Proses Pengolahan Sinyal Digital

DSP (Digital Signal Processing) atau yang disebut dengan pengolahan sinyal digital adalah proses pengolahan sinyal menggunakan teknik digital baik itu berupa sinyal analog ataupun sinyal digital. Garis besarnya, proses pengolahan sinyal digital ditunjukkan pada block diagram dibawah ini :

Pada block diagram diatas, blok ADC mengubah sinyal analog menjadi digital sedangkan blok DAC mengubah sinyal digital menjadi sinyal Analog.

Sinyal digital adalah sinyal yang berasal dari sinyal analog yang disampling dan bersifat diskrit terhadap waktu. Agar mendapatkan sinyal waktu diskrit yang mampu mewakili sifat sinyal aslinya, maka proses samplingnya harus memenuhi syarat  :

fs > 2 fi           

dimana :

 fs = frekuensi sinyal sampling

fi = frekuensi sinyal informasi yang akan disampel

Sistem Pengolahan Sinyal Digital

Proses pengolahan sinyal digital, diawali dengan proses pencuplikan sinyal masukan yang berupa sinyal kontinyu menjadi sinyal diskrete. Proses ini dilakukan oleh suatu unit ADC (Analog to Digital Converter) pada bagian Sample/Hold dan sebuah bagian quantiser.

Unit sample/hold merupakan bagian yang melakukan pencuplikan orde ke-0, yang berarti nilai masukan selama kurun waktu T dianggap memiliki nilai yang sama. Pencuplikan dilakukan setiap satu satuan waktu yang lazim disebut sebagai waktu cuplik (sampling time).

Sedangkan bagian quantiser akan merubah menjadi beberapa level nilai baik itu secara uniform ataupun secara non-uniform, misalnya pada Gaussian quantiser.

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar proses sampling dibawah ini !

Pada gambar diatas, diawali dari sinyal input asli yang tadinya berupa sinyal kontinyu, x(T) akan dicuplik dan diquantise sehingga berubah menjadi sinyal diskrete x(kT).

Proses sampling ini kita asumsikan menggunakan waktu cuplik yang sama dan konstan, yaitu Ts. Parameter cuplik ini menentukan frekuensi harmonis tertinggi dari sinyal yang masih dapat ditangkap. Frekuensi sampling minimal adalah 2 kali dari frekuensi harmonis dari sinyal.  

Agar tidak terjadi kesalahan proses pencuplikan, maka sebelumnya itu kita perlu menggunakan filter anti-aliasing. Sebagai ilustrasi, proses pencuplikan suatu sinyal digambarkan pada gambar berikut ini.

Setelah sinyal sudah diubah menjadi deretan data diskrete, selanjutnya data ini diolah oleh prosesor menggunakan suatu algoritma pemrosesan yang diimplementasikan di dalam program.

Lalu hasil dari pemrosesan tersebut akan melewati DAC (Digital to Analog Converter) dan LPF (Low Pass Filter) agar dapat diubah menjadi sinyal kontinyu kembali. Secara garis besar, sistem dari proses pengolahan sinyal digital ditunjukkan pada blok diagram dibawah ini :

Proses pengembangan aplikasi DSP

Jika proses pengolahan sinyal digital dilakukan dengan komputer biasa, maka pengembangan program tidak berbeda seperti halnya pemrograman biasa. Namun jika kita menggunakan sistem chip DSP seperti TMS320C25, maka langkah pengembangan perangkat lunak menjadi berbeda

Tapi secara garis besar langkah-langkah pengembangan perangkat lunak untuk sistem DSP dapat diringkas sebagai berikut :

• Melakukan simulasi algoritma dengan menggunakan data simulasi.
• Setelah itu melakukan simulasi dengan sinyal sesungguhnya, tapi pengolahan secara off-line dan proses masih dilakukan di PC
• Lalu tuliskan program menggunakan instruksi DSP.
• Mengkompilasi dan transfer ke RAM di board DSP.
• Lakukan eksekusi dan uji dengan sinyal sesungguhnya.
• Bila program sudah tidak ada kesalahan, tulis kode biner dari program ke ROM.
• Sistem siap diaplikasikan dengan ditambahkan prosesor utama yang menangani sistem pendukung.

Kelebihan dan Kekurangan PSD (pengolahan sinyal digital)

Kelebihan

1. PSD lebih sering digunakan dari pada pengolahan sinyal analog (PSA), karena PSA lebih kompleks.
2. Harga dari PSD lebih murah ketimbang PSA
3. PSD lebih kebal terhadap perubahan temperatur dibanding PSA
4. PSD lebih mudah dimodifikasi dan dikembangkan
5. Operasi yang digunakan PSD dapat dikembangkan menggunakan perangkat lunak yang berjalan dengan PC.
6. Sinyal digital kebal terhadap noise, karena bekerja pada level tegangan logika “1” dan “0”
7. Media penyimpan digital dapat menggunakan memori: flash memory, CD/DVD, hard disk. Sedangkan penyimpanan sinyal analog digunakan pita tape magnetik.
8. Tidak ada batasan pada proses pengolahan sinyal digital, , tergantung dari kreativitas dan inovasi perancang.

Kekurangan

• Memerlukan waktu proses yang lebih lama dibandingkan sinyal analog.karena untuk sampling dan rekonstruksi ulang.
• Rentan kehilangan informasi akibat pembulatan saat kuantisasi dan filtering saat pembalikan kembali ke sinyal analog.

Perbandingan PSD dan PSA

Penerapan Pengolahan sinyal digital

Ada banyak bidang yang bisa diterapkan untuk penggunaan pada PSD (Pengolahan sinyal digital) antara lain untuk medis, komersial, telepon, peralatan militer, dan industri.

Salah satu contoh penerapan di bidang medis PSD yaitu penggambaran diagnosa pasien (CT dan MRI) dan analisi elektrokardiogram.