Resume Bab 1 "Pendahuluan"
Bab 1
Pendahuluan
Tujuan bab ini adalah untuk menjelaskan makna dan manfaat dari pemrosesan sinyal digital (DSP), untuk memperkenalkan operasi DSP dasar dimana banyak DSP didirikan, dan untuk membuat pembaca sadar tentang berbagai area aplikasi untuk DSP. Contoh-contoh spesifik aplikasi dunia nyata disajikan, diambil dari area-area yang dapat dibaca sebagian besar pembaca.
1.1 Pengolahan sinyal digital dan manfaatnya
Contoh jenis sinyal yang menarik adalah :
- Speech, yang kita jumpai misalnya di telepon, radio dan kehidupan sehari-hari.
- Sinyal biomedis, seperti elektroensefalogram (sinyal otak).
- Suara dan musik, seperti yang direproduksi oleh pemutar compact disc.
- Video dan gambar, yang ditonton kebanyakan orang di televisi.
- Sinyal radar, yang digunakan untuk menentukan jangkauan dan pendengaran target yang jauh.
Pemrosesan sinyal digital berkaitan dengan representasi sinyal digital dan penggunaan prosesor digital untuk menganalisis, memodifikasi, atau mengekstrak informasi dari sinyal. Sinyal yang digunakan dalam bentuk DSP yang paling populer berasal dari sinyal analog yang telah diambil sampelnya secara berkala dan diubah menjadi bentuk digital.
Daya tarik DSP berasal dari keunggulan utama seperti berikut ini :
- Ketepatan yang terjamin. Akurasi hanya ditentukan oleh jumlah bit yang digunakan.
- Reproduksi sempurna.
- Tidak ada penyimpangan dalam kinerja dengan suhu atau usia.
- Keuntungan selalu diambil dari kemajuan luar biasa dalam teknologi semikonduktor untuk memperoleh keandalan yang lebih besar, ukuran yang lebih kecil, biaya rendah, konsumsi daya, dan kecepatan yang lebih tinggi.
- Fleksibilitas yang lebih besar.
- Kinerja yang unggul.
- Dalam beberapa kasus, informasi mungkin sudah dalam bentuk digital dan DSP menawarkan satu-satunya opsi yang layak.
- DSP bukan tanpa kerugian. Namun, signifikansi dari kerugian ini terus dikurangi oleh teknologi baru.
- Kecepatan dan biaya.
- Waktu desain.
- Masalah kata panjang yang terbatas
1.2 Area aplikasi
DSP adalah salah satu bidang yang paling cepat berkembang dalam elektronik modern, yang digunakan di area mana pun informasi ditangani dalam bentuk digital atau dikendalikan oleh prosesor digital. Area aplikasi termasuk yang berikut :
- Pengolahan gambar (Pengenalan pola, Visi robot, Peningkatan citra, Faksimili, Peta cuaca satelit, Animasi)
- Instrumentasi / control (Analisis spectrum, Posisi dan kontrol tingkat, Pengurangan kebisingan, Kompresi data)
- Pidato/audio (Pengenalan suara, Sintesis pidato, Teks pidato, Audio digital, Pemerataan)
- Militer (Komunikasi yang aman, Pengolahan Radar, Pengolahan Sonar, Panduan Rudal)
- Telekomunikasi (Pembatalan Echo, Pemerataan adaptif, Transcoder ADPC, Menyebarkan spectrum, Konferensi video, Komunikasi data)
- Biomedis (Pemantauan pasien, Pemindai, EEG brain mapper, Analisis EKG, Peningkatan penyimpanan X-ray)
- Aplikasi konsumen (Digital, telepon seluler seluler, Sistem telekomunikasi seluler universal, Televisi digital, Kamera digital, Telepon internet, musik dan video, Mesin jawaban digital, faks, dan modem, Sistem pesan suara, Sistem hiburan interaktif, Suspensi aktif di mobil)
1.3 Kunci operasi DSP
Operasi DSP dasar adalah konvolusi, korelasi, penyaringan, transformasi, dan modulasi. Tabel 1.1 merangkum operasi-operasi ini dan uraian singkat masing-masing diberikan di bawah ini. Poin penting untuk dicatat dalam tabel adalah bahwa semua operasi DSP dasar hanya memerlukan operasi aritmatika sederhana dari perkalian, menambah/mengurangi, dan menggeser untuk melaksanakan. Perhatikan juga kesamaan antara sebagian besar operasi.
1.3.1 Konvolusi
Sebagai contoh, ini adalah operasi dasar dalam penyaringan digital.
Di mana simbol * digunakan untuk menunjukkan konvolusi dan M= N1+N2-1.
Contoh konvolusi linear dari dua urutan yang digambarkan pada Gambar 1.1 (a) dan 1.1 (b) diberikan pada Gambar 1.1 (c). dalam contoh ini, h (n), n = 0, 1, 2, …, dapat dilihat sebagai respons impuls dari sistem digital, dan y (n) respons sistem terhadap urutan masukan, x (n). nilai-nilai numerik untuk konvolusi, yaitu y (n).
Ada dua bentuk korelasi: auto-dan korelasi silang
- Fungsi korelasi silang (CCF) adalah ukuran dari kesamaan atau properti bersama antara dua sinyal. Aplikasi CCFs mencakup analisis lintas-spektral, deteksi / pemulihan sinyal yang terkubur dalam kebisingan, misalnya deteksi sinyal kembali radar, pencocokan pola, dan pengukuran penundaan, CCF didefinisikan dalam Persamaan 1.2 pada Tabel 1.1.
- Fungsi autokorelasi (ACF) hanya melibatkan satu sinyal dan memberikan informasi tentang struktur sinyal atau perilakunya dalam domain waktu. Ini adalah bentuk khusus CCF dan digunakan dalam aplikasi yang serupa. Ini adalah partikularitas yang berguna dalam mengidentifikasi periode tersembunyi. ACF didefinisikan dalam Persamaan 1.3.
1.3.3 Penyaringan digital
Pemfilteran digital adalah salah satu operasi paling penting dalam DSP karena akan menjadi jelas dalam bab-bab selanjutnya. Operasi penyaringan digital untuk kelas filter penting didefinisikan sebagai
Dimana h (k), k = 0,1, ..., N-1 adalah koefisien filter, dan x (n) dan y (n), masing-masing, input dan output dari filter. Untuk filter tertentu, nilai koefisiennya unik untuk itu dan menentukan karakteristik filter. Kami mencatat bahwa pemfilteran sebenarnya adalah konvolusi sinyal dan impuls filter terhadap respons dalam domain waktu, yaitu h (k).
1.3.4 Transformasi diskrit
Transformasi diskrit memungkinkan representasi sinyal waktu-diskrit dalam domain frekuensi atau konversi antara waktu dan perwakilan domain frekuensi. Spektrum sinyal diperoleh dengan mendekomposisi menjadi komponen frekuensi penyusun menggunakan transformasi diskrit. Pengetahuan tentang spektrum semacam itu sangat berharga dalam, misalnya, menentukan bandwidth yang diperlukan untuk mengirimkan sinyal. Konversi antara waktu dan frekuensi domain diperlukan dalam banyak aplikasi DSP.
Contoh penggunaan DFT diberikan pada Gambar 1.5.
Di sini, respons impuls filter, h (n), n = 0,1,…, N-1, diubah untuk memberikan respons frekuensi filter menggunakan DFT. Rincian DFT dan aplikasinya diberikan dalam Bab 3.4 dan 11.
1.3.5 Modulasi
Proses modulasi sering melibatkan berbagai properti sinyal frekuensi tinggi, yang dikenal sebagai pembawa, dalam simpati dengan sinyal yang ingin kita transmisikan atau simpan, yang disebut sinyal modulasi. Tiga skema modulasi digital yang paling sering digunakan untuk mentransmisikan data digital melalui saluran bandpass, misalnya sambungan gelombang mikro) adalah penguncian pergeseran amplitudo (ASK), penguncian fase pergeseran (PSK), dan pengalihan frekuensi pergeseran (FSK). Ketika data digital ditransmisikan melalui jaringan all-digital, skema yang dikenal sebagai modulasi kode pulsa (PCM) umumnya telah dikembangkan untuk audio digital, rincian yang dapat ditemukan di Warkinson (1987).
 |
| Gambar 1.5 Gambaran dari domain waktu dan frekuensi digital filter (a) impulse response : (b) filter spectrum. Filter spectrum memperoleh dari transformasi diskrit h(n).Illustrating one of the many use if the DFT |
1.4 Prosesor Sinyal Digital Sistem
Arsitektur mikroprosesor standar tidak cocok dengan karakteristik DSP dan ini menyebabkan pengembangan jenis prosesor baru yang arsitektur dan set petunjuknya disesuaikan dengan operasi DSP. Prosesor baru atau chip DSP memiliki fitur yang mencakup hal-hal berikut:
- Dibangun pada pengganda perangkat keras (s) untuk memungkinkan perkalian cepat. Chip DSP yang lebih baru menggabungkan satu siklus instruksi berakumulasi banyak dan beberapa memiliki beberapa pengganda yang bekerja secara parallel.
- Bus /kenangan terpisah untuk program dan data - arsitektur Harvard yang tahu baik yang memungkinkan dan tumpang tindih pengambilan instruksi dan eksekusi.
- Instruksi penghematan siklus untuk percabangan atau perulangan. Sebagai contoh, instruksi berikut untuk Texas Instrument 'TMS320C25' mengurangi secara signifikan jumlah siklus dan ukuran program untuk filter digital.
- Kecepatan mentah yang sangat cepat. Misalnya, TMS320C25 menggunakan jam 40Mhz dan memiliki waktu siklus 100 ns.
- Penggunaan pipelining yang mengurangi waktu instruksi dan meningkatkan kecepatan.
1.5 Tinjauan Tentang Aplikasi DSP di Dunia Nyata
 |
| Gambar 1.6 Contoh dampak dari teknologi DSP di kehidupan modern |
Produk dan aplikasi yang inovatif dan berkualitas tinggi untuk pasar konsumen besar (misalnya ponsel seluler digital, televisi digital, dan permainan video). Dampak DSP juga terlihat di banyak area lain, seperti obat-obatan dan perawatan kesehatan, (misalnya di monitor pasien untuk perawatan intensif, peralatan X-rat digital, sistem kardiologi dan pemetaan otak canggih), audio digital (misalnya CD player, audio mixer , dan musik elektronik), dan sistem komputer pribadi (misalnya disk untuk penyimpanan data yang efisien dan koreksi kesalahan, kartu suara modem, dan konferensi video).
1.6 Aplikasi Audio DSP
1.6.1 Pencampuran audio digital
Pencampuran audio digunakan dalam aplikasi audio profesional dan semi profesional, mis. rekaman studio, penyiaran, penguatan suara, sistem alamat publik dan pertunjukan langsung. Konsol mixing memungkinkan penyesuaian, pencampuran dan pemantauan karakteristik sinyal audio multikanal dari berbagai sumber untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu.
Mixer khas ditunjukkan pada Gambar 1.8. Mixer memiliki fitur berikut:
 |
| Gambar 1.7 A Block diagram sederhana dari 32 input, 16-output Sistem campuran stereo digital |
 |
| Gambar 1.8 Control dalam jenis 8-channel mixing console (courtesy of Allen & Heath, Cornwall) |
- 8 input mono (8 mikrofon atau 8 baris).
- 2 pasang saluran stereo (kiri dan kanan) jalur sinyal.
- Strip pembuat enkode master untuk kontrol pusat, mis. pemilihan memori, power amp set-up dan pemrosesan sinyal.
1.6.2 Sintesis dan Pengakuan Ucapan
1.6.2.1 Sintesis Ucapan Pidato
 |
| Gambar 1.9 Linear predictive coding dari speech |
The Speak and Spell (Frantz dan Wiggins, 1982) adalah contoh dari produk komersial yang sukses dengan keluaran ucapan yang mungkin familiar bagi pembaca. Ini adalah bantuan pembelajaran elektronik untuk anak-anak dan menggunakan teknik LPC (linear predictive coding), di mana pidato manusia yang sebenarnya untuk direproduksi kemudian dimodelkan sebagai respon dari filter digital yang berubah waktu menjadi sinyal eksitasi acak atau periodik (Gambar 1.9). ).
 |
| Gambar 1.10 Konfigurasi untuk Speak and Spell learning aid |
Ditandai dengan satu set 10 atau 12 parameter LPC. Parameter frame diumpankan ke synthesizer setiap 25 ms sekali dan digunakan untuk memperbarui koefisien filter digital dan untuk memilih sumber eksitasi dan tingkat energinya.
1.6.2.2 Speech Recognition
Pengenalan suara melibatkan memasukkan informasi ke komputer menggunakan suara manusia dan komputer mendengarkan dan mengenali ucapan manusia. Pengenalan suara masih sedang aktif diteliti karena masalah yang diajukan lebih sulit daripada sintesis ujaran. Jadi, yang sukses adalah sistem satu kata yang bergantung pada pembicara. Sistem semacam ini beroperasi dalam satu dari dua mode.
 |
| Gambar 1.11 Block diagram dari sistem speech recognition |
 |
| Gambar 1.12 Lubang potong laser pada compact disk. Setiap lubang adalah 0,5 um lebar, 0,8-3,5 um panjangnya, dan memiliki kedalaman 0,11 um. Jarak antara lintasan adalah 1,6 um. (Direproduksi dari Philips Technical Review, 40 (6), 1982) |
 |
| Gambar 1.13 Diagram blok yang disederhanakan dari pemrosesan sinyal audio dan pengkodean ulang dalam sistem compact disc. |
 |
| Gambar 1.14 reproduksi sinyal audio dalam sistem compact disk. |
 |
| Gambar 1.15 papan sirkuit cetak untuk sirkuit decoding dari pemutar CD Philips (Direproduksi dari Philips Technical Review, 20 (6), 1982) |
Penggunaan khusus DSP dalam pekerjaan audio digital, beberapa di antaranya telah kami sebutkan, termasuk yang berikut :
- Penggunaan teknik DSP tingkat lanjut dalam mengkode, mendeteksi, dan memperbaiki atau menyembunyikan kesalahan yang disebabkan oleh putus sekolah, dan dalam menghilangkan wow dan flutter selama pemutaran ulang, memastikan bahwa pembatasan yang dikenakan oleh media perekam magnetik atau optik) tidak lagi menentukan kualitas yang dapat dicapai dalam perekaman dan reproduksi.
- Peningkatan lingkungan mendengarkan dan pengayaan suara. Sebagai contoh, struktur filter digital sederhana telah digunakan untuk membuat gema, gema alami dan efek paduan suara.
- Sintesis suara yang meniru instrumen musik dan tidak ada instrumen lain yang dapat dihasilkan.
- Dalam penciptaan dan penggunaan efek suara, misalnya suara tembakan, langkah kaki, tepuk tangan, suara mobil, pukulan, dalam iklan TV, kartun dan film bergerak untuk meningkatkan ilusi realitas atau menambah kredibilitas ke adegan.
- Peningkatan rekaman arsip atau rekaman forensik.
1.7 Aplikasi telekomunikasi DSP
1.7.1 Telepon seluler seluler digital
1.7.1.1 Pendahuluan
DSP adalah salah satu teknologi kunci yang memungkinkan terjadinya revolusi ponsel. DSP digunakan secara luas untuk memproses sinyal dan data di base station radio dan di ponsel itu sendiri (misalnya untuk pidato coding, pemerataan multipath, pengukuran kekuatan sinyal, pesan suara, kesalahan kontrol coding, modulasi, dan demodulasi) DSP kapal dioptimalkan untuk komunikasi nirkabel sekarang tersedia di luar rak, memungkinkan industri komunikasi seluler untuk menawarkan produk berkualitas tinggi yang terjangkau untuk pasar massal.
1.7.1.2 Arsitektur jaringan telepon seluler
Tabel 1.3 Fitur dasar dari GSM 900
· - Parameter untuk sistem seluler = seluler parameter khusus GSM 900
· - Pita frekuensi :
- Mobile transmit / base station menerima 890-915 MHz
- Penerimaan ponsel / stasiun pangkalan mentransmisikan 935-960 MHz
- Pemisahan frekuensi dupleks 45 MHz
- Spasi frekuensi frekuensi 200kHz
· - Jumlah saluran 124
· - Kecepatan bicara 1,3 kbit / s (setengah tingkat 5,6 kbit / dtk)
· - Secara keseluruhan bit rate 270 kbit / s
· - Metode transmisi radio Narrowband CDMA
· - Ukuran panggilan optik 300 mm - 35 km
 |
| Gambar 1.16 konsep seluler menunjukkan pola pengulangan sel sebagai akibat dari penggunaan kembali frekuensi |
 |
| Gambar 1.17 Diagram blok yang disederhanakan dari sistem telepon seluler |
1.7.1.3 Aspek pemrosesan sinyal
Dalam komunikasi seluler, masalah yang terkait dengan propagasi multipath sering ditemui karena lingkungan yang buruk di mana ponsel beroperasi. Pada frekuensi yang digunakan oleh telepon radio selular, sinyal yang ditransmisikan sering dipantulkan dari gedung bertingkat tinggi, dll. Sinyal yang dipantulkan ditunda dan sampai pada penerima lebih lambat dari sinyal langsung, setelah menempuh jarak yang lebih jauh. Hal ini menyebabkan fluktuasi pada amplitudo dan fase dari sinyal kombinasi pada penerima, tergantung pada sifat dari multipath dan pergerakan ponsel. Efek dari propagasi multipath dikurangi oleh penggunaan pemerataan digital di penerima.
1.7.2 Set-top box untuk penerimaan televisi digital
Di TV digital, informasi digital (video, audio, teks) dapat ditransmisikan ke perangkat TV di rumah oleh satelit (menggunakan satelit dan antena satelit yang ada), kabel (TV kabel) dan terestrial (menggunakan pemancar TV dan antena yang ada). Sebagian besar TV yang ada di rumah kita hanya dapat menerima transmisi analog sehingga memerlukan dekoder digital (dekoder) untuk menerima TV digital; lihat gambar 1.18 set-top box mengkonversi informasi digital ke dalam bentuk yang cocok untuk penerimaan oleh TV analog. Set TV terbaru memiliki dekoder built-in.
 |
| Gambar 1.18 Ilustrasi penggunaan set top box untuk penerimaan televisi digital |
1.7.3 Pembatalan gema telepon adaptif
Gema muncul terutama dalam sistem komunikasi ketika sinyal menghadapi kesalahan dalam impedansi. Gambar 1.19 menunjukkan sirkuit telepon jarak jauh yang disederhanakan. Rangkaian hibrida di bursa mengkonversi sirkuit dua-kawat dari tempat pelanggan ke sirkuit empat-kawat. dan menyediakan jalur terpisah untuk setiap arah transmisi. Ini sebagian besar karena alasan ekonomi, misalnya untuk memungkinkan transmisi multi-plexing atau simultan banyak panggilan.
 |
| Gambar 1.19 Sirkuit jarak jauh Simplifield. |
 |
| Gambar 1.20 Pembatalan gema dalam telepon suara jarak jauh |
1.8 Aplikasi Biomedis DSP
1.8 Aplikasi Biomedis DSP
Biomedicine merupakan daerah yang penting dan sangat subur baik untuk aplikasi DSP konvertional dan untuk pengembangan algoritma DSP baru dan robot. Seringkali, data medis tidak berperilaku baik dan ini merupakan tantangan bagi praktisi DSP yang harus datang dengan cara baru menangani data. Dalam banyak kasus, data medis berada dalam rentang frekuensi audio. Jadi kami menemukan bahwa teknik DSP yang terinspirasi oleh masalah dalam biomedis menemukan penggunaan di area lain, seperti audio, telekomunikasi dan kontrol, dan sebaliknya.
1.8.1 Pemantauan janin EKG
Elektrokardiogram janin (EKG) menggambarkan aktivitas listrik jantung bayi yang diukur dari permukaan tubuh (Outram et al, 1995). Denyut jantung janin (FHR) berasal dari interval R-to-R dari EKG (Gambar 1.21). Analisis visual dari tampilan terus menerus dari DJJ bersama dengan kontraksi dari wumb (aktivitas uterus), yang dikenal sebagai cardiotoeogram (CTG), biasanya digunakan untuk menilai kondisi fetus.during.labour. kesulitan dalam menginterpretasikan CTG yang melakukan persalinan dapat menyebabkan intervensi medis yang tidak perlu (misalnya, operasi caesar atau forceps), cedera janin atau kegagalan untuk campur tangan ketika membutuhkan (Keith et al, 1995).
 |
| Gambar 1.21 ECG janin menunjukkan fitur utama yang menarik secara klinis. |
 |
| Gambar 1.22 Pemantauan EKG janin selama tidur |
1.8.2 DSP-based closed loop controlled anesthesia
Bukti penerapan medis DSP berlimpah di unit perawatan intenvise dari semua rumah sakit besar. Teknik yang lebih maju terus menerus bagi saya dalam anestesi. Selama pasien biasanya dengan menyuntikkan obat bius secara intravena, sehingga mereka tidak merasakan sakit dan kondisi bagi ahli bedah untuk memangkas operasi untuk segera dengan jumlah yang tepat dari obat untuk menginduksi ke kedalaman yang dibutuhkan secepat mungkin dan untuk mempertahankan level sampai perubahan perlu. Menyuntikkan terlalu banyak obat ke pasien dapat menyebabkan komplikasi dan efek samping lainnya, sementara obat menyebabkan kesadaran intra-operatif yang mungkin memiliki kedatangan psikologis jangka panjang.
1.9 Ringkasan
Dalam bab ini, makna DSP telah dijelaskan, bidang aplikasi telah dibahas dan operasi DSP kunci telah diidentifikasi. Contoh aplikasi spesifik diskussiod telah menunjukkan bahwa DSP adalah siap membuat dampak yang signifikan dalam konsumen dan elektronik profesional.
Kelompok 5 - 3CJTD :
 |
| Anisa Yulia Haryanti |
 |
| Patricia Jokhanan |
 |
| M. Syakur Romadhoni |
 |
| Taj Putra Akbar A. |
