MATA KULIAH PEMROSESAN SIGNAL DIGITAL HOW DIGITAL SIGNAL PROCESSING WORKS

SEJARAH DAN PERKEMBANGAN DSP APA YANG DIBAHAS ? APA ITU DSP ? SEJARAH DAN PERKEMBANGAN DSP APLIKASI DSP MENGAPA SULIT ? HOW TO LEARN DSP HOW DSP WORKS

APA ITU DSP ? Dari Asal Kata : Pemrosesan Sinyal Secara Digital DEFENISI Dari Asal Kata : Pemrosesan Sinyal Secara Digital S.W. Smith : Matematik, Algoritma dan Teknik yang digunakan untuk memanipulasi sinyal setelah sinyal tersebut diubah ke bentuk digital. Dale Grover : Setiap penggunaan Prosesor Digital untuk memodifikasi Representasi Digital dari Sebuah Sinyal. Prosesor Digital : Setiap Peralatan yang Mampu Melakukan Operasi Digital (And, Or, Ex-Or, Shift, dsb).

APA ITU DSP ? Sinyal : Besaran Fisika yang Nilainya Bergantung (Fungsi) dari Satu atau Lebih Besaran Fisika Lainnya. Contoh : Sinyal suara adalah perubahan tekanan udara yang bergantung pada waktu dan posisinya dari sumber suara. Sinyal Digital : Sinyal dengan Discrete Time Discrete Value yang Direpresentasikan dengan Bilangan Biner (Bit-bit). Sinyal Digital Sinyal Analog

SEJARAH DAN PERKEMBANGAN DI DUNIA DSP merupakan bagian dari signal processing yang merupakan cabang dari electrical engineering. Sebelum Tahun 1960 pemrosesan sinyal dilakukan secara analog dengan menggunakan komponen analog seperti Resistor, Kapasitor, Induktor dan Transistor. Pada tahun 1960 ketika komputer digital pertama kali tersedia maka DSP mulai dilakukan & berkembang.

SEJARAH DAN PERKEMBANGAN Namun karena pada saat itu komputer sangat mahal maka DSP hanya diaplikasikan pada bidang-bidang yang penting saja yaitu : MILITER : SONAR (SOUND NAVIGATION AND RANGING) RADAR (RADIO DETECTION AND RANGING) EKONOMI : OIL EXPLORATION MEDIS : MEDICAL IMAGING

SEJARAH DAN PERKEMBANGAN Namun sekarang penerapan DSP hampir ke semua bidang teknologi akibat semakin cepatnya perkembangan prosesor digital dalam bentuk IC dimana kecepatan proses meningkat, ukuran yang semakin kecil dan harga yang terjangkau. DSP Processor is not far ... … you might not realize that you already use it.

APLIKASI Trend Masa Depan Teknologi adalah Teknologi Digital. MENGAPA DSP ? Trend Masa Depan Teknologi adalah Teknologi Digital. Keunggulan Digital dibanding Analog : Kemajuan pesat pada teknologi manufaktur IC Digital. Fleksibilitas Reliability Predictable dan Repeatable

Computer Architecture, APLIKASI Kemajuan pesat di bidang manufaktur IC digital Speed dan Density Meningkat Cost dan Size Berkurang Interfacing antar sistem mudah VLSI Technology, Computer Architecture, Software Technology The size is getting smaller, but with better performances ...

APLIKASI FLEKSIBILITAS DIGITAL APPROACH ANALOG APPROACH re-program Old and obsolete Product New and better product ... ANALOG APPROACH re-calculate re-design rebuild

APLIKASI RELIABILITY Analog Digital Tahan terhadap pengaruh lingkungan Tahan terhadap toleransi komponen Normal weather Extremely hot Extremely Cold Analog Digital

APLIKASI PREDICTABLE dan REPEATABLE Analog Digital Input sama akan menghasilkan output sama Cocok untuk produksi massal Produk 1 Produk 2 Analog Digital XYZ UVW ABC

APLIKASI DSP inside Multimedia PC Audio Tools Hand held tools Telecommunications Navigation System Office Automation Hand held tools DSP inside

APLIKASI Digital Cell Phones Komunikasi Satelit Kontrol Motor Radar dan Sonar Berbagai Aplikasi Audio Aplikasi Multimedia Medical Ultrasound Video Conferencing Voice Over Internet Analisis Seismic Kamera Digital Automated inspection Vehicle collision avoidance Secure communications Tapeless answering machines Consumer audio Cordless phones Voice mail Navigation equipment Modems (POTS, ISDN,...) Noise cancellation Music synthesis, effects

PRESENTASE APLIKASI DSP

MENGAPA SULIT ? PENYEBAB KESULITAN LUAS-NYA BIDANG APLIKASI DSP DIMANA SETIAP BIDANG MEMILIKI KEDALAMANNYA SENDIRI. BASIS MATEMATIK. BACKGROUND. DSP bukan Bidang Study Monolithic, tetapi Gabungan dari Analog Electronics, Microprocessor Architecture, Digital Electronics, Programming, Mathematics, Control Theory, Communications dan Probability Theory.

HOW TO LEARN DSP ? DUA PENDEKATAN MEMPELAJARI KONSEP-KONSEP DASAR & UMUM YANG DITERAPKAN PADA SEMUA BIDANG DSP. MEMPELAJARI TEKNIK-TEKNIK KHUSUS YANG DITERAPKAN PADA SUATU BIDANG DSP YANG LEBIH SPESIFIK.

SUMBER UNTUK BELAJAR DSP HOW TO LEARN DSP ? SUMBER UNTUK BELAJAR DSP BUKU BEGINNER “Understanding Digital Signal Processing”,Richard Lyons. “The Scientist and Engineer’s Guide to DSP”, S.W. Smith. (Online di www.DSPguide.com). “DSP And Microcontroller”, Grover and Deller.

HOW TO LEARN DSP ? INTERMEDIATE/CLASSIC “DSP : Principles,Algorithms and Applications”, Proakis and Manolakis. “DSP : A Practical Approach”, Emmanuel C. Ifeachor. “Signal and Systems : Continuous And Discrete”, Rodger E.Ziemer. ADVANCED “Multirate DSP”, R.E. Crochiere and L.R. Rabiner. “Advanced DSP”, John G. Proakis.

HOW TO LEARN DSP ? WEBSITE APPLICATION “Digital Communications”, Proakis. “DSP In Telecommunications”, Kishan Shenoi. WEBSITE www.dspguru.com, www.bores.com, www.bdti.com/faq/dsp_faq.htm www.redcedar.com/learndsp.htm, dll.

HOW TO LEARN DSP ? SOFTWARE UNTUK SIMULASI HARDWARE UNTUK IMPLEMENTASI MatLab, Scope DSP, Scope FIR dll. HARDWARE UNTUK IMPLEMENTASI TMS320 series, DSP56 series, DSP96000 series, DSP32000 series, DSP16000 series, ADSP2100 series, ADSP21000 series TRAINING DAN SEMINAR

CARA KERJA DSP SECARA UMUM HOW DSP WORKS ? CARA KERJA DSP SECARA UMUM

Apa yang Bisa Dilakukan Oleh DSP ? HOW DSP WORKS ? Apa yang Bisa Dilakukan Oleh DSP ? DSP Dapat Melakukan Hampir Semua Operasi yang Dapat Dilakukan oleh Elektronika Analog. Tapi, The Real Power Of DSP Adalah …………………………… DSP Dapat Melakukan Operasi yang Tak Dapat Dilakukan oleh Elektronika Analog.

HOW DSP WORKS ? Pada Elektronika Analog digunakan Komponen Fisik (Kapasitor, Induktor, Resistor, Transistor, Op-Amp) untuk memproses sinyal. Operasi Peralatan Fisik Dapat Dinyatakan dengan Persamaan Matematik Contoh : Kapasitor ( I = C dV/dt ). Tapi ………………………………. Bukan Berarti Setiap Persamaan Matematik Dapat Kita Buat ke dalam Peralatan Fisik.

HOW DSP WORKS ? DSP MEMANG BERBEDA Di dalam DSP tidak ada batasan: Gravitasi, Massa, Momentum, Suhu, Kelembaban,dll. yang ada hanya persamaan Matematik. Sehingga pada DSP ………………………………………………….. THE EQUATION OF MATHEMATICS IS REALITY. Contoh : y(n) = ( x(n) + x(n-1) + x(n-2) + x(n-3) ) / 3 merupakan LPF y(n) = 1,618.y(n-1) - y(n-2) dengan y(-1) = 0 dan y(-2) =0,588 akan menghasilkan sinyal sinus dengan frekuensi 1 Khz

HOW DSP WORKS ? TUJUAN UTAMA DSP 5 OPERASI DASAR PADA DSP Mendapatkan (Mengekstrak) Informasi yang Dibawa oleh Sinyal. 5 OPERASI DASAR PADA DSP 1. Spectral Analysis : Mengetahui dan Menganalisa Spektrum Frekuensi dari Sinyal. (Erat Kaitannya dengan Transformasi) 2. Filtering : Memodifikasi Contents Frekuensi dari Sinyal untuk Mendapatkan Informasi yang Diinginkan dan Membuang Bagian yang Tak Diperlukan.

HOW DSP WORKS ? 3. Synthesis : Membangkitkan Sesuatu, DSP Dapat Membangkitkan Mulai dari Bunyi yang Sederhana sampai Suara Manusia. 4. Correlation : Mencari Hubungan Kedekatan (Keterkaitan) antara Sinyal yang Sama (Auto Correlation) atau Dua Buah Sinyal yang Berbeda (Cross Correlation). Contoh : Auto Correlation Digunakan untuk Menentukan Karakteristik dari Rongga Suara Manusia Sedangkan Cross Correlation Digunakan pada Radar. 5. Control : Pemrosesan Input Digital untuk Menghasilkan Output Digital guna Mengontrol Suatu Peralatan.

HOW DSP WORKS ? DSP Menggantikan atau Menambah Performance dari Peralatan Elektronika Analog.

HOW DSP WORKS ? DSP Menciptakan Aplikasi Baru yang Tak Mungkin Dilakukan oleh Peralatan Elektronika Analog.

KEY OF DSP’S MATHEMATIC OPERATIONS HOW DSP WORKS ? KEY OF DSP’S MATHEMATIC OPERATIONS TRANSFORMASI FOURIER Jean Baptiste Fourier : Setiap Sinyal terdiri dari sinyal-sinyal sinus dengan amplitudo dan fase tertentu

HOW DSP WORKS ? FOURIER TRANSFORM DISKRET TIME FOURIER TRANSFORM DISKRET TIME DISKRIT FREKUENSI FOURIER TRANSFORM = DFT

HOW DSP WORKS ? Komputasi DFT adalah komputasi yang rumit dan memerlukan banyak memori. Accumulate Multiply Complex Operation Not only once FFT (FAST FOURIER TRANSFORM) adalah algoritma untuk menghitung secara efisien dan cepat untuk operasi DFT N-titik dengan N adalah pangkat dari 2 atau 4

HOW DSP WORKS ? Sinyal dalam domain waktu Sebuah rekaman sinyal suara Setelah dilakukan Transformasi Fourier menjadi domain frekuensi Spekturn frekuensi-nya LAPLACE TRANSFORM Z TRANSFORM Digital Analog

HOW DSP WORKS ? KONVOLUSI Langkah-langkah KONVOLUSI : 1. Flipping/Folding 2. Shifting 3. Multiplication 4. Summation Untuk mengkonvolusi suatu sinyal ... Dengan sinyal lain 1. Kita “flip” sinyal kedua 2. Kemudian di”geser” 3. Kalikan dengan sinyal pertama 4. Jumlahkan daerah di bawah kurva

HOW DSP WORKS ? CONTOH KONVOLUSI Signal Smoothing Sinyal penuh noise Dikonvolusi dengan sinyal “penghalus” Menghasilkan sinyal yang lebih “halus” Dengan sifat ini, konvolusi bisa digunakan untuk Digital Filtering

HOW DSP WORKS ? DIGITAL FILTER Implementasi algoritma matematik untuk melakukan modifikasi pada spektrum frekuensi dari suatu sinyal digital untuk mencapai tujuan yang diinginkan. Noisy Signal Analisa Frekuensi Noise Sinyal Asli Sinyal direcover Noise dihilangkan dengan filter

HOW DSP WORKS ? DIGITAL FILTER FINITE IMPULSE RESPONSE ( FIR ) Perancangan Filter Digital FIR bisa dilakukan secara perhitungan matematik manual atau menggunakan software seperti Scope FIR,Parks-MC, MatLab dsb. DIGITAL FILTER INFINITE IMPULSE RESPONSE ( IIR ) Perancangan Filter Digital IIR bisa dilakukan secara perhitungan matematik manual atau menggunakan software seperti : MatLab, Web-Site dsb.

HOW DSP WORKS ? KORELASI Pengukuran kemiripan/kesamaan antara dua sinyal sebagai fungsi pergeseran waktu. 3. Bila terjadi pergeseran... 1. Dua fungsi yang mirip dan tidak digeser 4. Produk keduanya seba-gian menjadi negatif 2. Produk keduanya bernilai positif 5. Fungsi korelasinya menunjukkan dimana kemiripan antara dua sinyal tersebut.

HOW DSP WORKS ? AUTO KORELASI 1. Autokorelasi dari noise yang random adalah sebuah “spike” 3. Sehingga autokorelasi suatu sinyal sinus yang ber-noise ... 2. Autokorelasi dari sinyal sinus adalah fungsi periodik menghasilkan “spike” ... dan fungsi sinus periodik.

HOW DSP WORKS ? KORELASI SILANG Burung nightingale Suara yang sudah diketahui Korelasi Silang nightingale lain Burung Merpati Suara terdeteksi Korelasi kuat Korelasi lemah Penggunaan lain pada radar atau sonar untuk mendeteksi jenis pesawat atau kapal selam.

Password Yang Valid Akan Membuka Aplikasi Tertentu DSP UNTUK SKRIPSI PEMROSESAN SINYAL DIGITAL UNTUK PENGENALAN SUARA Spesifikasi System Input Suara Diambil Selama Durasi Tertentu Input Suara Dibatasi Hanya Untuk Huruf Vokal Validasi Password Menggunakan Uji Korelasi Password Yang Valid Akan Membuka Aplikasi Tertentu

DSP UNTUK SKRIPSI TEKNIK QUADRATURE AMPLITUDO MODULATION (QAM) + FILTER DIGITAL UNTUK PENGIRIMAN DATA MELALUI FREKUENSI VOICE BAND Diagram Blok Transmitter

Data yang dapat dikirim hanya satu karakter dan satu arah. Spesifikasi System Diagram Blok Receiver Kecepatan pengiriman data 7200 bps Saluran Transmisi 26 AWG, 18 kft disimulasikan dengan Butterworth Low-Pass filter dengan frekuensi cut-off 2500 Hz Data yang dapat dikirim hanya satu karakter dan satu arah.

Warna yang dapat dikenali hanya hitam, abu-abu dan putih DSP UNTUK SKRIPSI PEMROSESAN SINYAL DIGITAL UNTUK PENGENALAN WARNA Spesifikasi System Spektrum Frekuensi dari warna yang dikenali diperoleh dengan Algoritma Real FFT radiks-2 1024 titik Warna yang dapat dikenali hanya hitam, abu-abu dan putih Pengenalan warna menggunakan jaringan saraf tiruan dengan Propagasi Balik

Noise dihasilkan secara internal (simulasi) berupa Random Noise DSP UNTUK SKRIPSI NOISE REDUCTION MENGGUNAKAN FILTER ADAPTIVE Spesifikasi System Digunakan Filter Digital FIR dan Algoritma Adaptif Least Mean Square ( LMS ) Noise dihasilkan secara internal (simulasi) berupa Random Noise

SARAN UNTUK TOPIK SKRIPSI DSP UNTUK SKRIPSI SARAN UNTUK TOPIK SKRIPSI KEMBANGKAN TOPIK SKRIPSI YANG PERNAH DIBUAT BUAT TOPIK BARU MISALNYA : Data Compression, Adaptive Echo Cancellation, System Identification, Object Detection (RADAR) Dll. PELAJARI DSP MULAI DARI SEKARANG Pelajari Semua Konsep-Konsep Dasar & Umum DSP. Pelajari Teknik-Teknik dan Algoritma Khusus Dari Aplikasi DSP Sesuai Dengan Topik Yang Dipilih. DALAM SATU KELOMPOK SKRIPSI DIUSAHAKAN ADA YANG MENGERTI MATEMATIK, PROGRAMMING DAN ELEKTRONIK

REFERENSI “The Scientist and Engineer’s Guide to DSP”, S.W. Smith. “DSP And Microcontroller”, Grover and Deller. www.dspguru.com www.bores.com www.redcedar.com/learndsp.htm Seminar Prosesor Sinyal Digital : Apa, Mengapa dan Bagaimana ? Pembicara : IR. EKO SUPRIYANTO MT & M. ZALFANY U, 25 September 1999 Skripsi-Skripsi Dengan Topik DSP Jurusan Teknik Komputer Briefing Praktikum Sistem Pemrosesan Sinyal Pembicara : ENDRA, 01 MARET 2001

HIDUP YANG TAK LAYAK UNTUK DIHIDUPI TERIMA KASIH HIDUP YANG TAK TERUJI ADALAH HIDUP YANG TAK LAYAK UNTUK DIHIDUPI SOKRATES