IV. Các MODULES nhí:
Chương I: Tổng quan về lọc số
Từ lâu các phương pháp xử lý tín hiệu số đã được nghiên cứu và thực hiện trên các phép toán và phép biến đổi tương tự. Tuy nhiên khi xử lý bằng phương pháp tương tự thì khả năng loại nhiễu kém, khó thay đổi các thông số điều khiển , nên gần đây với sự phát triển cao của kỹ thuật số và kỹ thuật bán dẫn, các phương pháp xử lý tín hiệu số đã được thay thế bằng cách nghiên cứu và thực hiện trên các phép toán và phép biến đổi số, trong đó bộ xử lý tín hiệu số là hạt nhân cơ bản, với bộ xử lý tín hiệu số dạng số này thì các nhược điểm trên đã được khắc phục .
Với các ứng dụng của DSP trong xử lý tín hiệu số ta có thể thực hiện các nhóm chức năng sau:
• Lọc sè:
♦ Lọc có đáp ứng xung hữu hạn.
♦ Lọc có đáp ứng xung vô hạn.
♦ Biến đổi Hilber.
♦Hàm tương quan.
♦Lọc thích nghi.
♦Lọc cân bằng.
• Xử lý tín hiệu :
♦ Nén và giải nén tín hiệu tiếng và hình ảnh. ♦ Các phép biến đổi dữ liệu.
♦ Các phép tính trung bình, tính năng lượng tín hiệu. ♦ Các phép xử lý ảnh.
♦ Phát hiện các sự kiện.
• Xử lý dữ liệu: ♦ Bảo mật dữ liệu.
♦ Mã hoá và dải mã dữ liệu.
• Tính sè:
♦ Tích vô hướng, vector, ma trận. ♦ Tính các hàm siêu việt.
♦ Các hàm phi tuyến.
♦ Phát tín hiệu giả ngẫu nhiên.
• Điều biến: ♦ Điều pha.
♦ Điều biên . ♦ Điều tần.
• Phân tích phổ: ♦ Biến đổi Fourier . ♦ Biến đổi sin, cosin. vv..
Trong đồ án này ta nghiên cứu một trong các ứng dụng trên của DSP là ứng dụng trong lĩnh vực lọc số, cụ thể là bộ lọc thông một dải và phương pháp xử lý.
Bộ lọc số là một hệ thống dùng để làm biến dạng sự phân bố tần số của các thành phần của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đã chọn. Công việc của lọc số là phải thực hiện các thao tác của xử lý dùng để làm biến dạng sự phân bố tần số của các thành phần của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đã chọn nhờ một hệ thống lọc số.
Một bộ lọc số bất kỳ đều có sơ đồ khối như sau:
Trong đó:
Filter: Là bộ lọc (Bộ lọc đầu ra và bộ lọc đầu vào). S&H: Là bộ trích giữ mẫu.
ADC: Bộ biến đổi tương tự số. DSP: Bộ xử lý tín hiệu số. DAC: Bộ biến đổi số tương tự.
Như vậy khi thực hiện lọc thông một dải thì ta có sơ đồ khối như sau:
Trong đó:
BPF: Là bộ lọc thông một dải (Bộ lọc thông một dải đầu ra và đầu vào). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở đây bộ lọc đầu vào và bộ lọc đầu ra có cùng một tần số Fmax/2 nhưng chúng có sự khác biệt như sau:
Bộ lọc số đầu vào: Có tác dụng chống giao thoa phổ (Hiện tượng chùm phổ), bộ lọc này có tần số lấy mẫu phải thoả định lý Shannon , định lý được phát biểu như sau:
“ Ta sẽ chỉ có thể khôi phục lại tín hiệu tương tự xa(t) một cách chính xác từ các mẫu xa(nT) khi và chỉ khi xa(t) có dải tần hữu hạn với giới hạnh trên là Fmax và chu kỳ lấy mẫu là: Ts<=1/2Fmax hay Fs>= 2Fmax”.
Bộ lọc ở đầu ra : Có nhiệm vụ khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Việc khôi phục lại tín hiệu cũng phải tuân theo định lý Shannon.
Yêu cầu đối với bộ trích và giữ mẫu (S&H) trong hệ thống xử lý số là rất cần thiết. Trên thực tế chúng ta phải thu nhận tín hiệu số để xử lý chứ không hẳn là tín hiệu rời rạc bằng cách cho tín hiệu tương tự đi qua bộ biến đổi ADC. Lúc này chúng ta còn phải tính đến tốc độ chuyển đổi của ADC và để tăng khẳ năng tốc độ lấy mẫu cực đại, ta phải mắc thêm bộ trích và giữ mẫu vào mạch.
Còn sù lựa chọn duy nhất bộ xử lý tín hiệu số DSP cho hệ thống là có lý do vì chỉ duy nhất bộ xử lý tín hiệu số DSP là có đơn vị thực hiện phép cộng dồn MAC, nên nó có thể thực hiện phép nhân chập một cách nhanh nhất và chính xác nhất.
Lọc số gồm có hai loại:
• Loại thứ nhất: Hệ thống được đặc trưng bởi đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn. Nó được gọi là hệ thống có đáp ứng xung chiều dài hữu hạn và gọi tắt là lọc FIR, tức là h(n) chỉ khác không trong một khoảng có chiều dài hữu hạn N.
• Loại thứ hai: Hệ thống được đặc trưng bởi đáp ứng xung có chiều dài vô hạn. Nó được gọi là hệ thống có đáp ứng xung chiều dài vô hạn và gọi tắt là lọc IIR, tức là h(n) khác không trong một khoảng có chiều dài vô hạn từ 0 đến ∞.
Tuy nhiên vì điều kiện thời gian có hạn nên trong đồ án này ta sẽ chỉ xét bộ lọc có đáp ứng xung chiều dài hữu hạn FIR.
Thuận lợi của bộ lọc FIR là ta có khả năng thực hiện các bộ lọc pha tuyến tính và có khả năng nhận được nhiễu tính toán khá nhỏ.
Để tổng hợp bộ lọc FIR về nguyên tắc chúng ta phải thực hiện 4 giai đoạn sau:
• Giải quyết vấn đề gần đúng để xác định chính xác các hệ số của bộ lọc sao cho thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đã cho.
• Chọn cấu trúc lượng tử hoá các hệ số của bộ lọc theo sè bits hữu hạn cho phép.
• Lượng tử hoá các biến của bộ lọc.
• Kiểm tra bằng cách mô phỏng trên máy tính xem bộ lọc cuối cùng có thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đã cho hay không.