tdl

Từ khoa học-kỹ thuật phát triển khiến sống trở nên thú vị tiện ích hơn, tạo nên hàng loạt thay đổi lĩnh vực đời sống xã hội Các ứng dụng, sản phẩm nghiên cứu khoa học-kỹ thuật lan truyền sử dụng rộng rãi giới, phát triển từ thành phần nhỏ bé nào, câu hỏi nhiều người thắc mắc Như biết tín hiệu thứ thật nhỏ bé, xuất nhiều mơn học, mà đóng vai trị khơng nhỏ sống chúng ta, giống tế bào thể, tiền đề để phát triển ngành kỹ thuật từ xa xưa đến bây giờ, chí cịn phát triển khơng ngừng đến tương lai Tín hiệu đại lượng vật lý chứa đựng thơng tin hay liệu truyền xa tách thơng tin Hầu hết tín hiệu đáng quan tâm dạng hàm số, phân bố hay trình thay đổi ngẫu nhiên thời gian vị trí Vậy cách thơng tin liệu “truyền” tiểu luận làm rõ vài thông tin giúp “Truyền”: Truyền liệu hoạt động vận chuyển thơng tin từ vị trí đến vị trí khác thơng qua tín hiệu Tín hiệu tín hiệu tương tự tín hiệu số truyền qua phương tiện khác Tín hiệu tương tự loại tín hiệu thay đổi theo thời gian liên tục chúng phân loại thành tín hiệu tổng hợp tín hiệu đơn giản Một loại tín hiệu tương tự đơn giản khơng ngồi sóng sin khơng thể bị phân hủy, tín hiệu tương tự loại tổng hợp bị phân hủy thành nhiều sóng sin Một tín hiệu tương tự xác định cách sử dụng biên độ, khoảng thời gian, khơng tần số & pha Biên độ tạo vệt độ cao cao tín hiệu, tần số tạo vệt tốc độ tín hiệu tương tự thay đổi pha làm vệt vị trí tín hiệu khơng liên quan đến thời gian Do đó, tín hiệu tương tự khơng chống nhiễu; phải đối mặt với biến dạng làm giảm chất lượng truyền dẫn Khơng thể cố định dải giá trị tín hiệu tương tự Lời nói người ví dụ: tạo thay đổi liên tục áp suất khơng khí Ví dụ phương tiện: Môi trường dây đồng (cáp xoắn đôi cáp đồng trục), cáp quang truyền dẫn khí khơng gian Tín hiệu tương tự đại diện cho số đại lượng vật lý chúng “mơ hình” đại lượng thực truyền liệu tương tự số Tín hiệu kỹ thuật số hay cịn gọi tín hiệu số, tín hiệu thơng tin xuất dạng chuỗi giá trị nhị phân Các tín hiệu rời rạc khơng liên tục Một tín hiệu số mang liệu dạng nhị phân biểu thị bit Các tín hiệu bị phân hủy thành sóng sin gọi sóng hài Mọi tín hiệu kỹ thuật số có biên độ, tần số pha giống tín hiệu tương tự Tín hiệu xác định khoảng bit tốc độ bit Ở đây, khoảng thời gian bit khơng có khác thời gian cần thiết để truyền bit nhất, tốc độ bit tần số khoảng thời gian bit Tín hiệu kỹ thuật số có khả chống nhiễu tốt hơn; đó, đối mặt với số biến dạng Những sóng đơn giản việc truyền đáng tin cậy tương phản với sóng tương tự Tín hiệu kỹ thuật số bao gồm loạt giá trị giới hạn nằm khoảng từ đến Tín hiệu số có hai mức biên độ gọi nút Giá trị chúng định hai khả 0, cao thấp, true false, Tín hiệu kỹ thuật số truyền liệu tương tự liệu số Tín hiệu số có phải dạng hạn chế tín hiệu tương tự Một ví dụ hài hước tín hiệu số để làm rõ câu trên, người hai từ “khơng” “một” Vậy khác tín hiệu số tín hiệu tương tự gì? Nói đến khác tín hiệu số tín hiệu tương tự phải nói đến đặc điểm tín hiệu tương tự tín hiệu số Các đặc tính tín hiệu Tương tự Kỹ thuật số chủ yếu bao gồm khả thích ứng, tính liên tục, tính đại diện, kiểu liệu, kiểu tín hiệu, phương tiện truyền tải, kiểu giá trị, bảo mật, băng thông, phần cứng, lưu trữ liệu, tính di động, truyền liệu, trở kháng, tiêu thụ điện năng, ghi liệu, sử dụng, tốc độ truyền liệu, ví dụ ứng dụng Đầu tiên việc so sánh ta thấy rõ khái niệm có nhắc đến tín hiệu tương tự sử dụng nhiều giá trị biên độ liên tục tín hiệu kỹ thuật số có tập hợp giới hạn giá trị riêng biệt điểm cách quán thời gian Về loại liệu tín hiệu tương tự có chất liên tục, tín hiệu số rời rạc Về dạng sóng dạng sóng tín hiệu tương tự hình sin, tín hiệu kỹ thuật số sóng vng Về phương tiện truyền dẫn phương tiện truyền tín hiệu tương tự dây khơng dây, tín hiệu kỹ thuật số dây Về giá trị giá trị tín hiệu tương tự dương âm, tín hiệu kỹ thuật số dương.Về bảo mật bảo mật tín hiệu tương tự khơng mã hóa, tín hiệu kỹ thuật số mã hóa Về băng thơng băng thơng tín hiệu tương tự thấp, tín hiệu kỹ thuật số cao.Về phần cứng phần cứng tín hiệu tương tự khơng co giãn, kỹ thuật số có tính đàn hồi thực thi Về lưu trữ liệu việc lưu trữ liệu tín hiệu tương tự dạng tín hiệu sóng, tín hiệu số lưu trữ liệu dạng bit nhị phân Về tính di động tín hiệu tương tự có tính di động tương tự nhiệt kế chi phí thấp, tín hiệu kỹ thuật số có tính di động tương tự máy tính đắt tiền.Về Truyền liệu tín hiệu tương tự, tín hiệu bị suy giảm nhiễu suốt trình truyền, tín hiệu kỹ thuật số chống nhiễu suốt q trình truyền mà khơng có suy giảm Về trở kháng trở kháng tín hiệu tương tự thấp, tín hiệu kỹ thuật số cao Về tiêu thụ lượng thiết bị tương tự sử dụng nhiều lượng hơn, thiết bị kỹ thuật số sử dụng lượng Về tốc độ truyền liệu tốc độ truyền liệu tín hiệu tương tự chậm, trong tín hiệu kỹ thuật số nhanh Về ví dụ ví dụ tốt tín hiệu tương tự video, giọng nói người khơng khí, sóng truyền vơ tuyến sóng truyền hình Về ứng dụng tín hiệu tương tự sử dụng riêng thiết bị tương tự, nhiệt kế, tín hiệu kỹ thuật số thích hợp cho thiết bị điện tử kỹ thuật số máy tính, PDA, điện thoại di động Vấn đề đề cập đến làm để “truyền” liệu Truyền số truyền tương tự liên quan nhiều đến “cách thức” truyền liệu điểm A điểm B so với việc liệu kỹ thuật số hay tương tự Dữ liệu tương tự truyền kỹ thuật truyền tương tự truyền kỹ thuật số Tương tự vậy, liệu kỹ thuật số truyền tải cách truyền kỹ thuật số tương tự Trước truyền liệu qua mạng, liệu phải mã hóa tùy thuộc vào loại liệu Ví dụ: Âm thanh, văn bản, video đồ họa cho biểu diễn máy tính Việc mã hóa phụ thuộc vào phương tiện vật lý phương tiện truyền dẫn, tính đảm bảo toàn vẹn liệu tốc độ truyền Việc truyền liệu phụ thuộc vào đặc tính tín hiệu mơi trường Có hai loại mơi trường truyền liệu: môi trường dẫn môi trường khơng dẫn Đối với mơi trường dẫn mơi trường yếu tố chi phối Đối với môi trường không dẫn băng thơng tín hiệu yếu tố chi phối Dữ liệu kỹ thuật số truyền qua nhiều loại môi trường khác Việc lựa chọn môi trường truyền dẫn hướng dẫn cách so sánh yêu cầu truyền dẫn với đặc tính mơi trường Các tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến lựa chọn là: Yếu tố thiết kế: Băng thông, suy giảm đường truyền/phạm vi phủ sóng, gây nhiễu, số lượng người nhận, chi phí độ tin cậy • • • • • • Băng thơng dải tần số tối đa hỗ trợ thực tế môi trường Điều thường biểu thị kilo Hz (kHz) mega Hz (MHz) Băng thơng lớn có nghĩa tốc độ liệu cao Suy giảm đường truyền/phạm vi phủ sóng (Cái đặc điểm vật lý mơi trường dẫn; tín hiệu di chuyển trước bị bóp méo ngồi khả nhận dạng Để phủ sóng phạm vi lớn ta cần có lặp để khơi phục tín hiệu điều làm tăng chi phí) Gây nhiễu: Các tín hiệu cạnh tranh dải tần số chồng lên làm sai lệch xóa tín hiệu Số lượng người nhận: Một liên kết dẫn sử dụng liên kết chia sẻ với nhiều tệp đính kèm, với tệp đính kèm gây số suy giảm biến dạng Chi phí: Hai loại chi phí có liên quan: Chi phí lắp đặt phương tiện, bao gồm thiết bị đặc biệt cần thiết chi phí vận hành bảo trì phương tiện thiết bị Thường cần có cân chi phí, băng thông khoảng cách Độ tin cậy: Một số phương tiện, chất vật lý chúng, truyền liệu đáng tin cậy phương tiện khác Độ tin cậy thấp dẫn đến số lượng lỗi cao hơn, điều cần cân với chi phí phủ sóng việc khắc phục lỗi (ví dụ: truyền lại, phần cứng phần mềm phức tạp hơn) “Truyền”: Truyền liệu cách lan truyền xử lý tín hiệu Truyền tín hiệu sử dụng xử lý tín hiệu điện tử Bộ chuyển đổi chuyển đổi tín hiệu từ vật lý khác dạng sóng để điện điện áp dạng sóng, mà sau xử lý, truyền dạng sóng điện từ, tiếp nhận chuyển đổi chuyển đổi dạng thức Vậy Xử lý tín hiệu chuyển đổi tín hiệu gì? Xử lý tín hiệu phần kỹ thuật điện, tập trung vào nghiên cứu, phân tích, sửa đổi tổng hợp tín hiệu âm thanh, hình ảnh phép đo khoa học Kỹ thuật xử lý tín hiệu sử dụng rộng rãi việc cải thiện truyền dẫn, hiệu lưu trữ chất lượng chủ quan; nhấn mạnh phát thành phần quan trọng tín hiệu đo lường Công nghệ mà sử dụng chí xuất nhiều sống hàng ngày máy tính, radio, video, đặc biệt điện thoại di động kích hoạt phát triền từ xử lý tín hiệu, nhánh kỹ thuật điện lập mơ hình phân tích biểu diễn liệu kiện vật lý Xử lý tín hiệu trọng tâm giới đại chúng ta, cung cấp lượng cho giải trí ngày hơm cơng nghệ ngày mai Nó nằm giao điểm công nghệ sinh học tương tác xã hội Nó nâng cao khả giao tiếp chia sẻ thơng tin Xử lý tín hiệu khoa học đằng sau sống kỹ thuật số Theo nhiều nguồn ta có loại: xử lý tín hiệu tương tự, xử lý tín hiệu thời gian liên tục, xử lý tín hiệu thời gian gián đoạn, xử lý tín hiệu số, xử lý tín hiệu phi tuyến, xử lý tín hiệu thống kê Ta đặc biệt quan tâm đến loại xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu số, xử lý tín hiệu tương tự Các loại xử lý tín hiệu nêu đóng vai trị khơng nhỏ đến kiến thức chúng ta: xử lý tín hiệu thời gian liên tục, thời gian gián đoạn, phi tuyến, thống kê Đối với xử lý tín hiệu thời gian liên tục kiểu xử lý dành cho tín hiệu thay đổi theo thay đổi miền liên tục, không xem xét số điểm bị gián đoạn riêng lẻ Các phương pháp xử lý tín hiệu bao gồm miền thời gian, miền tần số miền tần số phức Cơng nghệ biết đến mơ hình hóa hệ thống liên tục bất biến theo thời gian tuyến tính, tích hợp phản ứng trạng thái khơng hệ thống, thiết lập chức hệ thống lọc thời gian liên tục tín hiệu xác định Đối với xử lý tín hiệu thời gian rời rạc dành cho tín hiệu lấy mẫu, xác định điểm riêng biệt theo thời gian lượng tử hóa theo thời gian, khơng phải cường độ Xử lý tín hiệu thời gian rời tương tự công nghệ dựa thiết bị điện tử mạch mẫu mạch giữ, ghép kênh phân chia thời gian tương tự, đường trễ tương tự ghi dịch chuyển phản hồi tương tự Công nghệ tiền để để ta phát triển xử lý tín hiệu số sử dụng xử lý tín hiệu gigahertz tiên tiến Khái niệm xử lý tín hiệu thời gian rời rạc đề cập đến môn học lý thuyết thiết lập sở toán học để xử lý tín hiệu số, mà khơng xem xét lỗi lượng tử hóa.Lượng tử hóa nhắc đến đây, định nghĩa cách khái quát rằng, trình xấp xỉ tập đại lượng có giá trị tương đối lớn thay đổi liên tục (hoặc thay đổi cách rời rạc khoảng nhiều giá trị) (ví dụ: số thực) lượng có giá trị nhỏ (hoặc thay đổi cách rời rạc khoảng tương đối giá trị) (ví dụ: số nguyên) Tiếp đến xử lý tín hiệu phi tuyến, việc phân tích xử lý tín hiệu tạo từ hệ thống phi tuyến thuộc miền thời gian, tần số không gian thời gian Hệ thống phi tuyến tạo hành vi phức tạp bao gồm bifurcations, hỗn loạn, giai điệu, subharmonics mà sản xuất phân tích phương pháp tuyến tính Cuối xử lý tín hiệu thống kê cách tiếp cận coi tín hiệu trình ngẫu nhiên, sử dụng thuộc tính thống kê để thực nhiệm vụ xử lý tín hiệu Kỹ thuật thống kê sử dụng rộng rãi ứng dụng xử lý tín hiệu Ví dụ, người ta mơ hình hóa phân phối xác suất nhiễu phát sinh chụp ảnh xây dựng kỹ thuật dựa mơ hình để giảm nhiễu ảnh thu Như ta tìm hiểu trên, xử lý tín hiệu số xử lý tín hiệu tương tự hai phần làm nên tên xử lý tín hiệu Chỉ cần nhắc đến xử lý tín hiệu người nghĩ tới xử lý tín hiệu số, số lại nghĩ thêm xử lý tín hiệu tương tự Vậy xử lý tín hiệu tương tự xử lý dành cho tín hiệu chưa số hóa, ví dụ hầu hết hệ thống điện thoại, radar, radio truyền hình kỉ 20 Nó liên quan đến mạch điện tử tuyến tính lẫn mạch phi tuyến Ví dụ, trước lọc thụ động, lọc hoạt động, trộn phụ gia, tích hợp dịng trì hỗn Linh kiện điện tử thụ động linh kiện điện tử hoạt động mà khơng cần cung cấp nguồn điện bao gồm: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm; ta hiểu nôm na mạch thụ động mạch làm từ linh kiện thụ động Mạch phi tuyến bao gồm bù, nhân, trộn tần số- trộn tần số mạch điện phi tuyến tạo tần số từ hai tín hiệu đưa tới ngõ vào Trong ứng dụng phổ biến hai tín hiệu đưa tới mạch trộn, tạo tín hiệu tổng hiệu tần số ban đầu Các thành phần tần số khác xuất kết trộn tần thực tế, khuếch đại điều khiển điện áp, lọc điều khiển điện áp, dao động điều khiển điện áp vòng lặp pha Bổ sung thêm mạch dao động điều khiển điện áp viết tắt VCO (Voltage-controlled oscillator), mạch tạo dao động điện tử có tần số dao động điều khiển ngõ vào điện áp Do VCO sử dụng để điều chế tần số điều chế pha cách áp dụng tín hiệu điều chế cho đầu vào điều khiển VCO phần thiếu vịng khóa pha Vịng khóa pha hệ thống mạch điện điều khiển tạo tín hiệu ngõ có pha liên quan đến pha tín hiệu ngõ vào Sự phát triển cơng nghệ vi điện tử máy tính với phát triển thuật tốn tính tốn nhanh làm phát triển mạnh mẽ ứng dụng xử lý tín hiệu số Hiện nay, xử lý tín hiệu số trở thành ứng dụng cho kỹ thuật mạch tích hợp đại với chip lập trình tốc độ cao Xử lý tín hiệu số ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: Xử lý tín hiệu âm thanh, tiếng nói(nhận dạng tiếng nói, người nói; tổng hợp tiếng nói hay biến văn thành tiếng nói; kỹ thuật âm số ;…), xử lý ảnh (thu nhận khôi phục ảnh; làm đường biên; lọc nhiễu; nhận dạng; thị giác máy; hoạt hình; kỹ xảo hình ảnh; đồ;…), viễn thơng (xử lý tín hiệu thoại tín hiệu hình ảnh, video; truyền liệu; khử xun kênh; điều chế, mã hóa tín hiệu; …), thiết bị đo lường điều khiển (phân tích phổ; đo lường địa chấn; điều khiển vị trí tốc độ; điều khiển tự động;…), quân (truyền thông bảo mật; xử lý tín hiệu rada, sonar; dẫn đường tên lửa;…), y học (não đồ; điện tim; chụp X quang; chụp CT; nội soi; …) Có thể nói, xử lý tín hiệu số tảng cho lĩnh vực chưa có biểu bão hịa phát triển Vậy xử lý tín hiệu số việc xử lý tín hiệu biểu diễn dạng chuỗi dãy số, xử lý tín hiệu lấy mẫu thời gian rời rạc số hóa Việc xử lý thực máy tính đa mạch kỹ thuật số ASIC, mảng cổng lập trình trường xử lý tín hiệu số chun dụng (chip DSP) Nói thêm mảng cộng lập trình trường viết tắt FPGA (Field-programmable gate array), loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng lập trình Chữ field muốn đến khả tái lập trình "bên ngồi" người sử dụng, khơng phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất phức tạp nhà máy bán dẫn Vi mạch FPGA cấu thành từ phận: Các khối logic lập trình được, hệ thống mạch liên kết lập trình được, khối vào/ra (IO Pads), phần tử thiết kế sẵn khác DSP slice, RAM, ROM, nhân vi xử lý Các phép tốn số học điển hình bao gồm điểm cố định dấu phẩy động, giá trị thực giá trị phức tạp, phép nhân phép cộng Ví dụ thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT), lọc đáp ứng xung hữu hạn (FIR), lọc đáp ứng xung vô hạn (IIR) lọc thích ứng lọc Wiener Kalman Tuy vài trang giấy bổ sung phần kiến thức ảnh hưởng tín hiệu truyền liệu quan trọng sống chúng ta, qua ta tìm hiểu thêm tín hiệu số, tín hiệu tương tự - hai loại tín hiệu phổ biến nhắc đến tín hiệu, khác nhau, cách chúng truyền nào, phụ thuộc yếu tố liên quan Xử lý tín hiệu công đoạn thiếu nhiều lĩnh vực, đặc biệt truyền thơng, khơng mang lại giới rộng lớn, tuyệt đẹp nằm gọn điện thoại, máy vi tính, ti vi…mà đảm bảo phát triển xa kĩ thuật tiên tiến tương lai Trong khuôn khổ kiến thức thời gian nên viết cịn nhiều hạn chế thiếu xót Do mong thầy đóng góp để luận hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy