kurze Erklärung der digitalen Signalverarbeitung, Komprimierung, Verschlüsselung und Datei-Übersetzung

Es passiert vielen Menschen haben keine Ahnung, was Digital Signal Processing bedeutet, obwohl sie immer öfter diese Worte hörst, heute. In Anbetracht des Namens, Digital Signal Processing, sind die Menschen Blei Richtung denken Sie diesen Vorgang beschäftigt sich mit digitalen Signalen. Nein, Digital Signal Processing ist ein Verfahren zur Verbesserung der Qualität der analogen Signale, abweichen. Tatsächlich verwendet die Benennung (DSP) ist es eher unsachgemäßen, weil es für alle Arten von digitalen Verarbeitung bezieht. Die Methoden und Techniken in die DSP Aktion nur mit der Verarbeitung von analogen Signalen, die in der Natur sind verwendet. In der digitalen Signale Fall können wir nur komprimieren, verschlüsseln und übersetzen sie in anderen digitalen Formaten, diese (andere) Verfahren erfordern keine DSP-Techniken. Mit dem DSP Namen, wenn es um digitale Signale zu Verwirrung führt.

Nehmen wir jede dieser einen Schritt zu einem Zeitpunkt, und mit einigen praktischen Beispielen. Angenommen, wir haben eine alte Vinyl-Schallplatte und wir wollen seine analoge Signal auf einem digitalen CD kopieren, besser zu schützen, dass die Aufnahme - CDs sind viel zuverlässiger zu halten Informationen unverändert, im Laufe der Zeit. Das heißt, wir müssen das analoge Signal in ein digitales Format, und der beste Weg zu tun zu konvertieren ist es mit DSP-Techniken, wie folgt. Zuerst müssen wir einen Analog-Digital-Hardware-Modul, das analoge Signal in ein digitales Format zu konvertieren - dies ist in der Regel ein "Codec" - dann haben wir eine bestimmte Abtastfrequenz, um diese Aufgabe zu erfüllen. Weil wir mit Audio-Frequenzen arbeiten, sollte ein 40 KHz Abtastfrequenz ausreichend sein.

Bitte beachten Sie: die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt als die maximale Frequenz des ursprünglichen analogen Signals zu sein - die analogen Audiosignale haben Frequenzen innerhalb des Bereichs von 10 Hz bis 16 KHz. Nach dem Scannen, haben wir die Kopie der analogen Vinyl-Schallplatte, in digitale Daten-Format, als eine Reihe von digitalen Integer-Werte im binären Format ausgedrückt.

Leider ist unsere Schallplatte ziemlich alt, und es hat eine Menge Lärm auf sie; dass Lärm ist auch auf der digitalen Kopie, und es muss herausgefiltert werden, bevor wir die digitale CD zu brennen. Der nächste Schritt ist es, die digitale Kopie zu nehmen - bitte beachten Sie dies: die digitale Kopie stellt noch immer das analoge Signal - und wir wenden es eine mathematische Transformation Funktion: auf diese Weise ändern wir digitale Daten von "Time-Domain", um die "Frequenz-Domain". Dies wird allmählich durch Zerhacken digitalen Daten in Frames von 512, 1024 oder 4096 ganzen Zahlen in der Größe, und die Umwandlung von einem Rahmen zu einem Zeitpunkt erfolgt. Sobald wir die Daten im Frequenzbereich haben, ist es einfach, das Rauschen herauszufiltern, und zum Auswählen / amplifizieren nur die Audiofrequenzen wir wollen. Dazu nutzen wir digitale Firmware oder Software-Filter, die in der Tat sind, mathematische Algorithmen bekannt.

Sobald der Datensatz es richtig gefiltert wird, müssen wir es wieder ändern, um Zeit-Domäne, und wir tun dies durch die Verwendung eines zweiten Transformationsfunktion. Jetzt sind wir in der Lage, unsere Plattenfirma, der (any) rauschgefilterte hören. Wenn wir mit der Qualität der Aufnahme zufrieden sind, können wir die CD brennen, sonst könnten wir das obige Verfahren wiederholen, bis die Ergebnisse genau das, was wir ihnen zu erwarten sind. Digital Signal Processing endet hier.

Jetzt haben wir eine CD, die eine digitale Signal - eine Audio-Datei in diesem besonderen Fall. Es kann vorkommen, unsere digitalen Audio-Datei nimmt zu viele Merkerbytes zu speichern, und wir können uns nicht leisten, dass viel. Wir wollen, dass unsere digitale Datei, die kleinste Menge an Speicher zu verwenden, so dass wir die Datei schnell übertragen können über das Internet oder möchten wir so viele Platten wie möglich in einem kleinen MP3-Player, zum Beispiel zu speichern. Dafür brauchen wir eine "Kompression"-Technik, und implizit eine "Verschlüsselung" ein.

Es gibt sehr viele Komprimierung / Verschlüsselung Methoden zur Verfügung, und sehr viele werden in der Zukunft entwickelt werden. Grundsätzlich ist das digitale Signal in der Tat eine Reihe von ganzen Zahlen - für eine ganze Zahl von 2 Byte, ein Byte 8 Bits beträgt; jedes Bit entweder 0 oder 1 - und jede ganze Zahl repräsentiert einen mathematischen Wert im Bereich von 0 bis 65535. Jetzt bemerken wir die einzelnen Ziffern im Bereich von 0 bis 65535 ist eine Reihe von Zeiten, in der gesamten digitalen Audio-Datei wiederholt. Diese Information ist sehr wichtig, weil es uns zu unserer Reihe von Ganzzahlen in einem mathematisch verschlüsselte Struktur umzuwandeln, mittels einer Software-Komprimierung / Verschlüsselung "Schlüssel" hilft. Anstelle der Verwendung von zum Beispiel 23.501 für die ganze Zahl 1522 mal in unserer digitalen Audiodatei, verwenden wir nur die Informationen über diese ganze Zahl bedeutet, speichern wir nur den Wert 1522, ein einziges Mal, entsprechend dem ganzzahligen 23.501.

Die Kompressions / Chiffrierschlüssel - dies ist in der Tat andere mathematischen Algorithmus - es ist dafür verantwortlich, den anfänglichen digitalen Datei und Brechen es in Rahmen von ganzen Zahlen; zum Ersetzen jedes ganze Zahl mit der Anzahl von Malen er verwendet wird, und zum Speichern der Code benötigt zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihe von Zahlen, die der ursprünglichen digitalen Datei. Häufig werden die wichtigsten Arbeiten mit einem speziellen Speicherbereich Struktur, eine "binary-Baum" genannt. In diesem Binärbaum-die Position jeder Zahl darstellt, wie oft eine ganze Zahl in der gesamten Datei (oder in einem Frame) angezeigt wird, und sie auch über die notwendigen Informationen zur Rekonstitution der Frames, und dann die gesamte Audio Digitaldatei.

Sobald die digitalen Audio-Datei im Binär-Baum-Format seine Größe wird erheblich kleiner - es wird komprimiert - und wir können es für Speicher zu verwenden, oder für den schnellen Datentransfer. In diesem Binärbaum-Format-Daten ebenfalls verschlüsselt, zusätzlich zu komprimiert, und wir brauchen diese Komprimierung / Verschlüsselung, um zu rekonstruieren die erste digitale Signal, sonst gibt es keine Möglichkeit konnten wir "entziffern", dass Binärbaum- .

Nun, was kann wir unsere digitalen Audio-Datei? Nun, es gibt viele Audio-Formate, und wir könnten brauchen, um unsere digitalen Audio-Datei von einem Format in ein anderes zu ändern. Die einfachste Audiodateiformats hält Daten als Reihe von Bits, von 0 und 1. Eine andere Art können die Daten in kleinen Paketen zusammengefasst, in Folge von Bytes, Ganzzahlen oder Doppelzimmer. Dieser letzte Typ von Daten ermöglicht Gruppierung einer anderen Ebene von Informationskompressionsparametern, doch, um von einem Dateiformat zum anderen brauchen wir geeigneten Hardware-, Firmware-oder Software-Daten zu lesen / schreiben Fahrer ändern. Ändern des Dateiformats es benannt ist "Übersetzung" oder "Bekehrung", und das ist viel einfacher zu implementieren.

Im Grunde ist dies alles, was wir tun, um analoge und digitale Signale. Wie Sie sehen können gibt es eine Menge Mathematik beteiligt, aber die gute Nachricht ist, sind all jene mathematische Routinen und Algorithmen Standard. Ein Entwickler muss nicht unbedingt eine Menge Mathematik kennen, um seinen Job ziemlich gut. Diese üblichen mathematischen Algorithmen wurden entwickelt und optimiert durch Gruppen von Ingenieuren und Programmierern, und wir alle benutzen. Allerdings, wenn Sie zu proprietären Algorithmen zu entwickeln, um spektakuläre Effekte erreichen wollen, müssen Sie sehr gut studieren alle DSP, Komprimierung / Verschlüsselung und Übersetzung Techniken. Für weitere Informationen besuchen Sie bitte meine Heimat Website, und versuchen, andere verwandten Artikeln schrieb ich in verschiedenen Veröffentlichungen im Internet zu entdecken.
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