Эффект наложения
Выборка сигнала производится через определенные интервалы времени, и при этом неизвестно, что происходит между выборками. Предположим, в некоторый момент времени аналоговый сигнал имеет некий скачок или импульс. И пусть этот скачок приходится на интервал времени между двумя дискретными выборками. Так как при этом не происходит измерение импульса, то после выборки всего аналогового сигнала мы не можем определить, был ли действительно какой-либо импульс. В менее очевидном случае, сигнал может быть представлен быстро меняющимися компонентами. Но опять же, мы невозможно проследить за этими быстрыми изменениями. Поэтому выборка должна производиться с достаточно большой скоростью, чтобы возможно было зафиксировать наиболее быстрые изменения в сигнале. Иногда мы можем иметь некоторые предварительные сведения о сигнале или сделать некоторые предположения о поведении сигнала между выборками.
Если выборка будет производиться с недостаточной скоростью, то невозможно будет проследить наиболее быстрые изменения в сигнале.
На приведенной схеме выборка высокочастотного сигнала производится менее двух раз за период. В результате получается неверное представление сигнала в дискретной форме, так как если теперь сгладить полученные выборки некоторой кривой, то получим представление низкочастотного сигнала. Такое явление, при котором сигнал с одной частотой после выборки представляется сигналом с другой частотой, называется эффектом наложения.
Важно отметить, что проблема, связанная с наложением частот, состоит в том, что невозможно сказать, с сигналом какой частоты приходится иметь дело. Но иногда мы можем обладать некоторыми предварительными сведениями о сигнале или сделать некоторые предположения о поведении сигнала между выборками.
Найквист (Nyquist) показал, что для четкого представления всех частотных составляющих необходимо производить выборку с такой частотой, которая была бы в два или более раз выше самой высокой частоты в сигнале. На диаграмме выборка высокочастотного сигнала производится дважды в течение периода. Если теперь провести гладкую кривую, соединив ею выборки, то в результате получится сигнал, похожий на входной аналоговый. Но если дискретная выборка будет производиться в точках, в которых сигнал имеет нулевую амплитуду, то сигнала не будет вообще. Именно поэтому необходимо производить выборку с частотой, превосходящей наивысшую частоту сигнала не менее, чем в два раза. Это позволяет избежать эффекта наложения.
Максимальная частота сигнала, которая позволяет задать скорость выборки, называется частотой Найквиста (Nyquist frequency). На самом деле Найквист говорит, что выборка должна производиться с частотой, превышающей частоты, которые составляют полосу пропускания сигнала, а не с максимальной.
Интерфейс ввода-вывода
На практике DSP главным образом имеет дело с реальным миром. Хотя это часто забывают, именно эта особенность является одним из наиболее существенных различий между DSP процессорами и универсальными микропроцессорами: В характерном DSP приложении процессор взаимодействует со многими источниками данных в реальном мире. В любом случае процессор может получать и передавать данные в реальном времени, не прерывая при этом выполнение внутренних математических операций. Можно выделить три источника данных для DSP процессоров:
входные и выходные сигналы
взаимодействие с различными контроллерами системы
взаимодействие с подобными DSP процессорами