Цифровые методы обработки аналоговых сигналов. Часть 1.

Методы и средства обработки аналоговых сигналов цифровым способом, как проблема, постепенно становится самостоятельной областью в классе СЭВМ.

Этому процессу развития цифровой обработки сигналов (ЦОС) в значительной степени способствовали большие достижения в области создания больших интегральных схем и, в частности, в области технологии КМОП-СБИС. Создаются однокристальные программируемые ЦОС-системы. Здесь, как и при создании ПВС, наметился отход от использования традиционной фон-неймановской архитектуры. В основу архитектурных решений закладываются конструкции с конвейерной и параллельной обработкой данных.

Для ЦОС создаются кроме однокристальных многокристальные системы с широкими функциональными возможностями. В них используются заказные и полузаказные схемы, позволяющие методы ЦОС вести на системном уровне.

В конкретных приложениях цифровая обработка аналоговых сигналов выполняет в основном две задачи — спектрального анализа и цифровой фильтрации. Обработка сигналов в большинстве случаев ведется в масштабе реального времени, поэтому такие устройства должны обладать большим быстродействием при сравнительно узкой полосе пропускания. Быстродействие ЦОС часто определяют по времени, необходимому для выполнения операции умножения. Это объясняется тем, что операция умножения является типичной, наиболее часто используемой при решении задачи обработки аналогового сигнала. Это обстоятельство всегда учитывается при создании процессоров ЦОС, среди которых наиболее часто применяются матричные, последовательно-параллельные и конвейерные.

Процессоры ЦОС делятся на два класса: с жесткой программой (специализированные) и универсальные. Первые из них выполняют строго предписанные функции, например выполняют задачи фильтрации или быстрого преобразования Фурье (БПФ), вычисление скалярного произведения векторов, умножение комплексных чисел.

В качестве иллюстрации на рис. 3.13 показана укрупненная схема структуры процессора БПФ. Буферное устройство состоит из двух буферов — входного и выходного. Входной буфер используется для приема входных данных и записи их в ОЗУ с последующей передачей в блок типовых операций. В этот же блок из ППЗУ передаются коэффициенты преобразования Фурье. Работу устройств схемы регулирует блок синхронизации и управления, обеспечивающий синхронизацию всех операций и управление циркуляцией данных в процессоре БПФ. Блок типовых операций выполняет базовые операции БПФ (сложение и умножение). Результат вычислений из блока типовых операций через ОЗУ передается в выходной буфер и далее на выход устройства.

Схема процессора БПФ