ការយល់ដឹងអំពីដំណើរការសញ្ញាឌីជីថល
ដំណើរការសញ្ញាឌីជីថល (DSP) គឺជាវិស័យវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យាមួយដែលសិក្សាពីរបៀបដំណើរការសញ្ញាដោយប្រើប្រព័ន្ធឌីជីថល ជាពិសេសកុំព្យូទ័រ មីក្រូកុងត្រូល័រ និងឧបករណ៍ដំណើរការឯកទេសដូចជា ឧបករណ៍ដំណើរការសញ្ញាឌីជីថល។ សញ្ញាទាំងនេះអាចរួមបញ្ចូលសំឡេង (អូឌីយ៉ូ) រូបភាព វីដេអូ រំញ័រម៉ាស៊ីន សញ្ញាវេជ្ជសាស្ត្រ (ECG/EEG) និងសូម្បីតែទិន្នន័យពីឧបករណ៍ចាប់សញ្ញានៅលើឧបករណ៍ IoT។ DSP គឺជាប្រភពនៃរបស់ជាច្រើនដែលយើងប្រើប្រាស់ជារៀងរាល់ថ្ងៃ ចាប់ពីការហៅទូរស័ព្ទច្បាស់ល្អ តន្ត្រីបំបាត់សំឡេងរំខាន គុណភាពរូបភាពប្រសើរឡើងនៅក្នុងកាមេរ៉ាទូរស័ព្ទចល័ត រហូតដល់ប្រព័ន្ធរ៉ាដា និងការទំនាក់ទំនងតាមផ្កាយរណប។
តើសញ្ញាជាអ្វី ហើយហេតុអ្វីបានជាវាត្រូវការដំណើរការ?
និយាយឲ្យសាមញ្ញទៅ សញ្ញាគឺជាតំណាងនៃព័ត៌មានដែលផ្លាស់ប្តូរតាមពេលវេលា ឬលំហ។ ឧទាហរណ៍ រលកសំឡេងគឺជាសញ្ញាដែលផ្លាស់ប្តូរតាមពេលវេលា។ ខណៈដែលរូបភាពឌីជីថលអាចត្រូវបានមើលឃើញថាជាសញ្ញាពីរវិមាត្រដែលផ្លាស់ប្តូរតាមកូអរដោនេភីកសែល។ នៅក្នុងពិភពពិត សញ្ញាច្រើនតែមិនល្អទេ៖ វាមានសំឡេងរំខាន ការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយ ដែនកំណត់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា ឬតម្រូវការសម្រាប់ការបង្ហាប់ដើម្បីសន្សំសំចៃការផ្ទុក និងកម្រិតបញ្ជូន។ DSP ផ្តល់ឧបករណ៍សម្រាប់កែតម្រូវ វិភាគ ទាញយកព័ត៌មានសំខាន់ៗ និងរៀបចំសញ្ញាសម្រាប់បញ្ជូន ឬផ្ទុក។
អាណាឡូកទល់នឹងឌីជីថល៖ ភាពខុសគ្នាសំខាន់ៗ
សញ្ញាអាណាឡូកមានលក្ខណៈបន្ត ខណៈពេលដែលសញ្ញាឌីជីថលមានលក្ខណៈដាច់ពីគ្នា (យកគំរូ)។ សញ្ញាជាច្រើននៅក្នុងធម្មជាតិគឺជាអាណាឡូក ដូចជាសំឡេងនៅលើអាកាសជាដើម។ ដើម្បីដំណើរការជាឌីជីថល សញ្ញាអាណាឡូកត្រូវតែបំប្លែងទៅជាសញ្ញាឌីជីថលតាមរយៈការយកគំរូ និងបរិមាណដោយប្រើឧបករណ៍បម្លែងអាណាឡូកទៅឌីជីថល (ADC)។
១. ការយកសំណាកគឺជាដំណើរការនៃការយកតម្លៃសញ្ញានៅចន្លោះពេលជាក់លាក់។ ល្បឿនយកសំណាកត្រូវបានគេហៅថាអត្រាយកសំណាក ឧទាហរណ៍ ៤៤.១ kHz នៅលើស៊ីឌីអូឌីយ៉ូ។
2. ការធ្វើបរិមាណ គឺជាដំណើរការនៃការបង្គត់តម្លៃគំរូទៅកម្រិតជាក់លាក់មួយយោងទៅតាមគុណភាពបង្ហាញប៊ីត (ឧទាហរណ៍ 16-ប៊ីត, 24-ប៊ីត) ដែលប៉ះពាល់ដល់ជួរថាមវន្ត និងសំឡេងរំខាននៃការធ្វើបរិមាណ។
ផ្ទុយទៅវិញ នៅពេលដែលសញ្ញាឌីជីថលត្រូវបានចាក់ជាសំឡេងតាមរយៈឧបករណ៍បំពងសម្លេង វាត្រូវបានបម្លែងទៅជាអាណាឡូកវិញតាមរយៈឧបករណ៍បម្លែងឌីជីថលទៅអាណាឡូក (DAC)។
គោលគំនិតជាមូលដ្ឋាននៅក្នុង DSP
ដើម្បីយល់ពី DSP មានគោលគំនិតជាមូលដ្ឋានជាច្រើនដែលជារឿយៗបង្កើតជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃការរៀនសូត្រ និងការអនុវត្តរបស់វា។
១. ទ្រឹស្តីបទ Nyquist-Shannon
ទ្រឹស្តីបទនេះចែងថា ដើម្បីកសាងឡើងវិញនូវសញ្ញាអាណាឡូកដោយជោគជ័យ អត្រាគំរូត្រូវតែមានយ៉ាងហោចណាស់ពីរដងនៃប្រេកង់ខ្ពស់បំផុតនៅក្នុងសញ្ញា។ ប្រសិនបើតម្រូវការនេះមិនត្រូវបានបំពេញ ការធ្វើក្លែងក្លាយកើតឡើង ដែលជាការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយដែលសមាសធាតុប្រេកង់ខ្ពស់ "ក្លែងបន្លំ" ជាប្រេកង់ទាប។ ដើម្បីទប់ស្កាត់បញ្ហានេះ តម្រងប្រឆាំងការធ្វើក្លែងក្លាយជាធម្មតាត្រូវបានប្រើមុន ADC។
២. ដែនពេលវេលា និងដែនប្រេកង់
សញ្ញាអាចត្រូវបានវិភាគពីទស្សនៈពីរ៖
- ដែនពេលវេលា៖ ពិនិត្យមើលទំហំនៃសញ្ញាទល់នឹងពេលវេលា (ឧទាហរណ៍ រលកសំឡេង)។
– ដែនប្រេកង់៖ ពិនិត្យមើលសមាសធាតុប្រេកង់ដែលបង្កើតជាសញ្ញា (ឧទាហរណ៍ វិសាលគមអូឌីយ៉ូ)។
ការបំលែងហ្វូរៀ (និងកំណែដាច់ពីគ្នារបស់វាគឺ DFT/FFT) គឺជាឧបករណ៍ចម្បងសម្រាប់ផ្លាស់ទីពីដែនពេលវេលាទៅដែនប្រេកង់។ FFT (ការបំលែងហ្វូរៀលឿន) ធ្វើឱ្យការគណនាវិសាលគមលឿនជាងមុន ដែលធ្វើឱ្យវាមានប្រយោជន៍នៅក្នុងកម្មវិធីពេលវេលាជាក់ស្តែងដូចជាការធ្វើឱ្យស្មើគ្នានៃអូឌីយ៉ូ ការវិភាគរំញ័រ និងការទំនាក់ទំនង។
៣. តម្រងឌីជីថល
តម្រងគឺជាធាតុសំខាន់បំផុតមួយនៅក្នុង DSP។ គោលបំណងរបស់វាអាចជាការលុបសំឡេងរំខាន ជ្រើសរើសជួរប្រេកង់ជាក់លាក់ ឬកំណត់លក្ខណៈនៃសញ្ញា។ ឧទាហរណ៍៖
– តម្រងឆ្លងកាត់ទាប៖ ឆ្លងកាត់ប្រេកង់ទាប បន្ថយប្រេកង់ខ្ពស់ (ឧទាហរណ៍ ធ្វើឱ្យសញ្ញាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញារលោង)។
– តម្រងឆ្លងកាត់ខ្ពស់៖ ឆ្លងកាត់ប្រេកង់ខ្ពស់ បន្ថយប្រេកង់ទាប (ឧទាហរណ៍ លុបសំឡេងរំខាន 50/60 Hz)។
– តម្រងឆ្លងកាត់កម្រិតបញ្ជូន៖ ឆ្លងកាត់ជួរប្រេកង់ជាក់លាក់មួយ (ឧទាហរណ៍ សម្រាប់ការទំនាក់ទំនងតាមវិទ្យុ)។
– តម្រងស្នាមរន្ធ៖ បដិសេធប្រេកង់តូចចង្អៀតមួយចំនួន (ឧទាហរណ៍ លុបបំបាត់សំឡេងរំញ័រអគ្គិសនី)។
តម្រងឌីជីថលជាទូទៅត្រូវបានបែងចែកជាពីរប្រភេទសំខាន់ៗ៖
– FIR (ការឆ្លើយតបអាំងឌុចស្យុងកំណត់)៖ ការឆ្លើយតបអាំងឌុចស្យុងមានកំណត់ មានស្ថេរភាព និងងាយស្រួលក្នុងការរចនាសម្រាប់ដំណាក់កាលលីនេអ៊ែរ ប៉ុន្តែអាចត្រូវការការគណនាច្រើន។
– IIR (ការឆ្លើយតបដោយកម្លាំងរុញច្រានគ្មានកំណត់)៖ ការឆ្លើយតបដោយកម្លាំងរុញច្រានគឺគ្មានដែនកំណត់តាមទ្រឹស្តី មានប្រសិទ្ធភាពជាងក្នុងការគណនា ប៉ុន្តែទាមទារការយកចិត្តទុកដាក់លើស្ថេរភាព និងការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយដំណាក់កាល។
៤. ការបង្វិលនិងទំនាក់ទំនង
– ការបម្លែងសញ្ញា (Convolution) ត្រូវបានប្រើដើម្បីពិពណ៌នាអំពីរបៀបដែលប្រព័ន្ធមួយ (ឧ. តម្រង) ប៉ះពាល់ដល់សញ្ញាបញ្ចូល។ ក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ការច្រោះសញ្ញាមួយជាមូលដ្ឋានពាក់ព័ន្ធនឹងការបម្លែងសញ្ញាជាមួយនឹងប្រតិកម្មជំរុញរបស់តម្រង។
– សហសម្ព័ន្ធភាពត្រូវបានប្រើដើម្បីវាស់ស្ទង់ភាពស្រដៀងគ្នានៃសញ្ញាពីរ ឬរកឃើញលំនាំជាក់លាក់ ឧទាហរណ៍នៅក្នុងការធ្វើសមកាលកម្មសញ្ញាទំនាក់ទំនង ឬការរកឃើញពាក្យគន្លឹះនៅក្នុងប្រព័ន្ធអូឌីយ៉ូ។
ដំណាក់កាលទូទៅនៃដំណើរការសញ្ញាឌីជីថល
នៅក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន លំហូរ DSP អាចសង្ខេបដូចខាងក្រោម៖
១. ការទទួលបានទិន្នន័យ៖ សញ្ញាត្រូវបានចាប់យកដោយប្រើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា ហើយបំប្លែងទៅជាទិន្នន័យឌីជីថល (ADC)។
2. ការដំណើរការជាមុន៖ ការធ្វើឱ្យមានលក្ខណៈធម្មតា ការដកអុហ្វសិត DC និងការច្រោះដំបូង។
៣. ការស្រង់ចេញលក្ខណៈពិសេស៖ ការស្រង់ចេញព័ត៌មានសំខាន់ៗ (ឧទាហរណ៍ ថាមពល កំពូលវិសាលគម MFCC ក្នុងអូឌីយ៉ូ)។
៤. ដំណើរការស្នូល៖ ការច្រោះកម្រិតខ្ពស់ ការបង្ហាប់ ការរកឃើញ ការប៉ាន់ស្មាន ឬការសម្គាល់លំនាំ។
៥. ទិន្នផល៖ បានបង្ហាញ រក្សាទុក បញ្ជូន ឬបំប្លែងទៅជាសញ្ញាអាណាឡូកតាមរយៈ DAC។
ឧទាហរណ៍នៃកម្មវិធី DSP ក្នុងជីវិតពិត
DSP មិនមែនគ្រាន់តែជាទ្រឹស្តីនោះទេ។ ខាងក្រោមនេះគឺជាកម្មវិធីមួយចំនួនរបស់វាដែលពាក់ព័ន្ធខ្លាំងទៅនឹងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ៖
១. អូឌីយ៉ូ និងតន្ត្រី
ការកាត់បន្ថយសំឡេងរំខាន, អេហ្គុយឡាស្យុង, ការបង្ហាប់សំឡេង (MP3/AAC), បែបផែនសំឡេងបន្ទរ, ការលៃតម្រូវដោយស្វ័យប្រវត្តិ និងការបំបែកសំឡេងច្រៀង និងឧបករណ៍។
២. ការទំនាក់ទំនងឌីជីថល
ការកែប្រែ/ការដកម៉ូឌុល ការសរសេរកូដឆានែល ការច្រោះដើម្បីកាត់បន្ថយការជ្រៀតជ្រែក និងការធ្វើសមកាលកម្មសញ្ញានៅលើបណ្តាញទូរស័ព្ទចល័ត 4G/5G និង Wi-Fi។
៣. ដំណើរការរូបភាព និងវីដេអូ
ការបង្កើនគុណភាពរូបភាព (កាត់បន្ថយសំឡេងរំខាន ការធ្វើឱ្យច្បាស់) ការបង្ហាប់វីដេអូ (H.264/H.265) ស្ថេរភាព និងការរកឃើញវត្ថុ។
៤. វិស័យវេជ្ជសាស្ត្រ
ការវិភាគ ECG ដើម្បីរកមើលជំងឺបេះដូង ការវិភាគ EEG ដើម្បីសិក្សាពីសកម្មភាពខួរក្បាល និងដំណើរការសញ្ញានៅក្នុងឧបករណ៍អ៊ុលត្រាសោន។
៥. ឧស្សាហកម្ម និងយានយន្ត
ការត្រួតពិនិត្យរំញ័រសម្រាប់ការថែទាំព្យាករណ៍ ដំណើរការសញ្ញារ៉ាដាលើយានយន្ត និងដំណើរការទិន្នន័យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាសម្រាប់ប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យ។
បញ្ហាប្រឈមនៅក្នុង DSP
ទោះបីជាមានអំណាចក៏ដោយ DSP មានបញ្ហាប្រឈមមួយចំនួន៖
– ដែនកំណត់ពេលវេលាជាក់ស្តែង៖ កម្មវិធីជាច្រើនត្រូវតែដំណើរការទិន្នន័យយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយគ្មានការពន្យារពេល ឧទាហរណ៍ ការហៅទូរស័ព្ទជាសំឡេង និងការគ្រប់គ្រងម៉ាស៊ីន។
– ការសម្របសម្រួលគុណភាព ទល់នឹង ការគណនា៖ តម្រងល្អិតល្អន់ច្រើនតែត្រូវការប្រតិបត្តិការបន្ថែមទៀត។
– សំឡេងរំខាន និងភាពមិនប្រាកដប្រជា៖ ទិន្នន័យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអាចផ្លាស់ប្តូរដោយសារតែបរិស្ថាន។
– ការរចនាប្រព័ន្ធត្រឹមត្រូវ៖ ការជ្រើសរើសអត្រាគំរូសមស្រប គុណភាពបង្ហាញ ADC ប្រភេទតម្រង និងក្បួនដោះស្រាយ ដើម្បីសម្រេចគោលដៅ។
Penutup
ការយល់ដឹងអំពីដំណើរការសញ្ញាឌីជីថលបើកទ្វារឱ្យយល់អំពីរបៀបដែលបច្ចេកវិទ្យាទំនើបដំណើរការនៅពីក្រោយឆាក។ DSP ភ្ជាប់ពិភពរូបវន្តនៃសញ្ញាអាណាឡូកជាមួយនឹងភាពបត់បែន និងភាពជាក់លាក់នៃការគណនាឌីជីថល។ ដោយប្រើគោលគំនិតជាមូលដ្ឋានដូចជាការយកគំរូ ការបំលែង Fourier ការច្រោះ ការបង្វិល និងការវិភាគប្រេកង់ យើងអាចរចនាប្រព័ន្ធដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវគុណភាពសញ្ញា ទាញយកព័ត៌មានសំខាន់ៗ និងធ្វើឱ្យសេវាកម្មឌីជីថលផ្សេងៗកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព និងអាចទុកចិត្តបាន។ សម្រាប់សិស្ស អ្នកស្រាវជ្រាវ និងអ្នកអនុវត្តដូចគ្នា DSP គឺជាមូលដ្ឋានគ្រឹះដ៏សំខាន់មួយដែលបន្តវិវត្តន៍នៅពេលដែលតម្រូវការសម្រាប់ទិន្នន័យ ការទំនាក់ទំនងលឿន និងឧបករណ៍ឆ្លាតវៃកើនឡើងនៅទូទាំងវិស័យផ្សេងៗ។
