощный процессор, но и дополнительное дорогостоящее аппаратное обеспечение в виде дорогостоящих АЦП и ЦАП.

Тем не менее, эти недостатки не препятствуют все более широкому использованию ЦОС.

Ожидать 100 % распространения цифровых сигналов не имеет смысла. Есть множество сред распространения, где аналоговая форма сигналов выгоднее цифровой (связь на низких частотах, условия дефицита частот и т.д.).

1.2 Обобщенная схема цифровой обработки аналоговых сигналов

Задачи ЦОС сигнала обычно сводятся к трем действиям:

-  ввод цифрового сигнала, или преобразование входного аналогового сигнала в цифровую форму;

-  обработка полученного массива данных с использованием различных алгоритмов;

-  вывод полученного результата, или обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму.

Перечисленные преобразования должны происходить по определенным правилам, смысл которых отображен на рисунке 1.1, где показаны основные элементы обобщенной схемы ЦОС.

На вход системы поступает ограниченный по длительности аналоговый сигнал . В силу конечной длительности сигнала его спектр бесконечен!

Бесконечность спектра является препятствием для преобразования сигнала  в цифровую форму. Для ограничения спектра используется фильтр нижних частот ФНЧ. Спектр ограничивается верхней частотой . Далее сигнал  поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, в котором осуществляется дискретизация сигнала по времени и квантования по уровню. При дискретизации аналоговый сигнал  заменяется отсчетами мгновенных значений , взятыми через интервал времени (интервал дискретизации) Т (рисунок 1.2,а). Чем меньше интервал дискретизации Т,

тем точнее последовательность отсчетов  будет отображать исходный сигнал. Интервал дискретизации определяет частоту дискретизации