Программирование DSP DSP: словарик Mon, August 21 2017  

Поделиться

нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.


DSP: словарик Печать
Добавил(а) microsin   

Здесь приведена расшифровка обычного набора часто встречающихся терминов в технологии цифровой обработки сигнала (DSP, Digital Signal Processing).

ADC Analog-to-Digital Converter, аналого-цифровой преобразователь, АЦП.

Complex (комплексное число) специальное число, которое содержит в себе мнимую часть. Мнимая часть это такое число, которое в квадрате дает -1. В цифровой обработке сигналов реальная часть комплексного числа соответствует амплитуде сигнала, а мнимая часть соответствует фазе сигнала.

DAC Digital-to-Analog Converter, цифро-аналоговый преобразователь, ЦАП.

dB децибел, логарифмическая единица измерения уровня сигнала.

DNL дифференциальная нелинейность (Differential NonLinearity), термин, относящийся к ADC и DAC. Для ADC характеризует адекватность входному сигналу соседних цифровых выходных значений оцифровки. Это важный параметр для измерения ошибок в АЦП; точность DAC обычно указывается в этой спецификации.

Для идеального АЦП два разница входных напряжений для его двух соседних кодов точно соответствует весу младшего разряда АЦП (Least Significant Bit, LSB). Но в реальном АЦП это не так, и параметр DNL характеризует самый плохой случай несоответствия. Например, если у АЦП выходной код может меняться на 1.5 LSB, когда сигнал на входе изменился всего лишь та уровень 1, то интегральная нелинейность составит 1/2 LSB. Дифференциальная нелинейность может быть выражена как дробное число от младшего разряда, процентное отношение от полного диапазона (full scale) АЦП. Часто это отношение выражается в децибелах. Дифференциальная нелинейность больше 1 LSB может привести к немонотонности передаточной функции АЦП, это также называют пропуском кодов (missing code).

Дифференциальная нелинойность характеризует постоянное отношение между изменениями на входе АЦП и его выходе. Для преобразователей, если изменение на его входе приводит к монотонному пошаговому изменению на выходе, говорят, что преобразователь обладает дифференциальной линейностью. И наоборот, если это не так, то преобразователь (АЦП или ЦАП) обладают дифференциальной нелинейностью.

Бороться с дифференциальной нелинейностью (DNL) труднее, чем с интегральной (INL), потому что интегральная нелинейность обычно может быть представлена какой-то функцией, которую можно скомпенсировать (например, по таблице).

ENOB effective number of bits, количество эффективных (достоверных) бит результата измерения. ENOB = (SINAD - 1.76 dB) / 6.02 dB.

FFT Fast Fourier Transform, быстрое преобразование Фурье (БПФ). Позволяет получить дискретные отсчеты спектра сигнала по дискретным отсчетам сигнала.

FIR Finite Impulse Response, структура фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ). Фильтр FIR не имеет обратной связи по предыдущим результатам фильтрации, обладает повышенной устойчивостью, однако у него меньше крутизна характеристики по сравнению с фильтром IIR. См. также IIR.

iFFT inverse Fast Fourier Transform, обратное быстрое преобразование Фурье. Позволяет получить дискретные отсчеты сигнала по дискретным отсчетам спектра сигнала.

IIR Infinite Impulse Response, структура фильтра с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Фильтр IIR имеет обратную связь по предыдущим результатам фильтрации. Этот фильтр менее стабилен, чем фильтр FIR, однако у него выше крутизна характеристики.

Im мнимая часть сигнала (от слова Imaginary). В усложненных алгоритмах DSP, учитывающих фазу, используются комплексные числа, состоящие из вещественной (Re) и мнимой (Im) частей. Вещественная часть несет информацию о мгновенной амплитуде сигнала, а мнимая часть о мгновенной фазе сигнала.

IMA2, IMA3 продукты искажения сигнала первого и второго порядков (IMA переводится как InterModulation Amplitude). Относительная разница в спектре между основной гармоникой сигнала и продуктом интермодуляции 2-го (для IMA2) или 3-го (для IMA3) порядков. Интермодуляционные искажения происходят из-за нелинейности компонентов, через которые проходит сигнал.

IMD2, IMD3 InterModulation Distortion в контексте гармоник 2 и 3 порядка. То же самое, что и IMA2, IMA3.

INL Integral NonLinearity, интегральная нелинейность. Термин, обычно применяемый к АЦП и ЦАП. См. также DNL.

ISR Inrerrupt Service Routine (обработчик прерывания).

LSB Least Significant Bit, самый младший значащий бит.

MAC Multiply Accumulation, операция умножения с накоплением, основная арифметическая операция, применяемая в алгоритмах DSP. Операция MAC часто выражается с помощью точки: h(i)•x(i).

MSB Most Significant Bit, самый старший значащий бит.

PDF Probability Distribution Function, функция распределения вероятностей. Обычно в ЦОС широко используется PDF Гаусса, характеризующая наложение на сигнал белого шума.

Re вещественная часть сигнала (от слова Real). В усложненных алгоритмах DSP, учитывающих фазу, используются комплексные числа, состоящие из вещественной (Re) и мнимой (Im) частей. Вещественная часть несет информацию о мгновенной амплитуде сигнала, а мнимая часть о мгновенной фазе сигнала.

Real (реальное число). Это такие числа, которые нельзя выразить дробными соотношениями, например реальными числами являются корень из 2, корень из 3 или число Pi.

RMS среднеквадратическое значение сигнала.

RSS Received Signal Strength, уровень принимаемого сигнала.

SAR в контексте цифровой обработки имеется в виду Successive AppRoximation, т. е. последовательное приближение. Относится к технологии внутреннего устройства АЦП.

SFDR Spurious-Free Dynamic Range, свободный от помех динамический диапазон. Отношение среднеквадратического значения амплитуды сигнала к среднеквадратическому значению максимальной составляющей спектра, включая гармоники.

SFR Special Function Register, регистр специального назначения микроконтроллера.

SINAD Signal-to-noise and distortion ratio, отношение полезного сигнала к шуму и искажениям. Равно отношению среднеквадратической амплитуды сигнала к среднему значению суммы квадратов (RSS) всех посторонних составляющих спектра, включая гармоники, но исключая постоянную составляющую. Если оценивать сигнал по мощности, то получается простая формула (из Википедии): SINAD = (Psignal + Pnoise + Pdistortion) / (Pnoise + Pdistortion).

SNR Signal-Noise Ratio, соотношение сигнал/шум.

THD Total Harmonic Distortion, общие гармонические искажения. Отношение среднеквадратического значения амплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (RSS) всех гармоник (обычно ближайших шести).

Vref reference voltage, опорное напряжение (обычно относится к АЦП).

Автокорреляция. Корреляция сигнала с самим собой (см. Корреляция).

Вектор массив чисел однотипных чисел (чаще переменных), одномерный или многомерный. В приложениях DSP, касающихся обработки звука, обычно применяют одномерные векторы. В обработке видео применяются двумерные векторы.

Гетеродинирование преобразование частоты сигнала в пару различных сигналов с разными частотами, эти сигналы принято называть сигналами промежуточных частот, причём исходная фаза сигнала сохраняется в порождённых сигналах. Гетеродинирование осуществляется с помощью вспомогательного генератора гармонических колебаний - гетеродина и нелинейного элемента. Идеальный, с точки зрения качества гетеродинирования, нелинейный элемент - это четырёхквадрантный перемножитель преобразуемого сигнала и сигнала гетеродина (из Википедии).

Децимация (прореживание) - уменьшение частоты дискретизации дискретного во времени сигнала путём удаления его отсчётов. Под отсчётом понимается численное значение амплитуды сигнала в определенный момент времени.

При децимации из исходной последовательности отсчетов

a0, a1, a2, …

берется каждый N-й отсчет (N целое число):

a0, aN, a2N, … ; N > 1

остальные отсчеты отбрасываются (из Википедии).

Дискретность, дискретный имеется в виду набор фиксированных значений. Например, выходной код АЦП может принимать заранее известный, определенный набор значений от минимума да максимума, поэтому оцифровка сигнала с помощью АЦП называется дискретизацией по амплитуде. Также бывает дискретизация по времени, когда уровень сигнала оценивается в строго заданные, фиксированные интервалы времени.

Дисперсия величина, характеризующая мощность сигнала. Равна квадрату среднего квадратического значения сигнала (RMS).

ДПФ дискретное преобразование Фурье, выражается формулой:

    N/2
Σ
K=0
  2*pi*k*(n+FIk)
------------------
N
 
Y(n) = (Xk * cos( ))
       

Y(n) выходной сигнал для отсчета n, где n=0..N-1.

N количество отсчетов дискретного сигнала Y(n).

Xk амплитуда частотной составляющей, k=0..N/2, т. е. частоты спектра. Частоты = kF/N, где F частота дискретизации.

FIk фазы частотных составляющих Xk.

Набор коэффициентов Xk называется амплитудным спектром сигнала. Частоты синусоид спектра равномерно распределены от 0 (постоянная составляющая) до F/2 (максимально возможная частота в цифровом сигнале).

Параметр N – число анализируемых отсчётов сигнала – имеет решающее значение для вида спектра. Чем больше N, тем плотнее сетка частот, по которым FFT раскладывает сигнал, и тем больше деталей по частоте видно на спектре. Для достижения более высокого частотного разрешения приходится анализировать более длинные участки сигнала. Если сигнал в пределах окна FFT меняет свои свойства, то спектр будет отображать некоторую усреднённую информацию о сигнале со всего интервала окна.

Когда нужно проанализировать быстрые изменения в сигнале, длину окна N выбирают маленькой (малое интегрирование входного сигнала). В этом случае разрешение анализа по времени увеличивается, а по частоте – уменьшается. Таким образом, разрешение анализа по частоте обратно пропорционально разрешению по времени. Этот факт называется соотношением неопределённостей.

Интерполяция, интерполирование - в вычислительной математике способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений (из Википедии).

Картезианские координаты, они же декартовы координаты - обычная система прямоугольных линейных координат X, Y, Z.

Когерентность (от лат. cohaerens - находящийся в связи) - согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени, и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Классический пример двух когерентных колебаний - это два синусоидальных колебания одинаковой частоты.

Когерентность волны означает, что в различных пространственных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно - ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем. Такая ситуация может иметь место, если волна была сгенерирована не единым излучателем, а совокупностью одинаковых, но независимых (то есть не коррелированных) излучателей (из Википедии).

Конволюция то же самое, что и свертка (перевод английского слова convolution).

Корреляция. Часто возникает задача обнаружения одного сигнала в другом. Например, может быть известно, что некоторое внешнее событие генерирует в датчике сигнал определенной формы. Однако события могут приходить почти одновременно, а сигналы от них – перекрываться. Кроме того, на выходе датчика может присутствовать шум, затрудняющий нахождение нужных сигналов. Для надежного обнаружения таких сигналов применяется метод корреляции (correlation).

Иногда корреляцию называют кросс-корреляцией или перекрестной корреляцией (cross-correlation). Термин "автокорреляция" (autocorrelation) применяется, когда находится корреляция сигнала с самим собой. Смысл этой операции в том, чтобы найти наиболее вероятные периоды повторения формы исходного сигнала.

Критическая секция (или регион) кода в общем случае это участок кода, в котором запрещены прерывания, т. е. гарантируется выполнение критической секции непрерывно, без отвлечения процессора на другие задачи. В приложениях, работающих в условиях многозадачных операционных систем (RTOS, VDK) для организации критических секций кода используется специальное API. Например, в VDK-приложении для этой цели имеются функции PushCriticalRegion и PopCriticalRegion. Обычные приложения для организации критических секций могут использовать команды общего запрета и разрешения прерываний.

Магнитуда синоним амплитуды - условная величина, характеризующая энергию колебаний.

Марица набор чисел, организованный в прямоугольную таблицу.

Оконная функция. В простейшем виде это прямоугольная функция, которая в только определенном диапазоне входных значений (от min до max) принимает значение, равное 1. При всех остальных значениях входных значениях функция равна 0. Бывают также оконные функции Хемминга, Хана, Блекмана. Хан или Блэкман.

Полярные координаты. Бывает полярная цилиндрическая система координат (polar cylindrical coordinate system) и полярная сферическая система координат (polar spherical coordinate system) [1].

В цилиндрической системе координат, как и в декартовой, положение точки в пространстве также описывается тремя координатами (r, 0, z): r это расстояние от начала координат (точки 0) до проекции точки Р на плоскость ху; 0 это угол между фиксированной плоскостью xz и полуплоскостью, проходящей через точку Р и ось z, z расстояние от точки Р до плоскости ху.

В сферической системе координат положение точки в пространстве задается тремя координатами (r, 0, р): r расстояние от начала координат; углом 0 (азимут) между фиксированной плоскостью xz и полуплоскостью, проходящей через точку Р и ось z, углом р (зенит) между фиксированной полярной полуосью Oz и лучом, проведенным через начало координат (точку 0) и точку Р.

Свертка. Математическая операция, которая приводит к уменьшению входных данных. Обычно это операция MAC. Сверка является базовой операция в задачах цифровой обработки сигналов. В дискретном случае различают два вида сверток: линейную и циклическую (из Википедии).

Скаляр единичное число (не вектор и не матрица).

Таблица вращения (twiddle table). Таблица, заполненная коэффициентами косинуса и синуса, предназначенная для ускорения вычисления алгоритмов DSP (например БПФ). Широко используется в API-функциях библиотеки DSP реального времени компании Analog Devices [4].

[Ссылки]

1. Системы координат site:arttower.ru.
2. Спектроанализатор – что мы на нем видим? site:prosound.ixbt.com.
3. Sem2.ppt site:audio.rightmark.org.
4. Библиотека Blackfin DSP Run-Time, общее описание.
5. DSP: что почитать?

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page