Transcript
PENGANTAR PENGOLAHAN SINYAL DIGITALDisusun oleh : Tri Rahajoeningroem, MT (TRY)Email : tningrum@gmail.com
TK3444 – PENGOLAHAN SINYAL DIGITALSemester Ganjil 2013/2014
Hanya dipergunakan untuk kepentingan pengajaran di Telkom Applied Science School
MANFAAT PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL
Pengolahan sinyal analog dan digital yang sangat berguna untuk orang-orang yang bekerja di bidang telekomunikasi, sistem control, speech atau audio processing, image processing, radar, sonar, geofisika, dll.
Seiring dengan perkembangan teknologi telekomunikasi maka teknik pengolahan sinyal digital menjadi semakin penting. Hal ini juga disebabkan dengan adanya perkembangan mikroprosesor yang begitu pesat dan adanya high-speed DSP chips (Digital Signal Processors).
DESKRIPSI
Mata kuliah ini dimulai dengan pengenalan tentang sinyal dan sistem waktu kontinyu dan diskrit, analisis sistem linier
Pembahasan selanjutnya mengenai mekanisme pembentukan sinyal digital , konsep ADC-DAC
Analisis sistem dalam kawasan frekuensi dengan metode transformasi : Fourier dan Z
Penerapan PSD untuk image processing dan speech processing
Pada akhir perkuliahan ini, mahasiswa diharapkan mampu:Memahami karakteristik sinyal analog dan digitalMemahami mekanisme pembentukan sinyal digitalMenjelaskan berbagai konsep pengolahan sinyal digital
dan analogMemahami kontruksi dan rekonstruksi sinyal kontinyu,
diskrit dan digitalDapat menyelesaikan persoalan perhitungan dalam
pengolahan sinyal digital
STANDAR KOMPETENSI
MATERI1. Pengantar dan Konsep Pengolahan Sinyal Digital Sinyal, Sistem dan Pengolahan Sinyal Elemen Dasar Sistem DSP Keuntungan Pengolahan Sinyal Digital terhadap Analog Aplikasi Pengolahan Sinyal Digital
2. Klasifikasi Sinyal Sinyal Multikanal dan Multidimensi Sinyal Periodik dan Aperiodik Sinyal Waktu Kontinyu dan Waktu Diskrit Sinyal Ganjil dan Genap
MATERI 3. Operasi dan Manupilasi Sinyal Beberapa Sinyal Fundamental Operasi Sinyal Waktu Kontinyu Manipulasi Sinyal Waktu Diskrit
4. Konsep Sistem Pengertian Sistem Klasifikasi Sistem Penggambaran dan Representasi Sistem Deskripsi Masukan-Keluaran Sistem Representasi Diagram Blok Sinyal Waktu Diskrit
MATERI 5. Analisis Sistem Linier Karakteristik Sistem Linier Analisis dalam kawasan waktu : Konvolusi
6. A/D Construction Pencuplikan Sinyal Analog Teorema Pencuplikan Aliasing Kuantisasi Coding
MATERI 7. D/A Construction Pengertian DAC Rekonstruksi ideal Filter Analog untuk Konversi Data Pemilihan Filter Antialias
8. Transformasi Fourier Konsep Dasar Sifat-sifat Transformasi Fourier
MATERI 9. Aplikasi Transformasi Fourier untuk Analisis Sistem Inversi Transformasi Fourier Aplikasi Transformasi Fourier
10. Transformasi Z Konsep Dasar Sifat-sifat Transformasi Z Inversi Transformasi Z
MATERI 11. Aplikasi Transformasi Z dalam Analisis Sistem LTI Invers Transformasi Z Aplikasi Transmisi Z
12. Implementasi dan Penerapan Pengolahan Sinyal Digital Speech processing Image Processing
KAJIANKAJIAN 1 Sinyal dan Sistem Operasi dan manipulasi sinyal Analisa sistem dalam kawasan waktu : konvolusiKAJIAN 1 A/D Construction D/A ConstructionKAJIAN 3 Analisa sistem dalam kawasan frekuensi Aplikasi Transformasi Fourier dan Transformasi Z
Proakis, J.G., dan Manolakis, D.G.,”DIGITAL SIGNAL PROCESSING principles, algorithms, and applications”, Prentice-Hall, 1996
Smith, Steve, 2009. Digital Signal Processing Guide, www.dspguide.com Ludemen, Lonnie C., “FUNDAMENTAL OF DIGITAL SIGNAL PROCESSING”, John Wiley &
Son, 1987. Mitra S.K.,”DIGITAL SIGNAL PROCESSING A COMPUTER-BASED APPROACH”,McGraw-Hill,
2002. Nagrath I.J., Sharan S.N., Ranjan R., Kumar S.,”SIGNALS AND SYSTEMS”, McGraw-Hill,
2001. Oppenheim, A.V., dan Schafer, R.W.,”DISCRETE-TIME SIGNAL PROCESSING”, Prentice-
Hall, 1999. Orfanidis S.J.,”INTRODUCTION TO SIGNAL PROCESSING”, Prentice-Hall, 1996 Referensi lainnya: Internet
REFERENSI
STRATEGI PERKULIAHAN Metode tutorial Responsi dan latihan Simulasi Presentasi dari mahasiswa Diskusi Tugas-tugas (hitungan & simulasi)
APAKAH ITU PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL?
Dari Asal Kata Pemrosesan Sinyal Secara DigitalS.W. Smith Matematik, Algoritma dan Teknik yang digunakan untuk memanipulasi sinyal setelah sinyal tersebut diubah ke bentuk digitalDale Grover Setiap penggunaan Prosesor Digital untuk memodifikasi Representasi Digital dari Sebuah Sinyal.Prosesor Digital Setiap Peralatan yang Mampu Melakukan Operasi Digital (And, Or, Ex-Or, Shift, dsb).
1807, Fourier merumuskan Transformasi Fourier untuk memecahkan persamaan yang rumit
Awal 1800-an, Laplace memodifikasi Transformasi Fourier untuk memecahkan persamaan differensial yang lebih luas.
Awal 1800-an , Gauss menemukan cara cepat perhitungan Transformasi Fourier. Selain itu, Gauss juga membuat dasar digital filter untuk observasi planet dan komet.
1880-an , Bunsen melakukan analisa spektrum untuk menemukan hal baru.
Awal 1900-an, Einstein menemukan hubungan yang penting antara power spektrum dengan fungsi autokorelasi.
SEJARAH PERKEMBANGAN PSD
1940-an, Radar dan Sonar dikembangkan. Signal Processing mengalami kemajuan dalam bidang komunikasi.
1940-an, Wiener mengajukan teori untuk mengoptimalisasi sinyal dari filter. 1960, Kalman membuat filter digital untuk mendapatkan “optimal”
filtering/control. 1960-an, Sophisticated digital filter, sistem kontrol digital dan beamformer
digital diimplementasikan di NASA dan tempat lainnya.“Adaptive” filter juga dikembangkan.
1965, Fast Fourier Transform dan algoritma rangkaian Markov dikembangkan.
1970, teori dan pemahaman tentang digital filtering/kontrol sudah mantap.
Awal 1980-an, Digital Filtering menjadi sangat populer. 1980-an, Kemajuan penting dalam bidang pengkodean suara
dan gambar (speech and image coding), pengenalan suara (speech recognition), radar imaging, medical imaging, dll.
Akhir 1980-an, Neural network, wavelet dan fractal ditemukan serta TV digital mulai dikembangkan.
1990-an, Kemajuan pada aplikasi dari teknik DSP (Digital Signal rocessing) menggantikan rangkaian elektronika yang konvesional (cth : filter, modulator, beamformer, dll)
Saat ini penerapan DSP hampir ke semua bidang teknologi akibat semakin cepatnya perkembangan prosesor digital dalam bentuk IC dimana kecepatan proses meningkat, ukuran yang semakin kecil dan harga yang terjangkau.
DSP Processor is not far ...DSP Processor is not far ...
… … you might not realize that you already use it.you might not realize that you already use it.
Trend Masa Depan Teknologi adalah Teknologi Digital.Keunggulan Digital dibanding Analog :
Kemajuan pesat pada teknologi manufaktur IC Digital Fleksibilitas Reliability Predictable dan Repeatable
Kemajuan pesat di bidang manufaktur IC digital Speed dan Density Meningkat Cost dan Size Berkurang Interfacing antar sistem
mudah
VLSI Technology, Computer Architecture, Software Technology
The size is getting smaller, but with better performances ...
DIGITAL APPROACH
ANALOG APPROACH
re-calculate re-design rebuild
re-program
Old and obsolete Product
New and better product ...
FLEKSIBILITAS
RELIABILITY Tahan terhadap pengaruh lingkungan Tahan terhadap toleransi komponen
Normal weatherExtremely hot Extremely Cold
Analog
Digital
PREDICTABLE dan REPEATABLE Input sama akan menghasilkan output sama Cocok untuk produksi massal
ABC
XYZ
XYZ
XYZ
UVW
Produk 1
Produk 2
AnalogDigital
Multimedia PC
Audio Tools
Telecommunications
Navigation System Office Automation
Hand held tools
DSP inside
SpaceSpace photograph enhancementData compressionIntelligent sensory analysis by remote space probes
MedicalDiagnostic imaging (CT, MRI,ultrasound, and others)Electrocardiogram analysisMedical image storage/retrieval
CommercialImage and sound compression for multimedia presentationMovie special effectsVideo conference calling
TelephoneVoice and data compressionEcho reductionSignal multiplexingFiltering
MilitaryRadarSonarOrdnance guidanceSecure communication
Industrial Oil and mineral prospectingProcess monitoring & controlNondestructive testingCAD and design tools
ScientificEarthquake recording & analysisData acquisitionSpectral analysisSimulation and modeling
PRESENTASE APLIKASI DSP
Consumer5%
Military5%
Communications51%
Computer27%
Industrial12%
Software• Programming languages: Pascal, C / C++ ...
• “High level” languages: Matlab, Mathcad, Mathematica…
• Dedicated tools (ex: filter design s/w packages).
Applications• Predicting a system’s output.
• Implementing a certain processing task.
• Studying a certain signal.
• General purpose processors (GPP), -controllers.
• Digital Signal Processors (DSP).
• Programmable logic ( PLD, FPGA ).
Hardware real-time real-time DSPingDSPing
FastFastFasterFaster
PSD : aim and tools
Digital system example
ms
V ANALO
G
ANALO
G
DO
MAIN
DO
MAIN
ms
V Filter Antialiasing
k
A DIG
ITAL D
IGITAL
DO
MAIN
DO
MAIN
A/D
k
A
Digital Processing
ms
V ANALO
G
ANALO
G
DO
MAIN
DO
MAIN
D/A
ms
V Filter Reconstruction
Sometimes steps missing- Filter + A/D (ex: economics);
- D/A + filter (ex: digital output wanted).
General scheme
Topics of this Topics of this lecture.lecture.
Digital Processing
Filter Antialiasing
A/D
Apa yang Bisa Dilakukan Oleh DSP ?
DSP Dapat Melakukan Hampir Semua Operasi yang Dapat Dilakukan oleh Elektronika Analog.
Tapi, The Real Power Of DSP Adalah ……………………………
DSP Dapat Melakukan Operasi yang Tak Dapat Dilakukan oleh Elektronika Analog.
Pada Elektronika Analog digunakan Komponen Fisik (Kapasitor, Induktor, Resistor, Transistor, Op-Amp) untuk memproses sinyal. Operasi Peralatan Fisik Dapat Dinyatakan dengan Persamaan Matematik Contoh : Kapasitor ( I = C dV/dt ).
Tapi ………………………………. Bukan Berarti Setiap Persamaan Matematik Dapat Kita Buat ke dalam Peralatan Fisik.
5 OPERASI DASAR PADA DSP1. Spectral Analysis : Mengetahui dan Menganalisa Spektrum Frekuensi dari Sinyal. (Erat Kaitannya dengan Transformasi)2. Filtering : Memodifikasi Contents Frekuensi dari Sinyal untuk Mendapatkan Informasi yang Diinginkan dan Membuang Bagian yang Tak Diperlukan. 3. Synthesis : Membangkitkan Sesuatu, DSP Dapat Membangkitkan Mulai dari Bunyi yang Sederhana sampai Suara Manusia4. Correlation : Mencari Hubungan Kedekatan (Keterkaitan) antara Sinyal yang Sama (Auto Correlation) atau Dua Buah Sinyal yang Berbeda (Cross Correlation). Contoh : Auto Correlation Digunakan untuk Menentukan Karakteristik dari Rongga Suara Manusia Sedangkan Cross Correlation Digunakan pada Radar.5. Control : Pemrosesan Input Digital untuk Menghasilkan Output Digital guna Mengontrol Suatu Peralatan.
DSP Menggantikan atau Menambah Performance dari Peralatan Elektronika Analog.
APLIKASI FILTERING SPECTRAL ANALYSIS SYNTHESIS CORRELATION CONTROL
Automobile Engine Control
Automobile Active Suspension
Answering Machines
Portable Phones
Cellular Phones
Television
Radio
Hard Disk Drive Electronics
Electronic Music
Speech Synthesis
DSP Menciptakan Aplikasi Baru yang Tak Mungkin Dilakukan oleh Peralatan Elektronika Analog.
APLIKASI FILTERING SPECTRAL ANALYSIS SYNTHESIS CORRELATION CONTROL
High Speed Modems
Speech And Image Recognition
Medical Imaging Equipment
Active Noise Cancellation (ANC)
CD (Music), CD-Rom
Digital Audio Tape (DAT)
Cellular Phone Wireless Communication Cellular Phone Wireless Communication DSP SystemDSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
ADSL Wired Communication DSP SystemADSL Wired Communication DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
PCM Voiceband DSP SystemPCM Voiceband DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
Gigabit Ethernet DSP SystemGigabit Ethernet DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
Hard Disk Drive DSP SystemHard Disk Drive DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
Motor Control DSP SystemMotor Control DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall, 2001.
top related