Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, các kỹ thuật xử lý số đa tốc độ và dàn lọc (Multirate Digital Sign Processing và Filter Banks) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và đã trở thành bộ phận then chốt trong hệ thống thông tin hiện đại. Ứng dụng tiêu biểu nhất của kỹ thuật này dùng để nén hình ảnh, nén âm thanh, nén dữ liệu hoặc để mã hoá âm thanh và hình ảnh phục vụ cho công nghệ truyền hình nhiều kênh, đa phương tiện, cho xử lý tín hiệu thống kê và thích nghi trong các hệ thống viễn thông. Nhờ dàn lọc và các hệ thống xử lý số đa tốc độ, người ta đã tạo nên các hệ thống thu phát và truyền dữ liệu ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplex), ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) sử dụng tối đa độ rộng kênh truyền và tăng nhanh tốc độ truyền dữ liệu; Chúng là những bộ phận không thể thiếu trong công nghệ đa sóng mang hiện đại nhất đang được thực thi rất có hiệu quả trong thế hệ thông tin di động 3G như OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Và MCDSCDMA (Multicarier Direct Sequence–Code Division Multiple Access), và trong tương lai không xa hai công nghệ này hội tụ với nhau để tạo nên thế hệ thông tin 4G.Xử lý tín hiệu số đa tốc độ và dàn lọc cũng là linh hồn của các Modem thông tin tốc độ cao; các modem này không những chuyển tải thông tin nhanh, nhiều chiều mà còn có khả năng đáp ứng và thích nghi với môi trường truyền dẫn.
LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, các kỹ thuật xử lý số đa tốc độ và dàn lọc (Multirate Digital Sign Processing và Filter Banks) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và đã trở thành bộ phận then chốt trong hệ thống thông tin hiện đại. Ứng dụng tiêu biểu nhất của kỹ thuật này dùng để nén hình ảnh, nén âm thanh, nén dữ liệu hoặc để mã hoá âm thanh và hình ảnh phục vụ cho công nghệ truyền hình nhiều kênh, đa phương tiện, cho xử lý tín hiệu thống kê và thích nghi trong các hệ thống viễn thông. Nhờ dàn lọc và các hệ thống xử lý số đa tốc độ, người ta đã tạo nên các hệ thống thu phát và truyền dữ liệu ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplex), ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) sử dụng tối đa độ rộng kênh truyền và tăng nhanh tốc độ truyền dữ liệu; Chúng là những bộ phận không thể thiếu trong công nghệ đa sóng mang hiện đại nhất đang được thực thi rất có hiệu quả trong thế hệ thông tin di động 3G như OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Và MC-DS-CDMA (Multicarier Direct Sequence–Code Division Multiple Access), và trong tương lai không xa hai công nghệ này hội tụ với nhau để tạo nên thế hệ thông tin 4G. Xử lý tín hiệu số đa tốc độ và dàn lọc cũng là linh hồn của các Modem thông tin tốc độ cao; các modem này không những chuyển tải thông tin nhanh, nhiều chiều mà còn có khả năng đáp ứng và thích nghi với môi trường truyền dẫn. Như vậy để nắm bắt các công nghệ thông tin tiên tiến và có khả năng thiết kế thực thi các modem hiện đại, chúng ta cần nắm vững các kiến thức về các loại dàn lọc, các hệ thống nén, giãn dữ liệu, các phép dồn kéo mã hoá dữ liệu băng con, .v…v. Đây là lý do chính để chọn hướng học thuật này làm nội dung nghiên cứu. 3 Được sự định hướng và chỉ dẫn của Thầy giáo. Em đã chọn đồ án “ Xử lý tín hiệu số đa tốc và ứng dụng”. Đồ án sẽ đi sâu phân tích thiết kế hệ thống thay đổi tốc độ lấy mẫu, các loại dàn lọc từ dàn lọc đồng nhất đa pha, dàn lọc Nyquist, dàn lọc ảnh guơng cầu phương QMF(Quadrature Mirror Filter), Mỗi phần có sơ đồ và có kết quả mô phỏng bằng Matlab. Toàn bộ đồ án chia làm 3 chương. Trong đó: Chương 1: các kỹ thuật lấy mẫu tín hiệu analog và kỹ thuật thay đổi tốc độ dữ liệu. Chương 2: phân tích và thiết kế dàn lọc phân tích và tổng hợp khôi phục hoàn hảo dùng thuật toán nhanh FFT, bởi vì dàn lọc này là trái tim của công nghệ OFDM và DMT-ASDL, dàn lọc QMF…. Chương 3: miêu tả 2 ứng dụng tiêu biểu của xử lý số tín hiệu đa tốc và dàn lọc, đó là hệ thống mã hoá băng con nhiều kênh, hệ thống dữ liệu ghép kênh, dùng dàn lọc QMF M-kênh. Sau một thời gian nghiên cứu, được sự chỉ dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành đúng thời hạn. Nhưng do thời gian và kiến thức hạn chế nên nội dung đồ án không tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn. 4 CHƯƠNG 1. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ ĐA TỐC 1.1. Vì sao xử lý tín hiệu số Theo một nghĩa nào đó, nguồn gốc của các kỹ thuật xử lý tín hiệu số về mặt lịch sử đã xuất hiện từ khoảng thế kỷ 17 khi các phương pháp sai phân hữu hạn, tích phân số, nội suy số được phát triển để giải các bài toán vật lý thực tế bao gồm có các hàm và các biến liên tục. Việc quan tâm tới việc xử lý tín hiệu số xuất hiện lại vào những năm 1950 cùng với các khả năng của các máy tính số cỡ lớn, các ứng dụng ban đầu chủ yếu liên quan đến việc mô phỏng các phương pháp xử lý tín hiệu tương tự vào đầu những năm 1960. Một số nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến xử lý tín hiệu số, coi đó là một nhánh độc lập của xử lý tín hiệu. Từ đó xử lý tín hiệu phát triển một cách vượt bậc cả về mặt lý thuyết và ứng dụng. Xử lý tín hiệu số của tín hiệu tương tự bao gồm ba bước cơ bản: biến đổi tín hiệu dạng tương tự thành tín hiệu dạng số, xử lý phiên bản dạng số, chuyển đổi tín hiệu số đã được xử lý thành trở lại thành dạng tương tự. Hình 1.1 mô tả toàn bộ hệ thống trong một dạng sơ đồ khối Hình 1.1. Sơ đồ xử lý số của một tín hiệu tương tự Vì biên độ tín hiệu tương tự biến đổi theo thời gian nên một mạch lấy mẫu và lưu mẫu được sử dụng đầu tiên để lấy mẫu tương tự đầu vào, theo chu kỳ tuần hoàn và lưu các giá trị lấy mẫu đưa vào đầu vào của bộ biến đổi tương tự số để thực hiện việc biến đổi số một cách chính xác. Tín hiệu đầu vào bộ biến đổi A/D là dạng bậc thang của tín hiệu tương tự nếu như mạch lấy lưu mẫu (S/H) giữ giá trị lấy mẫu cho tới thời điểm lấy mẫu tiếp theo. Đầu ra của bộ biến đổi A/D là luồng biến đổi dữ liệu nhị 5 phân được xử lý ở bước tiếp theo bởi một bộ xử lý số cài đặt một thuật toán xử lý tín hiệu phù hợp. Đầu ra bộ xử lý số là luồng dữ liệu nhị phân đã xử lý, sau đó được biến đổi tín hiệu thành dạng tương tự bậc thang bởi bộ biến đổi D/A. Mạch lọc thông thấp đặt ở đầu ra bộ biến đổi D/A sẽ loại bỏ toàn bộ các thành phần cao tần không mong muốn và xuất ra tại đầu ra của nó tín hiệu tương tự đã được xử lý. Hình biểu diễn các dạng sóng của các tín hiệu thích hợp ở một số giai đoạn của quá trình xử lý trên trong đó để việc biểu diễn được đơn giản hai mức của các tín hiệu nhị phân, được vẽ ở dạng xung dương và âm tương ứng. Ngược với mô tả ở trên, xử lý tín hiệu tương tự trực tiếp của một tín hiệu tương tự thì đơn giản hơn về mặt khái niệm rất nhiều và chỉ bao hàm một bộ xử lý duy nhất như trên hình 1.2. Do đó câu hỏi tự nhiên được đặt ra là các ưu điểm rõ ràng của các tín hiệu số so với tín hiệu tương tự là gì? là việc chọn các phương pháp xử lý tín hiệu số phải tạo ra các ưu điểm, những ưu điểm chính sẽ được xét tới ngay dưới đây. Không giống những mạch tương tự, hoạt động của các mạch số không phụ thuộc vào giá trị chính xác của tín hiệu số, hệ quả là các mạch điện số chấp nhận các dung sai của các linh kiện trong dải lớn hơn bởi phụ thuộc vào nhiệt độ, độ già hoá linh kiện và một số các tham số khác. Mạch số có thể chế tạo lại với số lượng và không cần bất cứ sự hiệu chuẩn trong quá trình thi công mạch hay trong quá trình sử dụng sau đó. Hơn nữa, có thể thực hiện quá trình tích hợp ở cấp độ cao, với sự tiến bộ kĩ thuật và công nghệ trong việc sản xuất các mạch tích hợp cỡ lớn (VLSI), thì cả hệ thống xử lý tín hiệu số phức tạp hoàn toàn có thể được tích hợp trong một chíp duy nhất. Trong một bộ xử lý số, các tín hiệu và các hệ số biểu diễn thao tác xử lý được biểu ở dạng các từ nhị phân vì vậy độ chính xác bất kỳ có thể đạt được một cách đơn giản bằng cách tăng chiều dài dù cái giá phải trả là vấn 6 đề về giá thành sản phẩm. Hơn nữa, dải động của các tín hiệu và các hệ số có thể được mở rộng hơn nữa bằng cách sử dụng đại số dấu phẩy động. Xử lý số cho phép chia sẻ thiết bị xử lý cho một số các tín hiệu bằng cách chia sẻ thời gian do đó cho phép giảm giá thành xử lý trên từng tín hiệu. Trong đó hai tín hiệu số được kết hợp lại thành một thiết bị ghép kênh theo thời gian. Tín hiệu sau khi được ghép có thể được đưa vào bộ xử lý duy nhất bằng cách chuyển mạch các hệ số của bộ xử lý. Trước thời điểm của các tín hiệu tới đầu vào bộ xử lý. Bộ xử lý có thể được cấu trúc, được cài đặt như hai hệ thống hoàn toàn khác biệt, cuối cùng bằng cách giải ghép tín hiệu đầu ra bộ xử lý, hai tín hiệu đã được xử lý có thể được tách ra. Các ứng dụng số cho phép điều chỉnh dễ dàng các đặc tính của bộ xử lý trong quá trình xử lý ví dụ như trong trường hợp bộ lọc thích nghi, các điều chỉnh này có thể thực được một cách đơn giản bằng cách thay đổi định kỳ các hệ số của thuật toán biểu diễn các đặc tính của bộ xử lý. Một ứng dụng khác của việc thay đổi các hệ số là việc triển khai các hệ thống với các đặc tính có thể lập trình được mà ví dụ tiêu biểu là các bộ lọc chọn lọc theo tần số, với các tần số cắt có thể điều chỉnh được. Các ứng dụng số cho phép triển khai các hướng với một số các đặc tính mà ứng dụng tương tự không thể thực hiện được, ví dụ như xử lý tín hiệu số đa tốc và pha tuyến tính. Các mạch số có thể được xếp tầng mà không gặp phải các vấn đề về phụ tải như các mạch điện tương tự. Tín hiệu số có thể được lưu trữ gần như vô hạn về mặt thời gian mà không bị mất thông tin nhờ vào một số loại phương tiện lưu trữ như băng đĩa từ và đĩa quay. Các tín hiệu được lưu trữ này có thể được xử lý sau đó, ví dụ những máy nghe nhạc đĩa CD, đầu đĩa, v.v hoặc đơn giản bằng một máy tính đa năng như trong trường hợp thiết bị xử lý chuyên dụng xử lý dữ liệu về địa chấn. Mặt khác, các tín hiệu tương tự được lưu trữ thì bị suy giảm chất lượng khá nhanh theo thời gian và không thể khôi phục dạng nguyên bản của nó. 7 Một ưu điểm nữa là khả năng ứng dụng của xử lý số cho các tín hiệu với tần số rất thấp, ví dụ như trong trường hợp mà xử lý tín hiệu địa chấn, mà ở đó việc xử lý tín hiệu tương tự cần các tụ và cuộn cảm rất lớn về mặt kích thước Tuy nhiên xử lý tín hiệu số vẫn còn những nhược điểm. Nhược điểm rõ ràng nhất chính là độ phức tạp của hệ thống so với việc xử lý tín hiệu tương tự trực tiếp vì xử lý tín hiệu số đòi hỏi các thiết bị trước và xử lý như các bộ biến đổi A/D và D/A cùng với các bộ lọc tương ứng và các mạch số phức tạp. Nhược điểm thứ hai của xử lý tín hiệu số chính là giới hạn tần số có thể xử lý được tính chất này hạn chế ứng dụng của nó đặc biệt là trong việc xử lý tín hiệu số của các tín hiệu tương tự. Nhìn chung một tín hiệu tương tự liên tục thời gian phải được lấy mẫu ở tốc độ tối thiểu bằng hai lần thành phần tần số cao nhất có trong tín hiệu đó. Nếu điều kiện này không được thoả mãn thì các thành tín hiệu có tần số lớn hơn một phần hai tần số lấy mẫu sẽ xuất hiện trong tín hiệu lấy mẫu ở tần số phía dưới tần số này, làm méo dạng hoàn toàn dạng sóng tương tự đầu vào và do đó dải tần hoạt động của một bộ xử lý tín hiệu số được xác định cơ bản dựa vào mạch S/H và bộ biến đổi A/D thì phụ thuộc vào trình độ tiến bộ công nghệ. Tần số lấy mẫu cao nhất ở thời điểm công nghệ hiện tại xấp xỉ 1GHz các tần số cao hơn giá trị này thường không sử dụng trong thực tế vì độ phân giải của bộ biến đổi A/D hoạt động ở tần số 1GHz là 6bit. Mặt khác trong hầu hết các ứng dụng, độ phân giải của bộ biến đổi A/D phải là 12 đến 16 bít kết quả là một tần số lấy mẫu cỡ 10MHz tại thời điểm với công nghệ hiện tại chính là tần số cao nhất trong thực tiễn. Các giới hạn này ngày càng được mở rộng cùng với sự phát triển của công nghệ. Hạn chế thứ ba xuất phát từ lý do các hệ thống số được xây dựng dựa trên các linh kiện tích cực đều sử dụng năng lượng điện. Ví dụ, chip xử lý 8 tín hiệu số WE DSP32C có hơn 405.000 transistor và tiêu tốn công suất 1W. Mặt khác, rất nhiều các linh kiện thụ động như điện cảm, tụ và điện trở mà không cần đến năng lượng . Hơn nữa, các linh kiện tích cực rõ ràng là kém tin cậy hơn linh kiện thụ động. Mặt hạn chế nữa của xử lý tín hiệu số xuất phát từ các hệ quả từ việc sử dụng các tính toán sử dụng các số với độ chính xác hữu hạn trong cả phần cứng và phần mềm. Bằng cách thiết kế các một cách chính xác thuật toán cũng như triển khai công nghệ, các ảnh hưởng xấu của độ dài từ mã hữu hạn có thể được hạn chế một cách tối đa. Tuy nhiên, các ưu điểm thì vượt trội hơn hẳn các nhược điểm trong rất nhiều các ứng dụng và cùng với quá trình giảm giá thành của thiết bị xử lý số phần cứng, các ứng dụng xử lý tín hiệu ngày càng phát triển mạnh mẽ. Hình 1.2. Xử lý tương tự những tín hiệu tương tự 1.2. Định lý lấy mẫu Một tín hiệu )(tx , có biến đổi Fourier là )( fX , được gọi là có băng tần hạn chế nếu )( fX = 0 với f 〉 W , trong đó W là tần số nhất chứa trong )(tx . Tín hiệu có băng tần hạn chế như thế biểu diễn duy nhất được bởi các giá trị mẫu của )(tx lấy với tốc độ f s ≥ 2 W mẫu trong một giây. Tốc độ lấy tối thiểu f N = 2 W mẫu trong một giây được gọi là tốc độ Nyquist. Việc lấy mẫu với tốc độ thấp hơn tốc độ Nyquist dẫn đến méo gập phổ. Nếu lấy mẫu với tốc độ lớn hơn tốc độ Nyquist thì sẽ tăng số mẫu/s dẫn đến tăng phổ tần chiếm, vì vậy sẽ có hiện tượng chồng lấn lên nhau giữa các phổ tín hiệu, hiện tượng này được gọi là sự chồng phổ. Tín hiệu )(tx như trên biểu diễn được theo: 9 )(tx = ) 2 1(2 ) 2 1(2sin ) 2 ( W n W n W W n x n − − ∑ ∞ −∞= π π Trong đó ) 2 ( W n x là các giá trị mẫu của )(tx tại các thời điểm lấy mẫu t = Wn 2 thu được nhờ nhân tín hiệu )(tx với tín hiệu lấy mẫu là một chuỗi các xung Dirac ) 2 1( W n − δ . Biểu thức ở trên là dạng toán học của định lý lấy mẫu. Nếu tần số lớn nhất W của )(tx đã biết trước thì ) 2 1(2 ) 2 1(2sin W n W W n W − − π π cũng biết trước và vì vậy không chứa thông tin cần truyền. Như vậy tín hiệu )(tx hoàn toàn tương đương về tin tức với chuỗi vô hạn các giá trị lấy mẫu của nó ) 2 ( W n x , ±∞±±= , ,2,1n và do vậy thay vì truyền đi tín hiệu liên tục )(tx , ta chỉ cần truyền đi các giá trị mẫu của nó mà thôi. 1.3. Xử lý tín hiệu đơn tốc và đa tốc Hệ thống đơn tốc là hệ thống có tốc độ mẫu tại đầu vào, đầu ra, và tất cả các nút là giống nhau. Khá nhiều ứng dụng, tín hiệu với tốc độ mẫu đã cho cần được chuyển đổi thành tín hiệu tương đương với tốc độ mẫu khác. Chẳng hạn trong audio số, ba tốc độ lấy mẫu khác nhau thường xuyên được sử dụng: 32kHz cho sóng phát thanh, 44.1kHz cho đĩa compact và 48kHz cho băng audio số (DAT); và những ứng dụng khác. Sự chuyển đổi tốc độ mẫu của tín hiệu âm thanh nằm trong số ba tốc độ là tất yếu trong khá nhiều trường hợp. Hoặc như trong các ứng dụng video, tốc độ mẫu của tín hiệu video của hệ thống NTSC và của PAL tương ứng là 14.3181818 MHz và 17.734475MHz, trong khi tốc độ mẫu của thành phần tín hiệu 10 video số là 13.5MHz và 6.75MHz cho các tín hiệu độ chói và sự sai khác về mầu. Còn có nhiều ứng dụng khác mà thuận tiện để có tốc độ mẫu tại bộ lọc khác nhau từ đầu băng đến cuối băng ở đầu ra và đầu vào và tại các nút. Để thay đổi tốc độ lấy mẫu của một tín hiệu số, hệ thống xử lý tín hiệu số đa tốc độ phải dùng bộ tăng tốc độ mẫu và bộ giảm tốc độ mẫu. Hai thiết bị này kết hợp một cách hợp lý với các phần tử cơ bản của hệ thống những yếu tố truyền thống như một bộ cộng, bộ nhân, và một bộ trễ đơn vị tạo thành hệ thống xử lý tín hiệu số đa tốc độ. Những hệ thống thời gian rời rạc với tốc độ mẫu khác nhau từ đầu đến cuối tại những phần khác nhau của hệ thống được gọi là những hệ thống đa tốc và là chủ đề thảo luận ở chương 1 của đồ án. 1.4. Các khối xử lý số đa tốc độ cơ bản 1.4.1. Bộ tăng tốc độ mẫu 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -1 -0.5 0 0.5 1 Chuoi vao n Bien do 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -1 -0.5 0 0.5 1 Chuoi ra su tang toc do mau he so 3 n Bien do Hình 1.3. Minh họa hoạt động tăng tốc độ lấy mẫu 11 Bộ tăng tốc độ mẫu bởi hệ số L, với L là số nguyên dương, còn có tên gọi là bộ nội suy hay bộ giãn nở lấy tín hiệu lối vào [ ] nx và tín hiệu lối ra là: [ ] n x u = [ ] ,0 ,Lnx ≠ ±±= n LLn , 2,,0 (1.1) Ví dụ 1.1. Minh họa quá trình hoạt động tăng tốc độ mẫu Hình 1.3 minh họa kết quả thu được của quá trình tăng tốc độ mẫu của một chuỗi tín hiệu vào hình sin độ dài 50 với một tần số 0.12 Hz và hệ số tăng tốc độ mẫu bằng 3. Sơ đồ khối đại diện của bộ tăng tốc độ mẫu, được mô tả trên hình 1.4. Hình 1.4. Sơ đồ khối sự tăng tốc độ mẫu Lấy biến đổi z của biểu thức (1.1), ta được: [ ] z X u = [ ] z x n n u n − ∞ −∞= ∑ = [ ] z n n Lnx − ∞ −∞= ∑ n như nhau = [ ] z Lm m mx − ∞ −∞= ∑ = X ( ) z L (1.2) Từ biểu thức của biến đổi z, ta có thể thu được quan hệ giữa tín hiệu vào và ra của bộ tăng tốc độ mẫu trên miền tần số bằng cách thay z = e j ϖ vào biểu thức (1.2): ( ) ( ) ee X Ljj u X ωω = (1.3) Từ đó có thể thấy được rằng, phổ của tín hiệu lối ra của bộ tăng tốc độ mẫu là các phiên bản của phổ của tín hiệu lối vào bị nén lại L lần, do vậy bộ tăng tốc độ mẫu không gây ra hiện tượng chồng phổ và vì vậy không làm mất thông tin. Các phiên bản bị nén được gọi là ảnh và như vậy, bộ tăng tốc độ mẫu tạo nên L-1 và gây ra hiệu ứng ảnh. Để khôi phục lại tín 12 [...]... Vì thế có tên là bộ giảm tốc độ mẫu hay bộ nén Hình 1.7 mô tả tín hiệu lối vào và lối ra của bộ giảm tốc độ mẫu với M = 2 15 Hình 1.7 Tín hiệu vào và tín hiệu ra của bộ giảm tốc độ mẫu Ví dụ 1.3 Minh họa hoạt động giảm tốc độ mẫu Quá trình giảm tốc độ mẫu của một chuỗi vào Sin dùng Matlab được khảo sát Đầu vào dữ liệu là độ dài của chuỗi vào, hệ số bộ giảm tốc độ mẫu và tần số hàm sin (Hz) Hình 1.8... họa hiệu ứng méo gập nguyên nhân bởi giảm tốc độ lấy mẫu trong ví dụ 1.4 Ví dụ 1.4 Minh họa chi tiết hiệu ứng méo gập gây ra bởi giảm tốc độ mẫu dùng Matlab Hình 1.11 biểu diễn hiệu ứng méo gập của bộ giảm tốc độ mẫu Trong đó, tín hiệu vào là tín hiệu hồi đáp được tạo ra dùng Fier2 Đây là véc tơ tần số đã được lựa chọn là freg = [0 0.42 0.48 1] Phổ tín hiệu lối vào và ra được mô tả trên hình 1.11 Vì tín. .. tốc độ mẫu của tín hiệu lối vào x[ n] , với tín hiệu x[ n] là tổng của hai tín hiệu hình sin có tần số f 1 = 0.43 , f 2 = 0.31 , bởi hệ số 5/3 a) b) Hình 1.17 a) Đầu vào và b) đầu ra của bộ tăng tốc độ mẫu bởi hệ số 2 29 Hình 1.18 Minh họa quá trình tăng tốc độ mẫu bởi một số tỷ lệ 5 3 1.4.6 Thay đổi tốc độ mẫu bằng hệ số phân số hữu tỉ Trong thực tế, các bộ tăng tốc độ mẫu và giảm tốc độ mẫu được ghép... tăng tốc độ mẫu chèn vào bị loại bỏ bởi mạch lọc H ( z ) Hình 1.15 mô tả ảnh hưởng của mạch lọc tăng tốc độ mẫu trên miền thời gian 1.4.5 Thay đổi tốc độ mẫu nhờ Matlab Trong hộp công cụ xử lý tín hiệu của Matlab có ba hàm số đặc biệt để tăng tốc độ mẫu, giảm tốc độ mẫu và thay đổi mẫu Đó là các hàm số: decimate, interp và resample 26 Hàm decimate được sử dụng để giảm tốc độ mẫu của véc tơ tín hiệu. .. hơn hệ số M Do vậy, hiệu quả tính toán 33 khi sử dụng mạch lọc FIR cao hơn là dùng mạch IIR Ví dụ sau đây cho thấy sự so sánh rõ ràng hơn Ví dụ 1.7 Độ phức tạp trong tính toán bộ giảm tốc độ mẫu Trong ví dụ này, ta so sánh mức độ phức tạp trong tính toán của bộ giảm tốc độ mẫu hệ số M được thực hiện khi sử dụng mạch lọc giảm tốc độ mẫu FIR và IIR nếu tốc độ mẫu tín hiệu lối vào x[ n] là F T và số lượng... của tín hiệu lối vào X (e ) bị biến dạng khi giảm tốc độ mẫu Hiện tượng đó được gọi là sự chồng phổ Để tránh sự chồng phổ này thì tín hiệu lối vào phải được hạn chế băng thông sao cho phổ của nó jω X (e ) bằng không khi ω ≥ π 2 a) a) 19 b) Hình 1.10 Phổ tín hiệu lối vào và lối ra của bộ giảm tốc độ mẫu không chồng phổ Đối với trường hợp tổng quát với hệ số giảm tốc độ mẫu bằng M thì tín hiệu lối vào... lối vào, hệ số M và cho kết quả đầu y với cú pháp sau : y = decimate(x,M,N,’fir’) Ở đây sẽ thiết kế mạch lọc fir thông thấp với tần số cắt π M và chiều dài N Ví dụ sau đây minh họa quá trình giảm tốc độ mẫu dùng Matlab Ví dụ 1.5 Minh họa quá trình giảm tốc độ mẫu dùng Matlab Ta xem xét bộ giảm tốc độ mẫu hệ số M bất kỳ với tín hiệu lối vào là tổng của hai tín hiệu hình sin có tần số chuẩn f 1 và f 2 và. .. Phổ tín hiệu vào phổ tín hiệu ra của bộ giảm tốc độ mẫu, b) vớí M = 2, c) với M = 3 1.4.3 Mạch lọc giảm tốc độ mẫu Trong nhiều ứng dụng, bộ giảm tốc độ mẫu được đặt trước một mạch lọc thông thấp Mạch lọc này đảm bảo cho tín hiệu giảm tốc độ mẫu được hạn chế băng thông ở trong vùng ω ≤ π / M và được gọi là mạch lọc giảm tốc độ mẫu ( hình 1.12a) a) 22 b) Hình 1.12 a) Mạch giảm tốc độ mẫu hoàn chỉnh và. .. dải thông và dải chặn của mạch lọc giảm tốc độ mẫu 24 tương ứng là ω p 2 và π 2 , ở đây ω p cũng là tần số cao nhất của tín hiệu lối vào cần được bảo toàn ở lối ra của bộ giảm tốc độ mẫu jω Từ biểu thức (1.14) đáp ứng tần số Y (e ) của tín hiệu lối ra của bộ giảm tốc độ mẫu có dạng: Y (e ) = 1 [V (e ) + V (− e )] 2 jω jω / 2 jω / 2 jω ở đây V (e ) là đáp ứng tần số lối ra của mạch lọc giảm tốc độ mẫu... mẫu lý tưởng được cho bởi biểu thức sau: H với ω p (e ) = 1,, 0 jω ω ≤ωp M π M ≤ ω ≤π (1.16) là tần số cao nhất cần được giữ lại trong tín hiệu được giảm tốc độ mẫu Hình vẽ 1.13 mô tả ảnh hưởng của mạch lọc giảm tốc độ mẫu lên đáp tuyến tần số của tín hiệu lối ra y[ n] của bộ giảm tốc độ mẫu với M = 2 Hình 1.13(a) vẽ phổ của tín hiệu lối vào x[ n] và phổ của mạch lọc giảm tốc độ mẫu Các tần số . xử lý tín hiệu số, coi đó là một nhánh độc lập của xử lý tín hiệu. Từ đó xử lý tín hiệu phát triển một cách vượt bậc cả về mặt lý thuyết và ứng dụng. Xử lý tín hiệu số của tín hiệu tương tự bao. nữa là khả năng ứng dụng của xử lý số cho các tín hiệu với tần số rất thấp, ví dụ như trong trường hợp mà xử lý tín hiệu địa chấn, mà ở đó việc xử lý tín hiệu tương tự cần các tụ và cuộn cảm rất. nhị 5 phân được xử lý ở bước tiếp theo bởi một bộ xử lý số cài đặt một thuật toán xử lý tín hiệu phù hợp. Đầu ra bộ xử lý số là luồng dữ liệu nhị phân đã xử lý, sau đó được biến đổi tín hiệu thành