Malamalama i le Fa'agasologa o Fa'ailoilo Fa'atekinolosi
O le Fa'agasologa o Fa'ailoga Fa'atekinolosi (DSP) o se matā'upu o le saienisi ma tekinolosi e su'esu'eina pe fa'apefea ona fa'agasolo fa'ailo e fa'aaoga ai faiga fa'atekinolosi, aemaise lava komepiuta, microcontrollers, ma fa'agaioiga fa'apitoa e pei o le Digital Signal Processors. O nei fa'ailo e mafai ona aofia ai le leo (leo), ata, vitio, gatete o masini, fa'ailo fa'afoma'i (ECG/EEG), ma e o'o lava i fa'amatalaga mai masini fa'alogo i masini IoT. O le DSP o lo'o i tua atu o le tele o mea tatou te fa'aaogaina i aso uma, mai telefoni manino, musika e aveese ai le pisa, fa'aleleia atili o le lelei o ata i meapueata telefoni feavea'i, i faiga radar ma feso'ota'iga satelite.
O le ā le Signal ma Aiseā e Manaʻomia ai ona Faʻagasoloina?
I se faaupuga faigofie, o se faailoilo o se faatusa o faamatalaga e suia i le aluga o taimi po o le avanoa. Mo se faataitaiga, o se galu leo o se faailoilo e suia i le aluga o taimi; ae o se ata numera e mafai ona vaaia o se faailoilo e lua-vaega e suia i luga o faamaopoopoga o pixel. I le lalolagi moni, o faailoilo e masani ona le atoatoa: e iai le pisa, faapi'opi'o, tapulaa o le sensor, po o le manaomia o le compression e sefe ai le teuina ma le bandwidth. O DSP e maua ai meafaigaluega mo le faasa'oina, iloiloina, aveeseina o faamatalaga taua, ma le sauniaina o faailoilo mo le faasalalauina po o le teuina.
Analog vs Digital: Eseesega Autū
O fa'ailoilo fa'a-analog e fa'aauau pea, ae o fa'ailoilo numera e tu'ueseese (fa'ata'ita'iina). O le tele o fa'ailoilo i le natura e fa'a-analog, e pei o le leo i le ea. Ina ia fa'agasoloina fa'a-numera, e tatau ona liua fa'ailoilo fa'a-analog i fa'ailoilo numera e ala i le fa'ata'ita'iina ma le fa'atusatusaina e fa'aaoga ai le Analog-to-Digital Converter (ADC).
1. O le faia o fa'ata'ita'iga o le fa'agasologa lea o le pu'eina o tau o fa'ailo i taimi fa'apitoa. O le saoasaoa o le faia o fa'ata'ita'iga e ta'ua o le fua fa'atatau o le faia o fa'ata'ita'iga, mo se fa'ata'ita'iga 44,1 kHz i luga o se CD leo.
2. O le fa'atusatusaga o le fa'agasologa lea o le fa'ata'amilomiloina o tau o fa'ata'ita'iga i se tulaga patino e tusa ai ma le iugafono o le bit (e.g. 16-bit, 24-bit), lea e a'afia ai le dynamic range ma le pisa o le fa'atusatusaga.
I se isi itu, afai e fa'alogoina se fa'ailoilo numera e pei o se leo e ala i se sipika, e toe fa'aliliuina i le analog e ala i se Digital-to-Analog Converter (DAC).
Manatu Fa'avae i le DSP
Ina ia malamalama i le DSP, e tele ni manatu faavae e masani ona fausia ai le faavae o lona aoaoina ma le faaaogaina.
1. Teorama o Nyquist-Shannon
O lenei teorema o loʻo faʻapea mai ina ia manuia le toe fausiaina o se faʻailo analog, e tatau ona faʻaluaina le fua faatatau o le sampling i le maualuga o le televave i le faʻailo. Afai e le ausia lenei manaʻoga, e tupu le aliasing, o se faʻaletonu lea e "lilo" ai vaega o le televave maualuga e pei o ni televave maualalo. Ina ia puipuia lenei mea, e masani ona faʻaaogaina se faamama anti-aliasing aʻo leʻi oʻo i le ADC.
2. Vaega o Taimi ma Vaega o Taimi e Fa'aaogāina
E mafai ona iloiloina faailoilo mai itu e lua:
– Vaega o le taimi: e tilotilo i le malosi o se faailoilo e faʻasaga i le taimi (e.g. galu leo).
– Vaega o le televave: e tilotilo i vaega o le televave e fausia ai se faailoilo (e.g. fusi o leo).
O le Fourier transform (ma lona fa'aliliuga tu'ueseese, le DFT/FFT) o le meafaigaluega autū lea mo le siitia mai le time domain i le frequency domain. O le FFT (Fast Fourier Transform) e fa'avavevave ai le fa'atusatusaga o le spectrum, ma avea ai ma mea aoga i fa'aoga i le taimi moni e pei o le fa'atusatusaga o leo, su'esu'ega o le gatete, ma feso'ota'iga.
3. Faamama Faatekinolosi
O faamama o se tasi o elemene sili ona taua i le DSP. O lo latou faʻamoemoega e mafai ona aveese le pisa, filifili se vaega faʻapitoa o le televave, pe faʻatulaga le uiga o le faʻailo. Mo se faʻataʻitaʻiga:
– Fa'amama maualalo: e pasia ai alaleo maualalo, fa'aitiitia ai alaleo maualuluga (e.g. fa'alelei ai fa'ailoilo o le masini e iloa ai le leo).
– Faamama maualuga-pasese: e pasi atu ai alaleo maualuluga, fa'aitiitia ai alaleo maualalo (e.g. ave'ese ai le gugulu 50/60 Hz).
– Faamama o le band-pass: e pasia se vaega patino o le televave (e.g. mo fesootaiga leitio).
– Fa'amama o le notch: teena nisi o leo fa'apitoa (e.g. ave'ese ai le leo eletise).
E masani ona vaevaeina faamama numera i ni vaega tetele se lua:
– FIR (Finite Impulse Response): o le tali fa'afuase'i e fa'atapula'aina, mautu, ma faigofie ona mamanuina mo le vaega laina, ae e ono mana'omia ai le tele o fa'atusatusaga.
– IIR (Tali Fa'afuase'i e Le Uma): o le tali fa'afuase'i e le gata mai i le fa'ata'ita'iga, e sili atu le lelei o le fa'akomepiuta, ae e mana'omia le gauai atu i le mautu ma le fa'aletonu o le vaega.
4. Fefiloi ma le Fesootaiga
– E fa'aaogaina le Convolution e fa'amatala ai le auala e a'afia ai e se faiga (e pei o se faamama) se fa'ailo e ulufale mai. I le fa'atinoina, o le fa'amamaina o se fa'ailo e aofia ai le fa'afefiloi o le fa'ailo ma le tali atu o le fa'aosofiaga a le faamama.
– E faʻaaogaina le fesootaʻiga e fua ai le tutusa o faailoilo e lua pe iloa ai ni mamanu patino, mo se faʻataʻitaʻiga i le faʻamaopoopoina o faailoilo fesoʻotaʻiga poʻo le iloa o upu autu i faiga leo.
Laasaga Lautele o le Fa'agasologa o Fa'ailoga Fa'atekinolosi
I le tele o talosaga, e mafai ona aoteleina le tafega o le DSP e pei ona taua i lalo:
1. Mauaina o faʻamatalaga: e puʻeina faʻailo e faʻaaoga ai masini faʻalogo ma liua i faʻamatalaga numera (ADC).
2. Fa'agasologa muamua: fa'atulagaina masani, ave'esea o le DC offset, fa'amama muamua.
3. Aveeseina o vaega: aveeseina o faʻamatalaga taua (e.g. malosiaga, tumutumuga o le fusi o alaleo, MFCC i le leo).
4. Fa'agasologa autū: fa'amamāina fa'apitoa, fa'apipi'iina, iloa, fa'atatauina, po'o le iloaina o mamanu.
5. Galuega Faatino: fa'aalia, teuina, fa'asalalauina, pe liua i se fa'ailoilo analog e ala i se DAC.
Faʻataʻitaʻiga o Talosaga DSP i le Olaga Moni
E lē na'o se a'oa'oga le DSP. O nisi nei o ana fa'aoga e matuā tāua i le olaga i aso faisoo:
1. Leo ma musika
Fa'aitiitia le pisa, fa'atusatusaga o leo, fa'apipi'iina o leo (MP3/AAC), aafiaga o le reverb, otometi tune, ma le vaeluaina o leo ma mea faifaaili.
2. Fesootaiga fa'atekinolosi
Fa'asa'oga/fa'aliliuina o fa'amatalaga, fa'ailogaina o ala o fesootaiga, fa'amamāina e fa'aitiitia ai fa'alavelave, ma le fa'amaopoopoina o fa'ailo i luga o feso'ota'iga feavea'i 4G/5G ma le Wi-Fi.
3. Fa'agaioiga o ata ma vitio
Fa'aleleia atili o le tulaga lelei o ata (denoise, sharpening), fa'apipi'iina o vitio (H.264/H.265), fa'amautu, ma le iloa o mea faitino.
4. Matāgaluega faafoma'i
Su'esu'ega o le ECG e iloa ai fa'aletonu o le fatu, su'esu'ega o le EEG e su'esu'e ai le gaioiga o le fai'ai, i le fa'agasologa o fa'ailoilo i masini ultrasound.
5. Alamanuia ma taavale
Mata'ituina o le tetete mo le tausiga e mafai ona valoia ai mea e tutupu, fa'agasologaina o fa'ailoilo a le radar i ta'avale, ma le fa'agasologaina o fa'amaumauga o masini fa'alogo mo faiga fa'atonutonu.
Lu'itau i le DSP
E ui i lona malosi, ae o le DSP e tele ona luʻitau:
– Tapula'a i le taimi moni: e tatau i le tele o talosaga ona vave fa'agasolo fa'amaumauga e aunoa ma se fa'atuai, mo se fa'ata'ita'iga telefoni ma le puleaina o masini.
– Fefa'ataua'iga o le lelei vs. le fa'atusatusaga o le komepiuta: o faamama sili ona lelei e masani ona mana'omia le tele o gaioiga.
– Pisa ma le le mautonu: e mafai ona suia faʻamatalaga o le masini ona o le siosiomaga.
– Fuafuaga talafeagai o le faiga: filifilia o le fua faatatau talafeagai o le sampling, iugafono ADC, ituaiga faamama, ma le algorithm e ausia ai le sini.
Fa'ato'a
O le malamalama i le Fa'agasologa o Fa'ailoga Fa'atekinolosi e tatala ai le faitoto'a i le malamalama i le fa'agaioiga o tekinolosi fa'aonaponei i tua atu o vaaiga. O le DSP e fa'afeso'ota'i le lalolagi fa'aletino o fa'ailoga analog ma le fetu'una'i ma le sa'o o le fa'akomepiuta fa'atekinolosi. Fa'aaogaina manatu fa'avae e pei o le sampling, Fourier transforms, filtering, convolution, ma le frequency analysis, e mafai ona tatou mamanuina ni faiga e fa'aleleia atili ai le lelei o fa'ailoga, aveese fa'amatalaga taua, ma fa'aleleia atili ai le lelei ma le fa'atuatuaina o auaunaga fa'atekinolosi eseese. Mo tamaiti a'oga, tagata su'esu'e, ma tagata fa'atino, o le DSP o se fa'avae taua lea e fa'aauau pea ona fa'atupula'ia a'o fa'atupula'ia le mana'oga mo fa'amatalaga, feso'ota'iga vave, ma masini atamai i vaega eseese.
