עיבוד אותות ספרתי

עיבוד אותות דיגיטלי או עיבוד אותות ספרתי (באנגלית: Digital Signal Processing, בראשי תיבות: DSP) הוא תחום בהנדסת חשמל, אלקטרוניקה ופיזיקה העוסק באותות, בייצוגם הספרתי ובשיטות העיבוד של אותות אלה. DSP ועיבוד אותות אנלוגי הם תחומים של עיבוד אותות. תחומי ה DSP מסווגים לפי סוגי האותות וכוללים: עיבוד אותות קול, עיבוד דיבור ועיבוד תמונה, עיבוד אותות מכ"ם וסונאר, עיבוד מערכי חיישנים, שערוך ספקטרלי, עיבוד אותות סטטיסטי, עיבוד אותות בתקשורת, עיבוד אותות ביולוגיים, עיבוד אותות אופטיים, עיבוד אותות סייסמיים ועוד.

משימות עיבוד אותות ספרתי היא מדידה או סינון של אותות אנלוגיים רציפים, הצעד הראשון הוא בדרך כלל המרה של האות מצורתו האנלוגית לצורתו הספרתית באמצעות ממיר אנלוגי לדיגיטלי. בדרך כלל, האות המבוקש ביציאה הוא אות אנלוגי אחר, מה שדורש המרתו בממיר דיגיטלי לאנלוגי. דוגמה לממירים כאלו הם המודם וכרטיס הקול שבמחשב.

האלגוריתמים הדרושים עבור DSP לעיתים מבוצעים תוך שימוש במחשבים מיוחדים, שעושים שימוש במיקרו־מעבדים מכווני עיבוד אותות הקרויים מעבדי אות ספרתיים או בלעז DSP. המעבדים הללו מסוגלים לעבד אותות בזמן אמת.

מרחבי ה־DSP
ב־DSP, מהנדסים בדרך כלל לומדים אותות ספרתיים המצויים במרחב הזמן (אותות חד־ממדיים), במרחב המקום (אותות רב ממדיים), במרחב התדר, במרחב האוטוקורלציה ובמרחב הגלונים (wavelets). הבחירה במרחב שבו יש לעבד את האות נעשית על ידי ניסוי וטעייה ובהתאם לתכונות האות. רצף של דגימות מהתקן הדגימה מייצר ייצוג בזמן או במרחב, בעוד שהתמרת פורייה דיסקרטית מייצרת מידע במרחב התדר, כלומר את הספקטרום של התדרים. אוטוקורלציה היא הקרוס־קורלציה של האות עם עצמו לאורך מקטעי זמן או מקום משתנים.

דגימת אות
עם השימוש הגובר במחשבים עלה גם השימוש בעיבוד אותות ספרתיים. כדי להשתמש באות אנלוגי במחשב הוא חייב לעבור לאות ספרתי באמצעות ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC).

הדגימה מבוצעת לרוב בשני שלבים, דיסקרטיזציה וקוונטיזציה. בשלב הדיסקרטיזציה, מרחב האותות מחולק למחלקות שקילות והאות מוחלף באות מייצג ממחלקת השקילות המתאימה. בשלב הקוונטיזציה הערכים המייצגים של האות מקורבים באמצעות אוסף סופי של ערכים.

כדי לדגום נכון אות אנלוגי משפט נייקוויסט חייב להתקיים. תדר הדגימה חייב להיות גדול מפעמיים רוחב הסרט של האות (אם הוא סונן נכון).

ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC) משמש להמרת האות הספרתי חזרה לאנלוגי.

שימושים
עיבוד אותות דיגיטלי הוא אבן היסוד של עיבוד וידאו כגון תקן DVD, עיבוד קול כדוגמת תקן MP3, עיבוד נתוני רדיו כגון תקן GPRS, הסלולרי ורבים אחרים.

ראו גם
 תורת הדגימה
 אלגוריתם גרצל
 עיבוד אותות

קישורים חיצוניים

Microcontroller.com
The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing
קבוצות דיון בנושא DSP
FPGA based DSP dev kit
שאלות ותשובות בנושא DSP
CDSP - Center for Digital Signal Processing 
Music DSP Source Code Archive
מדריך טוב לתחום ה DSP
 

עיבוד אותות