پردازش سیگنال دیجیتال

پردازش سیگنال دیجیتال (Digital Signal Processing, DSP) به پردازش دیجیتالی سیگنال های گسسته در زمان گفته می شود. این کار به وسیله کامپیوتر یا پردازنده های سیگنال دیجیتال انجام می شود. پردازش سیگنال دیجیتال (گسسته) و پردازش سیگنال پیوسته، زیرمجموعه هایی از پردازش سیگنال هستند. از کاربردهای DSP می توان به پردازش صوت (Audio processing)، پردازش سیگنال صحبت (Speech processing)، پردازش سیگنال های سونار و رادار، پردازش سیگنال آرایه های حسگر، پردازش تصویر دیجیتال، پردازش سیگنال های مخابراتی، کنترل سیستم، پردازش سیگنال های بیولوژیک اشاره کرد.
فیلتر خطی: یک تبدیل خطی است که بر روی نمونه های ورودی اعمال می شود؛ فیلترهای خطی از قاعدهٔ جمع آثار پیروی می کنند؛ به این معنی که اگر یک سیگنال ورودی، ترکیب وزن داری از سیگنال های مختلف باشد، سیگنال خروجی از ترکیب خطی خروجی های همان سیگنال ها، با وزنهای مشابه ورودی، حاصل می شود.
فیلتر عِلّی: فیلتر عِلّی فقط از نمونه های قبلی در سیگنال های ورودی و خروجی استفاده می کند. اما، در فیلترهای «غیرعِلّی» (Noncausal)، نمونه های آینده نیز به کار گرفته می شوند. با اضافه کردن تأخیر به یک فیلتر غیرعلی، می توان آن را به یک فیلتر عِلّی (Causal) تبدیل نمود.
فیلتر غیرمتغیر با زمان: پاسخ ضربه این فیلتر با زمان تغییر نمی کند. اما در فیلترهایی مانند فیلتر تطبیقی، با زمان تغییر می کنند.
فیلتر پایدار: خروجی یک فیلتر پایدار با گذشت زمان به یک مقدار ثابت همگرا می شود یا در محدودهٔ متناهی باقی می ماند. اما، یک فیلتر ناپایدار در پاسخ به یک ورودی محدود (متناهی) یا حتی صفر، ممکن است منجر به تولید خروجی هایی نامتناهی شود.
فیلتر با پاسخ ضربهٔ محدود (FIR): این فیلتر فقط از نمونه های سیگنال ورودی استفاده می کند، اما، فیلتر با پاسخ ضربهٔ نامحدود (IIR) علاوه بر نمونه های ورودی، از نمونه های گذشتهٔ خروجی نیز استفاده می کند. فیلترهای FIR همواره پایدار هستند، اما، فیلترهای IIR ممکن است ناپایدار شوند.
هدف DSP، معمولاً اندازه گیری، فیلتر و فشرده سازی سیگنال های پیوسته (آنالوگ) دنیای واقعی است. اولین قدم در این راه تبدیل سیگنال از شکل آنالوگ به دیجیتال است، که به وسیله نمونه برداری توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) انجام می شود. وظیفه مبدل مذکور تبدیل سیگنال آنالوگ به رشته ای از اعداد است. اما، از آنجا که معمولاً سیگنال خروجی در سیستم مورد نظر باید به صورت یک سیگنال آنالوگ باشد، در آخرین گام پردازش، به یک مبدل دیجیتال به آنالوگ نیاز خواهیم داشت. حتی اگر این پردازش از پردازش آنالوگ بسیار پیچیده تر باشد، پردازش سیگنال دیجیتال، مزایای بسیاری را نسبت به پردازش آنالوگ در زمینه های مختلف به ارمغان می آورد؛ تشخیص و تصحیح خطا در انتقال و همچنین فشرده سازی داده مثال هایی از برتری استفاده از روش های پردازش سیگنال گسسته هستند.
الگوریتم های DSP مدت زیادی است که در کامپیوترهای استاندارد همه منظوره، یا بر روی پردازش گرهای معروف به پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSP) یا با استفاده از سخت افزارهای خاص مثل مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) اجرا می شوند. امروزه تکنولوژی های دیگری نیز برای پردازش سیگنال دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند که شامل میکروپروسسورهای چندمنظوره قدرتمند، اف پی جی ای (FPGA)، کنترل کننده سیگنال دیجیتال (بیشتر برای کاربردهای صنعتی مثل کنترل موتور) هستند.
در DSP، معمولاً به بررسی و پردازشِ دیجیتالِ سیگنال در یکی از این حوزه ها پرداخته می شود: حوزهٔ زمان (سیگنال های یک بعدی)، حوزه فضایی (سیگنال های چندبعدی)، حوزه فرکانس، و حوزه موجک. برای پردازش این سیگنال ها، حوزه ای انتخاب می شود که در آن بتوان خصوصیات اصلی سیگنال را به بهترین شکل نمایش داد و با استفاده از اطلاعات حاضر، به بهترین صورت، سیگنال را پردازش کرد. نمونه هایی که از نمونه برداری یک سیگنال به دست می آیند، در واقع نمایشی از سیگنال در حوزه زمان یا حوزه فضا را ارائه می دهند، در حالی که با تبدیل فوریه (گسسته)، سیگنال در حوزه فرکانس نمایش داده می شود (طیف فرکانسی سیگنال).