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 kasvaessa 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 audiosignaaleja eli ääntä.
Keskeisiä menetelmiä Signaalit esitetään usein aika-akselin sijaan taajuusakselilla. Aika-alueen signaalien muuntaminen taajuusalueeseen 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 suunnitellulla digitaalisella signaaliprosessorilla (DSP). Useat reaaliaikaiset säätöjärjestelmät edellyttävät digitaalisen signaalinkäsittelyn keinoin käsiteltyä dataa. Etenkin suuria tai monimutkaista käsittelyä vaativia datamääriä reaaliajassa käsiteltäessä käytetään myös tarkoitusta varten räätälöityjä sovelluskohtaisia mikropiirejä tai FPGA-piirejä.
Digitaalisen signaalinkäsittelyn edut Analogisiin signaalinkäsittelymetodeihin verrattuna digitaaliset metodit antavat tarkemman tuloksen, ovat helpommin monistettavissa ja muokattavissa sekä ovat halvempia. Ne ovat myös eräiltä keskeisiltä osin merkittävästi suorituskykyisempiä.
Historia Ennen digitaalisen signaalinkäsittelyn kehittymistä vallalla oli analoginen signaalinkäsittely. Tällöin signaaleja käsiteltiin analogisten komponenttien, kuten vastusten, kelojen, kondensaattorien, transistorien ja operaatiovahvistimien avulla.
Digitaalisen signaalinkäsittelyn historia ulottuu aikaan ennen varsinaisia signaaliprosessoreita, mutta sovelluksia alkoi tulla 1980-luvulla, jolloin tulivat ensimmäiset digitaaliset signaaliprosessorit (DSP). Etenkin alkuvaiheessa digitaaliseen signaalinkäsittelyyn käytettiin yleiskäyttöisiä 8-bittisiä, 8/16-bittisiä ja 32-bittisiä mikroprosessoreita. Sen jälkeen signaalinkäsittelyä on tehty paljon tarkoitukseen suunnatuilla DSP-piireillä ja myöhemmin myös FPGA-piireillä ().
1970-luvulla ja vielä 1980-luvullakin käytettiin tutkimustyössä paljon reaaliaikaista 200 kanavaista SAICOR SAI-51B spektrianalysaattoria.
Digitaalisen signaalinkäsittelyn historiaa Suomessa Digitaalisen signaalinkäsittelyn matemaattinen abstrakti teoria tuli Suomeen, Tampereen teknilliseen yliopistoon syksyllä 1976 professori Yrjö Neuvon järjestämillä kaksivuotisilla jatko-opinnoilla syksystä 1976 kevääseen 1978. Kurssilla koko kahden vuoden ajan vuosina 1976–1978 mukana olivat teekkarit Tapio Saramäki, Markku Renfors, Raimo O. Toivonen.
Sovellusalueita Kuvankäsittely digitaalinen kuvankäsittely hahmontunnistus animaatiot sääkarttojen tuottaminen satelliittikuvien perusteella
Puheteknologia puheanalyysi puheentunnistus puhujantunnistus puhesynteesi puheenkoodaus
Audiosignaalinkäsittely äänen muokkaus, kuten Auto-Tune äänenpakkaus, kuten MP3 äänen sisältöanalyysi äänisynteesi Tietoliikenne digitaalinen modulaatio ja demodulaatio tiedonsiirtokanavan häiriöiden tunnistus ja korjaaminen vastaanottimen synkronointi lähetteeseen (ajoitus ja taajuus) monen antennin lähetys- ja vastaanottotekniikat (MIMO)
Lääketiede röntgenkuvaus, tietokonekerroskuvaus, magneettikuvaus ja ultraäänikuvaus EEG-aivokuvaus
kaikuluotaus
Katso myös Puheteknologian historiaa Suomessa
Lähteitä Huttunen, Heikki: Signaalinkäsittelyn menetelmät. Tampereen teknillinen yliopisto, Tampere 2005. . . PDF. Ifeachor, Emmanuel C. & Jervis, Barrie W.: Digital Signal Processing: A Practical Approach. Addison-Wesley 1993.
Viitteet
Kirjallisuutta
Aiheesta muualla
Usenet-keskusteluryhmä digitaalisesta signaalinkäsittelystä (englanniksi) DSP-kirja verkossa (englanniksi) History of Signal Processing – IEEE Signal Processing Society Tapio Saramäki sivullaan Markku Renfors sivullaan Raimo Olavi Toivonen sivullaan
*