Digitale seinverwerking

**Digitale seinverwerking** (**DSV**; Engels: *Digital Signal Processing*, **DSP**) is die gebruik van digitale verwerking - deur rekenaars of gespesialiseerde digitale seinverwerkers - om 'n wye verskeidenheid seinverwerkingsoperasies uit te voer. Die digitale seine wat so verwerk word, is reekse getalle wat monsters van 'n kontinue veranderlike in 'n domein soos tyd, ruimte of frekwensie verteenwoordig.

DSV en analoë seinverwerking is deelgebiede van seinverwerking. DSV is van toepassing op beide stroomdata en statiese (gestoorte) data.

## Werking 
### Van analoog na digitaal 
Om 'n analoogsein digitaal te ontleed en te manipuleer, moet dit gedigitaliseer word deur 'n **analoog-na-digitaal-omsetter** (ADO; Engels: *Analog-to-Digital Converter*, ADC). Monsterneming geskied in twee fases:

* **Diskretisering** - die sein word in gelyke tydintervalle verdeel, elk verteenwoordig deur 'n enkele amplitudemeting.
* **Kwantisering** - elke meting word aan 'n eindige stel diskrete waardes toegewys.

Na verwerking kan die resultaat deur 'n **digitaal-na-analoog-omsetter** (DAO; Engels: *DAC*) na analoogvorm teruggekeer word.

### Domeine 
DSV-ingenieurs bestudeer seine gewoonlik in een van die volgende domeine:

* **Tyddomein** - eendimensionele seine
* **Ruimtedomein** - meerdimensionele seine
* **Frekwensiedomein** - via die Fourier-transform
* **Golfietjiedomein** (*wavelet*) - vir tyd-frekwensieontleding

## Filtrering 
Die mees algemene verwerkingsbenadering in die tyd- of ruimtedomein is verbetering van die insetsein deur **filtrering**. Digitale filters word in twee hooftipes verdeel:

Die **Z-transform** verskaf 'n tegniek om stabiliteitskwessies van digitale OIR-filters te ontleed, analoog aan die Laplace-transform vir analoogfilters.

'n Verwante tegniek is outokorrelasie - die kruiskorrrelasie van 'n sein met ditself na 'n baie kort tydvertragings. Dit word gebruik om herhalende patrone in 'n sein op te spoor, die fundamentele frekwensie te bepaal, en ruisvlakke te skat.

## Geskiedenis 
### Grondslag: Shannon se inligtingsteorie 
In **1948** het Claude Shannon die baanbrekende artikel *A Mathematical Theory of Communication* gepubliseer, wat die wiskundige grondslag vir digitale kommunikasie en seinverwerking gelê het.

### Eerste gespesialiseerde DSP-skyfie (1978) 
Die eerste gespesialiseerde digitale seinverwerkerchip was die **TMS5100** van Texas Instruments, ontwikkel vir die *Speak & Spell*-opvoedkundige speelding wat in Junie 1978 by die Consumer Electronics Show bekendgestel is. Dit was die eerste chip wat lineêre voorspellende kodering (*Linear Predictive Coding*, LPC) vir spraaksintese op 'n enkele skyfie gebruik het. Die *Speak & Spell* is in 2009 as 'n IEEE-mylpaal erken.

### Wyeverspreiding in die 1980's 
Frantz en sy kollegas by Texas Instruments het gou besef dat hul DSP-ontwerp vir spraaksintese ook in modems, hardeskywe en driedimensionele grafika gebruik kon word. Texas Instruments het die opvolgchip TMS32010 as 'n algemenedoeleindes DSP-platform bemark, wat die moderne DSV-nywerheid ten volle van stapel gestuur het.

## Toepassings 
DSV het toepassings oor 'n wye reeks gebiede:

* **Klank en spraak** - MP3-kompressie, ruisverwydering, spraakherkenning, selfoonkommunikasie
* **Beeld en video** - JPEG-beeldkompressie, rekenaartomografie (CAT), MRI
* **Kommunikasie** - draadlose telegrafie, radar, sonar, satellietkommunikasie
* **Beheerselsel** - industriële prosesbeheer, motorkontrole
* **Biomediese wetenskap** - elektrokardiografie (EKG), mediese beelding
* **Geofisika** - seismiese dataverwerking

## Voordele bo analoogverwerking 
## Hardeware 
Gespesialiseerde **digitale seinverwerkers** (DSP-skyfies) is mikroprosessorskyfies waarvan die argitektuur geoptimeer is vir DSV-bedrywighede soos vermenigvuldig-en-akkumuleer (*multiply-accumulate*) bewerkings. Hulle word wyd gebruik in selfone, skyfskywe, HDTV-produkte, radar, sonar en spraakherkenning.

Ander hardewareplasforms vir DSV sluit in:
* Algemene mikroprosessors
* Veldprogrammeerbare hekskikkings (*FPGA*)
* Gespesialiseerde ASIC-skyfies

## Sien ook 
* Seinverwerking
* Analoogse seinverwerking
* Fourier-transform
* Monstertjie-stelling van Nyquist-Shannon
* Draadlose telegrafie
* Digitale kommunikasie

## Verwysings