2.1
Digitalizace spojitého signálu
Princip řetězce zpracování spojitého signálu pomocí metody číslicového zpracování signálů převodu je znázorněn na obrázku 4.
+
4. Zpracování analogového signálu
Obr. 4. Zpracování analogového signálu
Na obrázku 4 je prvním blokem vzorkovací obvod následovaný A/D převodníkem. Ten kóduje vzorkovaný signál. Aby bylo možné signál zpracovávat procesorem, je nutné ho převést na posloupnost binárních čísel. Tomuto postupu říkáme kvantování. Po zpracování signálů je D/A převodníkem převeden zpracovaný digitální signál zpět na signál analogový. V další části této kapitoly si popíšeme jednotlivé fáze úpravy signálů.
Definice
Vzorkování je převod spojitého signálu na signál diskrétní. Vzorkování je prováděno násobením analogového signálu sledem Diracových impulsů. Vzorkovaný signál je tedy signál, který je diskrétní v čase. Vzorkujeme vždy spojitý signál xa(t) , který chceme zpracovávat pomocí algoritmů číslicového zpracování signálů. Je tvořen posloupností vzorků, které obecně mohou nabývat libovolných hodnot, totožných s hodnotami analogového signálu. Počet vzorků, kterými vzorkujeme analogový signál, je dán vzorkovacím kmitočtem fv= 1/Tv , kde Tv je vzorkovací perioda. Princip vzorkování je patrný z obrázku 5. Ze spojitého signálu xa(t) vybíráme vzorky xanT=x(n) .
+
5. Princip vzorkování analogového signálu
Obr. 5. Princip vzorkování analogového signálu
Dále se budeme věnovat digitalizaci vzorkovaných signálů. Vysvětlíme si pojmy kvantování a kódování.
Definice
Kvantování je převod vzorkovaného signálu x(n) na kvantovaný signál, který označíme xq(n) . Kvantování bývá realizováno A/D převodníkem a kvantovaný signál proto nabývá jen některé, z omezeného počtu hodnot, daných počtem úrovní daných A/D převodem. Rozdíl mezi vzorkovaným a kvantovaným signálem je kvantizační chyba e(n) :
en=xn- xq(n) .
Postup vzorkování a kvantování spojitého signálu je znázorněn na obrázku 6.
+
6. Ilustrace procesu kvantování signálu
Obr. 6. Ilustrace procesu kvantování signálu
Kódování signálu. V procesu kódování je každé hodnotě kvantovaného signálu xq(n) přiřazeno binární číslo, které je poté zpracováno v procesoru. Proces kódování signálu je uveden na obrázku 7.
+
7. Ilustrace procesu kódování signálu
Obr. 7. Ilustrace procesu kódování signálu
Kvantování a kódování signálu je realizováno s využitím charakteristik A/D převodníku. Na obrázku 8 a) a 8 b) jsou znázorněné charakteristiky ideálního A/D převodníku. Na obrázku 8 a) je uvedena charakteristika A/D převodníku s vyznačením kvantizační chyby, která je dána rozdílem ideální a „schodovité“ charakteristiky. Na obrázku 8 b) je uveden způsob kódování v A/D převodníku s osmi úrovněmi s vyznačením binárních kódovacích úrovní.
+
8. Charakteristiky A/D převodu a) obecné charakteristiky A/D převodníku, b) vyznačení procesu kódování
Obr. 8. Charakteristiky A/D převodu a) obecné charakteristiky A/D převodníku, b) vyznačení procesu kódování