初心者のためのデジタル信号処理ガイド


DSPについて

デジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)は、音声、オーディオ、ビデオ、温度、圧力、位置などの実世界のデジタル化された信号を受け取り、数学的に処理します。DSPは、加算、減算、乗算、除算などの数学関数を特に高速に実行するために設計されています。

信号に含まれる情報の表示や解析、あるいは別の種類の信号に変換して利用するために信号をまず処理する必要があります。実世界では、音、光、温度、圧力などの信号をアナログ製品が検出します。次に、A/Dコンバータなどのコンバータがこの実世界の信号を受け取って、1と0のデジタル形式に変換します。ここからがDSPの仕事です。DSPはこのデジタル化した情報を取得して処理してから送り返し、実世界で利用できるようにします。出力はデジタル形式か、D/Aコンバータを介したアナログ形式のいずれかになります。これらすべてがきわめて高速に処理されます。

この仕組みがよくわかるように、下の図にMP3オーディオ・プレーヤでDSPを使用する方法を示します。録音では、レシーバやその他のソースを介してアナログ音声が入力されます。このアナログ信号はA/Dコンバータでデジタル信号に変換され、DSPに送られます。DSPはMP3エンコーディングを実行し、そのファイルをメモリに保存します。再生では、メモリからこのファイルが取り出され、DSPでデコードされてからD/Aコンバータでアナログ信号に変換し直され、スピーカ・システムで出力できるようになります。もっと複雑な例では、音量制御、イコライゼーション、ユーザ・インターフェースなどのその他の機能もDSPが実行します。

DSP is used in an MP3 audio player

DSPの情報は、セキュリティ、電話、ホームシアター・システム、ビデオ圧縮などの制御を行うコンピュータも使用できます。別の場所へ信号を迅速かつ効率的に転送できるように信号を圧縮することもあります(たとえば、テレビ会議では音声と映像を電話回線で転送することが可能です)。また、信号を操作することで、信号の品質を高め、人間が感知しない情報を提供することもできます(たとえば、携帯電話やコンピュータ処理の医療画像におけるエコー・キャンセル)。実世界の信号はアナログ形式で処理できますが、信号をデジタル処理するほうが高速性と高精度の面で優れています。

DSPはプログラマブルであるため、広範なアプリケーションで使用できます。独自のソフトウェアを作成したり、アナログ・デバイセズやそのサードパーティが提供するソフトウェアを利用して、アプリケーションに対応したDSPソリューションを設計することができます。

DSPを使用して実世界の信号を処理する利点についての詳細は、Analog Dialogueの記事『Why Use DSP? Digital Signal Processing 101- An Introductory Course in DSP System Design』の第1部Digital Signal Processing 101- An Introductory Course in DSP System Designをご覧ください。


DSPの内部構成について

DSPは、主に以下のコンポーネントで構成されています。

  • プログラム・メモリ: DSPがデータ処理に使用するプログラムを格納します。
  • データ・メモリ: 処理する情報(データ)を格納します。
  • 計算エンジン: プログラム・メモリ内のプログラムとデータ・メモリ内のデータにアクセスして数値演算処理を実行します。
  • 入出力: 外部に接続するためのさまざまな機能を提供します。
A DSPs Components


推奨資料

デジタル信号処理は、経験豊富なDSPのプロでも手に余ることがある複雑なテーマです。概要は以上のとおりですが、アナログ・デバイセズでは次の資料によりデジタル信号処理に関するさらに広範な情報を提供しています。

Fixed-Point vs Floating-Point Digital Signal Processing
Technology Overview and Application Considerations

  • Analog Dialogueシリーズ:Digital Signal Processing 101- An Introductory Course in DSP System Design
    • 第1部: Why use DSP? DSP Architecture and DSP Advantages Over Traditional Analog Circuitry
    • 第2部: Learn More About Digital Filters
    • 第3部: Implement Algorithms on a Hardware Platform
    • 第4部: Programming Considerations for Real-Time I/O

DSPワークショップでは、アナログ・デバイセズのDSPチップの使い方を短時間に効率的に学ぶことができます。このワークショップは、講義と実践的な演習を通じてアナログ・デバイセズDSPについて実用的な知識を習得できるように考えられています。スケジュールやご登録については、学習&開発ページをご覧ください。

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