А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Цифрова обробка - сигнал

Цифрова обробка сигналів в широкому сенсі цього поняття означає виконання різних операцій над одновимірними і багатовимірними сигналами. До одновимірним відносять телефонні та радіосигнали, до багатовимірним - телевізійнісигнали, фотографії дослідницького характеру, медичні рентгенограми, електронно-мікроскопічні фотографії молекул, радіо - і звуколокаціонние карти, дані томографії та ін Цілі, переслідувані при обробці таких сигналів, різні.

Цифрова обробкасигналів ніколи раніше не була так широко поширена, і ніколи раніше не існувало стільки можливостей для її реалізації. Не так давно швидке перетворення Фур'є (ШПФ), яке ми будемо обговорювати в розділі 4 уявлялося загадкової математичноїпроцедурою, використовуваної тільки у великих дослідницьких центрах або університетах.

Цифрова обробка сигналів (ЦОС) відноситься до числа найбільш динамічно розвиваються областей інженерної діяльності.

Цифрова обробка сигналів як напрямокрозвитку науки і техніки зародилася в 1950 - х роках і спочатку являла собою досить екзотичну галузь радіоелектроніки, практична цінність якої була далеко не очевидною. Проте за минулі п'ятдесят років завдяки успіхам мікроелектроніки системицифрової обробки сигналів не тільки втілилися в реальність, але і увійшли в наше повсякденне життя у вигляді CD - і DVD-програвачів, модемів, телефонів і багато чого іншого. Значною мірою це сталося в аудіотехніки, інтенсивно йде процес переходутелевізійного мовлення на цифрову основу.

Цифрова обробка сигналів здійснюється двома способами, які умовно називають апаратурним і програмним. Програмна здійснюється за допомогою спеціальних програм на ЦВМ з відносно великим об'ємом пам'яті,реалізують пряме і зворотне дискретне перетворення Фур'є і дискретну згортку.

Основна цифрова обробка сигналу (ЦОС) проводиться після сеансу по зареєстрованої інформації.

Цифрова обробка сигналів почала інтенсивно розвиватися на початку 60 -х років. В даний час цифрова техніка успішно конкурує з аналоговою.

Система цифрової обробки сигналу є одним з найважливіших елементів станції стеження за ДКА, визначальним її порогові характеристики.

Для цифрової обробки сигналіввикористовуються матричні обчислювальні структури двох наступних видів.

Процесор цифрової обробки сигналів (ПЦОС) - це система, яка сприймає інформацію про сигнали, представлену в цифровій формі, виконує над нею певні математичні операціїі видає результат цієї обробки в основну систему або в пристрій виведення.

Процесори цифрової обробки сигналів (Г7ЦОС) представляють собою ЕОМ, в яких інформація про сигнали сприймається в цифровій формі; над нею виконуються математичні операції, арезультати виводяться в цифровій або аналоговій формі. ПЦОС-БІС часто застосовуються як самостійні пристрої цифрової обробки, але в тих областях застосування, де необхідна висока продуктивність, все більш доцільним стає застосування матричних ЕОМ,допускають високий ступінь паралелізму обробки.

Області застосування DSP. Процесори цифрової обробки сигналів широко використовуються як в науково-дослідній, так і в побутовій сфері для роботи з аудіо - та відео-додатками, а так само в комунікаціях.

Вцифровій обробці сигналів від аналого-цифрових перетворювачів отримують цілі числа, і їх часто доводиться множити на такі дробові, як синус або косинус. Дробу можуть розмножуватись на деяку ступінь 2 так, щоб ціла частина результату була менше, ніж 215 - 1 але більше,ніж 214 і зберігалася у формі таблиці цілих значень.

У цифровій обробці сигналів часто буває необхідно описати частотний склад дискретних сигналів. Коли ми робимо це, таке частотне представлення має місце в так званій частотній області. Ми можемо такожописати сигнал х1 (п) так, як показано в правій частині малюнка 1.3 (а), показавши, що він містить частоту 1 в одиницях /0і ніяких інших частот. Хоча ми зараз на цьому не затримаємося, зверніть увагу на те, що уявлення в частотній області на малюнку 1: 3 самі єдискретними.

У цифровій обробці сигналів усереднення часто використовується у формі підсумовування відліків сигналу з наступним розподілом суми на кількість підсумувати відліків.

У цифровій обробці сигналів існує багато способівпредставлення числових даних в обчислювальному обладнанні. Ці уявлення, відомі як формати даних, роблять значний вплив на точність і складність реалізації будь-якого заданого алгоритму обробки сигналів. Більш прості формати даних дозволяютьреалізувати нескладне устаткування ціною обмеження діапазону представляються чисел і підвищення чутливості до арифметичним помилок. Більш складні формати даних важче реалізувати аппара-турно, але вони дозволяють працювати з дуже великими і з дуже маленькимичислами, забезпечуючи в той же час дозвіл багатьох проблем, пов'язаних з цифровою арифметикою. Обраний для заданого додатка формат даних може бути причиною успіху або провалу всього проекту - тут потрібна повна відповідність алгоритму та засобів їїреалізації.

Округлення. (А нелінійна характеристика квантування. (Ь функція щільності ймовірності помилки. В цифровій обробці сигналів статистичний аналіз впливу помилки квантування зазвичай дуже складний.

Коефіцієнти згладжування в частотній області. Вцифровій обробці сигналів множення двох комплексних чисел - одна з найбільш часто зустрічаються операцій. Вона необхідна у всіх алгоритмах дискретного і швидкого перетворення Фур'є, в графічних перетвореннях і використовується при обробці комунікаційнихсигналів. І в апаратурною, і в програмній реалізації необхідно реалізувати її якомога ефективніше.

При цифровій обробці сигналу, що вже має цифрову форму, також можливі помилки через недосконалість цифрових фільтрів, що виконують обробку.

Прицифровій обробці сигналів замість звичайної згортки використовують дискретну.

За аналогової та цифрової обробки сигналів є велика кількість публікацій, кожній з яких властиві певні достоїнства і недоліки; ці публікації наводяться вбібліографічному списку, вміщеному в кінці даного розділу.

Першим процесором цифрової обробки сигналів, реалізованим у вигляді БІС, був Intel 2920; у цьому процесорі аналого-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі реалізовані у складі кристала. Процесор 2920містить чотири аналогових вхідних каналу, вісім аналого-цифрових вихідних каналів і 24-розрядне пристрій обробки, забезпечене ПЗУ ємністю 192X24 біт і ЗУПВ ємністю 40X25 біт. Більшість застосування першого ПЦОС було орієнтовано на заміну чисто аналогових системобробки сигналів з метою досягнення більш високої точності цієї обробки.

Якщо вивчення цифрової обробки сигналів так легко, тоді чому цей предмет має репутацію складного для розуміння. Відповідь частково лежить в тому, як матеріал зазвичай подається влітературі Важко передавати технічну інформацію з її математичними тонкощами в письмовій формі. Одна справа писати рівняння, але інше - в цілому пояснити їх значення з практичної точки зору, і саме в цьому мета цієї книги.

При вивченні цифровогообробки сигналів ми часто змушені розглядати випадкові функції /Вони описують шумові сигнали, які ми не можемо описати явно за допомогою рівнянь у часовій області.

Енергоспоживання 56652 В. Для процесорів цифрової обробки сигналів встановленнянових стандартів продуктивності, споживаної потужності, розмірів, щільності коду або простоти розробки є винятковим випадком. Але досягнення нових рубежів одночасно по всіх цих параметрах - практично неможливо. Pазработанное за технологієюнового покоління система-на кристалі для розширених комунікаційних додатків, ядро ??SC140 є найбільш перспективним. Чотири блоки MAC в 16-розрядному ядрі встановлюють нові рівні продуктивності DSP, що перевищують один мільярд операцій множення-накопичуванняв секунду. У той же самий час, SC140 надзвичайно ефективний у використанні потужності, кремнію та коду програми.

Каскадні фільтри в Прямий формі I із зменшеним об'ємом пам'яті.

На сленгу цифрової обробки сигналів БИХ-фільтр другого порядку називаєтьсябіквадратним, і тому є дві причини. По-перше, передатна функція фільтра складається з двох поліномів другого ступеня. По-друге, слово біквадратний звучить стильно.

Щоб зрозуміти цифрову обробку сигналів, ми повинні освоїти використання комплексних чисел.

Економія об'єму обчислень при використанні алгоритму 2Л /- то-Чечні дійсно ШПФ у порівнянні з окремим 2Л /- точеч-ним комплексним ШПФ. Верхній графік показує економію з урахуванням і складань, і множень. Нижній графік показує економію з урахуванням тількимножень. Часто в системах цифрової обробки сигналів потрібно обчислювати зворотне ШПФ. Це може створювати проблеми, якщо наявна апаратура або бібліотечна процедура можуть виконувати тільки пряме ШПФ. На щастя, існують два простих способи обчисленнязворотного ШПФ, використовуючи пряме ШПФ.

Спрощена структурна схема цифрової обробки сигналів. У цифровому фільтрі здійснюється цифрова обробка сигналу у відповідності з певним алгоритмом, в результаті чого на його виході з'являються нові цифрові коди u (k & t) иц мц, відповідні профільтрувати вхідному сигналу.

Вивчення основ і мови цифрової обробки сигналів не вимагає глибоких аналітичних навичок або всебічних знань з математики.

У системах кодування або цифрової обробки сигналіврегістри зі зворотним зв'язком можуть бути двійковими або особистими (Q.

Функціональна схема цифрового фільтру. Загальне уявлення про принцип цифрової обробки континуального сигналу можна отримати зі схеми, зображеної на рис. 13.1 На тому ж малюнку дани епюри коливаньв різних перетинах схеми.

Оскільки датчик орієнтований на цифрову обробку сигналу, дві останні похибки в модулі коефіцієнта відбиття можуть бути легко визначені при калібруванні датчика і враховані при вимірюваннях.

Вивчаючи літературу, присвяченуцифровій обробці сигналів, ми іноді зустрічаємо деякі оригінальні прийоми, які використовуються професіоналами, щоб підвищити ефективність алгоритмів. Ці прийоми являють собою яскраві приклади філософії, яка виражається девізом не працюй багато, працюй з розумом, іїх вивчення дасть нам більш глибоке розуміння математичних тонкощів ЦГЗ. У цій главі ми пропонуємо вам колекцію таких прийомів, не піклуючись про якусь їх сортуванні, і детально досліджуємо деякі з них, щоб зміцнити знання, отримані при вивченні попередніхглав.

У пристроях цифрових осцилографів здійснюється повна цифрова обробка сигналу, тому в них, як правило, використовується відображення на новітніх індикаторних панелях.

У сучасних вихрових приладах проводиться складна цифрова обробкасигналів сенсорів. Наприклад, в перетворювачі digital YEWFLO японської фірми Іокогава (Yokogawa) сенсор з цифровою електронікою, що включає цифровий SSP-фільтр, аналізує вібрацію, стан середовища всередині витратоміра і автоматично підлаштовує режими обробки сигналу.

Занадто часто письмове пояснення теорії цифрової обробки сигналів виступає в одній з двох форм: або відбуваються математичні чудеса, і читачеві просто дається короткий і легкий рівняння без подальшого пояснення, або на читача обрушується потікрівнянь з комплексними змінними і такими фразами, Як очевидно, що і з розумним застосуванням властивості однорідності. На захист цих робіт слід сказати, що їх автори зазвичай дають необхідну інформацію, але читач часто повинен буквально брати в руки кайло і лопату,напинати шахтарський шолом і намагатися викопати зерна знань з гори математичних виразів. Ця книга являє собою результати декількох плідних гірських експедицій. Скільки разів ви стежили за висновком рівняння, після якого автор стверджує, що вінзбирається проілюструвати рівняння прикладом, який виявляється просто іншим рівнянням. Незважаючи на те, що математика необхідна для опису цифрової обробки сигналів, я постарався уникнути придушення нею читача, тому що рецепт технічного писання,який занадто насичений рівняннями, важко засвоюється початківцями.

Все більш широке поширення методів цифрової обробки сигналів і побудови цифрових вимірювальних приладів на базі мікропроцесорів не призводить, проте, до зниження рівнявиробництва і значущості аналогових вимірювальних пристроїв і перетворювачів, особливо в інтегральному виконанні. Навпаки, їх виробництво швидко росте, оскільки вони широко використовуються для попереднього аналогового вимірювального перетворення в АІП змікропроцесорами, незамінні в тих випадках, коли цифрова обробка принципово непридатна, наприклад, при високих частотах, а також, коли застосування мікропроцесорів недоцільно з технічних чи економічних причин, наприклад у нескладних вимірювальнихпристроях. Проте вартість аналогових інтегральних вимірювальних перетворювачів знижується повільніше, ніж вартість елементів обчислювальної техніки, зокрема, через більш складного і дорогого контролю їх характеристик, особливо при високійточності СВП.

Структурна схема вхідного блоку СОТ-2. Одним із шляхів введення елементів цифрової обробки сигналу в раніше випущені тепловізори є створення цифрових приставок, які можуть служити пристроєм сполучення з ЕОМ і виконувати деякіпрості операції обробки термограмм.

У розділі 2 описані методи цифрової обробки сигналів у системах бездротового телефонного зв'язку та мовлення.

Книга являє собою підручник по цифровій обробці сигналів, написаний зрозумілою мовою, забезпеченийдостатній кількістю ілюстрацій і наочних прикладів. Вона містить короткий вступ в необхідний математичний апарат (у тому числі і /- перетворення, перетворення Лапласа і Гільберта, статистику), в принципи машинного подання сигналів (двійковіформати), розглядає питання періодичної дискретизації. Окремі глави присвячені дискретному і швидкого перетворення Фур'є. У розділі цифрової фільтрації детально розглянуті фільтри з кінцевою і нескінченною імпульсною характеристикою-фільтри на основічастотної вибірки і інтерпольованим КИХ-фільтри. Описано квадратурні сигнали і комплексне понижувальний перетворення. Pазобрани принципи перетворення частоти дискретизації, необхідні для проектування поліфазних і каскадують інтегратів-рів-гребінчастихфільтрів. Усереднюванню сигналів (у часовій і частотній області) - когерентного та некогерентного - присвячена окрема глава. Значну частину книги становить колекція рад і маленьких хитрощів в області цифрової обробки сигналів. Корисний початківцямфахівцям і термінологічний словник, винесений в додаток.

Можна очікувати, що надалі цифрова обробка сигналів буде використовуватися ширше, завдяки застосуванню серійно випускаються мікропроцесорів, що дозволяють істотно змен - шити - Абар-іти -ЦФ -, знизити х вартість, підвищити надійність.

БИХ-фільтрів читачеві пропонується потужний інструмент аналізу цифрової обробки сигналів, який називається z - npe - освітою. Оскільки z - перетворення тісно пов'язане з безперервним перетворенням Лапласа, вякості підготовки до вивчення z - перетворення ми починаємо із самого початку, з властивостей і використання перетворення Лапласа. Ми побачимо, як проектуються і реалізуються БИХ-фільтри, і чому їх характеристики так відрізняються від характеристик КИХ-фільтрів. Щобпоказати, за яких умов варто використовувати ті чи інші фільтри, глава закінчується якісним порівнянням ключових властивостей КИХ - і БИХ-фільтрів.

Перенесення частоти часто використовується в алгоритмах цифрової обробки сигналів. Існують прості схеми переносу частоти на 1/2 і 1/4 частоти дискретизації.

Приклади використання модифікаторів адреси. Цикли, що є основною конструкцією алгоритмів цифрової обробки сигналів, підтримуються апаратно.

На рис. 3.1 зображена структурна схема цифрової обробки сигналів. Він виконаний у вигляді мікросхеми і є типовим елементом електроніки. З виходу АЦП цифровий сигнал х (п) надходить на цифровий фільтр, де здійснюється цифрова фільтрація. Цифрова обробка сигналів застосовується вже понад 30 років у системах зв'язку, радіо і гідролокації, медицині, розвідці корисних копалин і для інших цілей.

Книга присвячена останнім досягненням в області цифрової обробки двовимірних сигналів: інтегральним перетворенням і медіанної фільтрації. Серед ефективних в обчислювальному відношенні алгоритмів розглянуті алгоритми швидкого транспонування двовимірних масивів у зовнішній пам'яті процесорів, поліноміальні алгоритми швидкої двовимірної згортки і обчислення дискретного перетворення Фур'є, алгоритми Винограда обчислення дискретного перетворення Фур'є зі зменшеним числом операцій множення.

У багатьох випадках виявляється необхідним поєднання аналогової і цифрової обробки сигналів і в інших периферійних пристроях систем управління - вхідних їх пристроях і у виконавчих органах.

Підручник являє собою базовий курс по цифровій обробці сигналів. У ньому викладені основи теорії дискретних сигналів і систем, розглянуті методи спектрального аналізу та фільтрації дискретних сигналів, алгоритми синтезу дискретних фільтрів, вплив ефектів квантування й кінцевої точності обчислень на роботу цифрових пристроїв, а також методи модуляції, застосовувані для передачі цифрової інформації. Вступні глави присвячені основам аналізу сигналів і теорії аналогових систем. Матеріал викладено так, щоб наочно продемонструвати сутність алгоритмів, їх взаємозв'язок і області застосування.

Види сигналу і відповідні їм ланцюга. Дискретним і цифровим сигналам і ланцюгах присвячена гл. 13.

Слід зазначити, що в даний час цифрова обробка сигналів отримує все більш широке застосування, що пов'язано не тільки з її універсальністю і точністю, але й з можливістю використання досягнень мікроелектроніки.