Top Banner
PENGANTAR PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL Disusun oleh : Tri Rahajoeningroem, MT (TRY) Email : [email protected] TK3444 – PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL Semester Ganjil 2013/2014 Hanya dipergunakan untuk kepentingan pengajaran di Telkom Applied Science School
42

1. PSD Pengantar PSD

Dec 30, 2015

Download

Documents

Abdul Haris

psd
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 1. PSD Pengantar PSD

PENGANTAR PENGOLAHAN SINYAL DIGITALDisusun oleh : Tri Rahajoeningroem, MT (TRY)Email : [email protected]

TK3444 – PENGOLAHAN SINYAL DIGITALSemester Ganjil 2013/2014

Hanya dipergunakan untuk kepentingan pengajaran di Telkom Applied Science School

Page 2: 1. PSD Pengantar PSD

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).

Page 3: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 4: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 5: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 6: 1. PSD Pengantar PSD

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

 

Page 7: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 8: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 9: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 10: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 11: 1. PSD Pengantar PSD

KAJIANKAJIAN 1

Sinyal dan Sistem

Operasi dan manipulasi sinyal

Analisa sistem dalam kawasan waktu : konvolusi

KAJIAN 1

A/D Construction

D/A Construction

KAJIAN 3

Analisa sistem dalam kawasan frekuensi

Aplikasi Transformasi Fourier dan Transformasi Z

Page 12: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 13: 1. PSD Pengantar PSD

STRATEGI PERKULIAHAN

Metode tutorial Responsi dan latihan Simulasi Presentasi dari mahasiswa Diskusi Tugas-tugas (hitungan & simulasi)

Page 14: 1. PSD Pengantar PSD
Page 15: 1. PSD Pengantar PSD

APAKAH ITU PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL?

Dari Asal Kata Pemrosesan Sinyal Secara Digital

S.W. Smith Matematik, Algoritma dan Teknik yang

digunakan untuk memanipulasi sinyal setelah sinyal tersebut

diubah ke bentuk digital

Dale 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).

Page 16: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 17: 1. PSD Pengantar 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.

Page 18: 1. PSD Pengantar PSD

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)

Page 19: 1. PSD Pengantar PSD

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.

Page 20: 1. PSD Pengantar PSD

Trend Masa Depan Teknologi adalah Teknologi Digital.

Keunggulan Digital dibanding Analog :

Kemajuan pesat pada teknologi manufaktur IC Digital

Fleksibilitas

Reliability

Predictable dan Repeatable

Page 21: 1. PSD Pengantar PSD

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 ...

Page 22: 1. PSD Pengantar PSD

DIGITAL APPROACH

ANALOG APPROACH

re-calculate re-design rebuild

re-program

Old and obsolete Product

New and better product ...

FLEKSIBILITAS

Page 23: 1. PSD Pengantar PSD

RELIABILITY Tahan terhadap pengaruh lingkungan Tahan terhadap toleransi komponen

Normal weatherExtremely hot Extremely Cold

Analog

Digital

Page 24: 1. PSD Pengantar PSD

PREDICTABLE dan REPEATABLE Input sama akan menghasilkan output sama Cocok untuk produksi massal

ABC

XYZ

XYZ

XYZ

UVW

Produk 1

Produk 2

AnalogDigital

Page 25: 1. PSD Pengantar PSD

Multimedia PC

Audio Tools

Telecommunications

Navigation System Office Automation

Hand held tools

DSP inside

Page 26: 1. PSD Pengantar PSD

Space

Space photograph enhancement

Data compression

Intelligent sensory analysis by remote space probes

Medical

Diagnostic imaging (CT, MRI,ultrasound, and others)

Electrocardiogram analysis

Medical image storage/retrieval

Commercial

Image and sound compression for multimedia presentation

Movie special effects

Video conference calling

Page 27: 1. PSD Pengantar PSD

Telephone

Voice and data compression

Echo reduction

Signal multiplexing

Filtering

Military

Radar

Sonar

Ordnance guidance

Secure communication

Industrial

Oil and mineral prospecting

Process monitoring & control

Nondestructive testing

CAD and design tools

Scientific

Earthquake recording & analysis

Data acquisition

Spectral analysis

Simulation and modeling

Page 28: 1. PSD Pengantar PSD

PRESENTASE APLIKASI DSP

Consumer5%

Military5%

Communications51%

Computer27%

Industrial12%

Page 29: 1. PSD Pengantar PSD

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

FastFast

FasterFaster

PSD : aim and tools

Page 30: 1. PSD Pengantar PSD

Digital system exampleDigital system example

ms

V AN

ALO

G

AN

ALO

G

DO

MA

IND

OM

AIN

ms

V

Filter Antialiasing

k

A DIG

ITA

L

DIG

ITA

L

DO

MA

IND

OM

AIN

A/D

k

A

Digital Processing

ms

V AN

ALO

G

AN

ALO

G

DO

MA

IND

OM

AIN

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

Page 31: 1. PSD Pengantar PSD
Page 32: 1. PSD Pengantar PSD

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.

Page 33: 1. PSD Pengantar PSD

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.

Page 34: 1. PSD Pengantar PSD

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 Manusia

4. 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.

Page 35: 1. PSD Pengantar PSD

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

Page 36: 1. PSD Pengantar PSD

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)

Page 37: 1. PSD Pengantar PSD

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.

Page 38: 1. PSD Pengantar PSD

ADSL Wired Communication DSP SystemADSL Wired Communication DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall,

2001.

Page 39: 1. PSD Pengantar PSD

PCM Voiceband DSP SystemPCM Voiceband DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall,

2001.

Page 40: 1. PSD Pengantar PSD

Gigabit Ethernet DSP SystemGigabit Ethernet DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall,

2001.

Page 41: 1. PSD Pengantar PSD

Hard Disk Drive DSP SystemHard Disk Drive DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall,

2001.

Page 42: 1. PSD Pengantar PSD

Motor Control DSP SystemMotor Control DSP System Nasser Kehtarnavaz, and Mansour Keramat, DSP System Design: Using the TMS320C6000, Prentice Hall,

2001.