Digitaalinen signaalinkäsittely

Digitaalinen signaalinkäsittely, usein myös pelkkä signaalinkäsittely on digitaalisessa muodossa esitettyjen signaalien käsittelyä numeerisen laskennan menetelmin. Digitaalisen signaalinkäsittelyn merkitys on kasvanut voimakkaasti viime vuosikymmeninä tietokoneiden laskentatehon yleistyessä ja yhä uusien sovelluskohteiden avautuessa. Digitaalisen signaalinkäsittelyn alaan kuuluu keskeisesti myös analogisten signaalien muuttamisen digitaaliseksi ja päinvastoin. Useimmat digitaaliset signaalit ovatkin digitaaliseksi muutettuja analogisia signaaleja, esimerkiksi analogisia audiosignaaleja eli ääntä.

Digitaalisen signaalinkäsittelyn edut

Ennen digitaalisen signaalinkäsittelyn kehittymistä vallalla oli analoginen signaalinkäsittely. Tällöin signaaleja käsiteltiin analogisten komponenttien, kuten kelojen ja kondensaattorien avulla.

Analogisiin signaalinkäsittelymetodeihin verrattuna digitaaliset metodit antavat tarkemman tuloksen, ovat helpommin monistettavissa ja muokattavissa sekä ovat halvempia. Ne ovat myös eräiltä keskeisiltä osin merkittävästi suorituskykyisempiä.

Keskeisiä menetelmiä

Signaalit esitetään usein aika-akselin sijaan frekvenssiakselilla. Aikaulotteitteisten signaalien muuntaminen frekvenssiulotteiseksi tehdään usein Fourier-muunnoksella.

Digitaalisen signaalinkäsittelyn keinoin voidaan suuresta joukosta dataa, joka sinänsä on vaikeasti tulkittavissa, saada esille dataa luettavassa, ymmärrettävässä ja käytettävässä muodossa. Triviaali esimerkki tästä on esimerkiksi keskustelun äänittäminen suuressa taustamelussa. Oleellisen datan esille saamiseksi käytetään digitaalisia suodattimia.

Analoginen signaali muutetaan digitaaliseksi AD-muuntimella ja digitaalinen takaisin analogiseksi DA-muuntimella.

Signaaleja käsitellään usein joko tavallisella tietokoneella tai signaalinkäsittelytarkoitukseen erityisesti suunniteltuja digitaalisella signaaliprosessorilla. Useat reaaliaikaiset säätöjärjestelmät edellyttävät digitaalisen signaalinkäsittelyn keinoin käsiteltyä dataa.

Joitain sovellusalueita

• kuvankäsittely
  • kuvion tunnistus
  • robottinäkö
  • animaatiot
  • sääkarttojen tuottaminen satelliittikuvien perusteella

• äänenkäsittely
  • puheentunnistus
  • synteettinen puhe

• telekommunikaatio
  • kaiun poisto
  • videokonferenssi

• lääketiede
  • röntgenkuvat
  • EEG-aivokuvaus

Lähteitä:

• Usenet- keskusteluryhmä digitaalisesta signaalinkäsittelystä (englanniksi)
• DSP kirja verkossa (englanniksi)
• Huttunen, Heikki: Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tampereen teknillinen yliopisto, Tampere 2005. ISSN 1459-4609, ISBN 952-15-1432-9. Saatavilla myös verkossa (pdf).
• Ifeachor, Emmanuel C. ja Jervis, Barrie W.: Digital Signal Processing. A Practical Approach. Addison-Wesley 1993. ISBN 0-201-54413-X