Digitale Signalverarbeitung
Die digitale Signalverarbeitung (engl. digital signal processing) beschäftigt sich mit der Speicherung und Manipulation von digitalen Signalen mittels Signalprozessoren, also Algorithmen, die nicht unbedingt auf speziellen elektronischen Bauteilen (Hardware)zu laufen brauchen, sondern genausogut Teil eines Programms (Software) sein können, das auf jedem PC laufen kann. Im Unterschied zur analogen Signalverarbeitung ist das Signal, das bearbeitet wird als Folge von diskreten Zahlenwerten gegeben.
In der DSP-Technik werden Algorithmen wie Filternn, Fouriertransformationen, PID-Regelung an digitalen Daten durchgeführt.
Man unterscheidet dabei, ob die Vorgänge im Zeitbereich oder Frequenzbereich stattfinden, wobei Echtzeit-Betrieb nur im Zeitbereich möglich ist. Im Zeitbereich kann beispielsweise mittels Impulsantwortfunktionen gefiltert werden und im Frequenzbereich mittels Übertragungsfunktionen (engl.: RAOs = Response Amplification Operator). Eine zentrale Rolle spielt die FFT-Routine, um sich vom Zeitbereich in den Frequenzbereich zu begeben und umgekehrt.
Die Quelle der Daten spielt dabei keine Rolle. Nach der Konvertierung analoger Daten in digitale Daten in einem AD-Wandler wird das Signal im digitalisierten Zustand durch spezielle Algorithmen additiv, multiplikativ und mit weiteren mathematischen Operationen, die alle mittels Software programmiert werden, verändert oder untersucht. Viele Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung wären in Schaltungen mit Operationsverstärkern und anderen analogen Bestandteilen völlig undenkbar. Mit DSP-Verfahren ist praktisch alles realisierbar, was sich mathematisch beschreiben lässt.
Anwendungen der DSP-Technik sind äußerst vielfältig. Einige wenige Beispiele sind:
- Telefonie und Mobilfunk
- Musikelektronik
- Digitalfernsehen
- ANC (Active Noise Cancellation), z.B. Schalltilgung in Automobilen
- Kernspintomographie
- Schiffbau und Offshoretechnik: Belastungen und Bewegungen von Schiffen und Offshore-Plattformen infolge Seegang im Modellversuch, Erzeugung von irregulärem Seegang und Wellenpaketen
- seismische Untersuchungen: Erzeugung dreidimensionaler Bilder von Öl- und Gasvorkommen durch Auswertung von Explosions-Echos
- Seegangs-Radar: Erfassung des Seegangs aus Wellenechos, Seegangsprognose ähnlich wie Wettervorhersage
- Bildanalyse: z.B. Messung dreidimensionaler Bewegungsabläufe durch Auswertung von Video-Aufnahmen