Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004), страница 4

Кроме то>о, здесь описан ряд методик ЦОС, особенно важных для производства, которые за последние несколько лет начали появляться в курсах обучения. К таким методикам относятся адаптивная фильтрация и обработка при нескольких скоростях. В книге осцовнос внимание удсляегся цракгичсским аспектам ЦОС. Не послсдшою роль играет то, что во второе издание включены примеры из программного пакета МАТЬАВ и упражнения по анализу, проектированию, исследованию и обработке сигналов цри рациональных затратах времени.

Выполнив упражнения из МАТ1.АВ, читатель цриобретет более глубокие познания в области ЦОС. Поскольку цримеры нро>1>амм для ЦОС на языке С из нерво>.о издания оказались достаточно поцулярными, они также приводятся с незначительными изменениями. Се> одна МАТЬАВ широко иснользустся в качсстве общецринятого инструмента в науке и технике и требует меньших навыков программирования, чем язык С. Этот пакет обладает хорошими графическими и демонстрационными возможностями и обеспечивает неплохую среду для разработки ЦОС.

Мы считаем, что студентам не помешало бь> ознакомиться с программнь>м цакстом МАТ1.АВ, а умение работать с ним — это весьма полезный навык. Все ш-файлы из МАТЬАВ, которые упоминаются в книге, доступны в электронном виде в сети 1п1еше>. Кроме того, ш-файлы (как и программы на языке С из первого издания) есть и на компакт-лиске справочника-приложения >ем. ниже). Основные преимущества этой книги ° Обеспечивается понимание теоретических основ, реализации и применения методов ЦОС с практической точки зрения. ° Книга написана ясно и просто, математические выкладки сведены до необходимого для восприятия минимума. ° Методы ЦОС цроил>лострированы цракгическн ориентированными реалы>ыми примерами с цолным решением, разработанными для более гтубоко>о понимания ЦОС.

° Даются практические советы, чтобы читатели могли проектировать и разрабатывать настоящие системы ЦОС. Приводятся завершенные примеры разработки и нрактиче- го Предисловие скис детали реализации, включая программы па языке ассемблера для процессоров ЦОС. ° Приведены задачи и примсры из программного пакета МАТ1.АВ для приобретения практичсского опыта. ° Предлагаются многие алгоритмы и функции ЦОС на языке С, в том числе программы для: — разработки фильтров с коночной импульсной характеристикой (КИХ-фильтров) и с бссконсчпой импульсной харакгсристикой (БИХ-фильтров); — анализа эффекга конечной длины слова для разрабатываемых пользователем БИХ- фильтров с фиксированной запятой; — перехода от каскадной структуры реализации к параллельной; — расчета корреляпии; — алгоритмов дискретного и быстрого преобразований Фурье; — обратного х-преобразования; — оценки частотной характеристики; — разработки систем обработки при нескольких скоростях.

° Компьютерные ш-файлы для МАТ1.АВ доступны в электронном виде в сети 1п1егпег (программы на языке С можно найти на компакт-дискс к книге [1Гсасйог, 2001); подробное см. раздел "%сЬ-сайт; компакт-диск и справочник-приложение" этого предисловия). ° Степень усвоения материала помогают проверять задачи в конце каждой главы, а также вопросы с вариантами ответов. ° Для иллюстрации важных принципов и укрепления приобретенных знаний используются реальные примеры, Предполагаемый круг читателей Эта книга предназначена для студентов, занимающихся наукой, техникой и программированием, а также для инженеров и ученых, которые хотят приобрести практические знания о ЦОС.

В частности, студентам последнего курса, изучающим электронику, электрику или технику связи, эта книга поможет овладеть общими курсами обучения и написать курсовую работу, поскольку все больше и больше студенческих работ связано с теми или иными аспектами ЦОС. Книга может пригодиться и аспирантам, занимающимся указанными науками. Теоретические вопросы будуг очень привлекательны для студентов, и мы верим, что наша книга будет ценным источником информации как на протяжении всего курса обучения, так и потом, когда они начнут работать на производстве.

Данную книгу могут брать за основу большие коммсрчсскис организации нли государственные учреждения, которые проводят свои собственные краткие внутренние курсы обучения ЦОС. Мы надеемся, что эта книга послужит как хорошим учебником, так и ценным самоучителем для студентов, аспирантов и практикующих инженеров. 21 Предисловие Содержание и структура Первая глава представляет собой краткий обзор пифровой обработки сигналов и ее применения. Во второй главе с практической гочки зрения и с использованием реальных примеров рассмотрены многие теоретические вопросы, которые служат основой ЦОС, в частности, дискретизация и квантование сигналов и их применение в современной цифровой обработке сигналов. По сравнению с предыдущим изданием в главу включены такие новые темы, как методика выборки с запасом по частоте при цифроаналоговом и аналого-цифровом преобразованиях, дискретизация полосовых сигналов, равномерное и неравномерное квантование.

В этой главе вводится понятие сигналов и систем дискрспюго времени, по более подробно опи рассматриваются в шаве 4. Дискретныс преобразования, в частности дискретное (ДПФ) и быстрое ~БПФ) преобразования Фурье, обеспечивают ЦОС необходимыми математическими аппаратами, а также связывают временную и частотную области. Они описаны в главе 3 вместе с несколькими примерами их применения на практике.

Если выводить дискретное преобразование Фурье (ДПФ) из преобразования Фурье и экспоненциальных рядов Фурье, то можно получить логическое обоснование ДПФ, для которого не требуется знание дискретных рядов Фурье, изложение теории которых значительно увеличило бы толщину книги (и объем работы для студенлэв!).

В нашем изложении мы ограничились лишь описанием и осуществлением преобразований. В частности, в этой ~лаве не рассматривается вопрос взвешивания с помощью финитной функции (Мпг1ои'1пй), более подробно он освещен в главе 11, касающейся спектрального анализа. Описан также важный пример применения дискретного косинус-преобразования (ДКП) — стандарта зРЕО для сжатия изображения. В различных приложениях все чаще и чаще применяется вейвлетное преобразование, благодаря тому, что его можно применять к нестационарным сигналам и разрешать сигналы как по частоте, так и по времени.

Описаны примеры применения анализа с разной разрешающей способностью и выявления сиш улярностей для очистки сигнала от шума. В главе 4 изложены основные сведения, касающиеся сигналов и систем дискретного времени. Рассказывается о важных моментах з-преобразования — незаменимого средства для описания и анализа сигналов и систем дискретного времени. Обращается внимание на многие области применения с-преобразования, например, говорится о его пользе при разработке, анализе и вычислении частотной характеристики сигналов и систем дискрспюго времени. Как и во всей книге, основпыс принципы и области применения --преобразования проиллюстрированы примерами с полным решением.

Корреляция и свертка — теоретические основы и темы, близко связанные с ЦОС,— описаны в главе 5. Авторы считают, что для ЦОС необходимо знать все, что есть в этой шаве, но после предварительного ознакомления с се содержанием можно посоветовать читателю расширять свои знания постепенно, изучая эту главу поэтапно.

Для студентов этот процесс можно растянуть на несколько семестров. В настоящем издании сюда же включены дополнительные темы по идентификации систем, обращению свертки и слепому обращению свертки. Особенно интересно слепое обращение свертки, поскольку гг Предисловие оно цозволяст с помощью максимизации информации оцредслигь нсизвсстный входной сигнал, измсрясмый на выходе системы с неизвестной имцульсной характеристикой. В главах б — 8 с практической точки зрения подробно рассматривается один из самых важных моментов ЦОС вЂ” разработка цифровых фильтров.

Эта тема достаточно обширная, и тем, кто вцсрвыс с ней сталкивается, может показаться чем-то нспрсодолимым. В главе 6 дается общая схема постросния фильтра. Методики создания КИХ-фильтров (фильтров с конечной импульсной характеристикой) от спецификации до реализации фильтра изложены в главе 7. Здесь же приведено несколько примсров с полным решением, позволяющих закрепить важцыс цринципы. В этом издании в число дополнительных тем входит автоматическая разработка частотных КИХ-фильтров.

Чтобы показать, как свести воедино все этапы разработки фильтра, полностью разобран пример разработки фильтра. В главе 8 дано цодробнос описание разработки БИХ-филшра, в основу которого положено простое поглаговос руководство. Эта глава была существенно переделана и дополнена. В частности, в результате обратной связи с читателями для болыпей ясности были переписаны разделы о вычислении коэффициентов и добавлены новые материалы для освсщсния важных воцросов по разработке БИХ-фильтров.

Кроме того, глава содержит примеры с решениями, призванные помочь читателям в разработке БИХ-фильтров от спецификации до реализации. Даны примеры разработки с использованием как программцого обсспсчсния МАТ1.АВ, так и языка С. Мы умсньшили общий объем материала по разработке БИХ-фильтров, переместив рассмотрение эффсктов конечной длины слова в главу 13.

Таким образом, в главах 1 — 8 собран существенный материал для большинства курсов ио ЦОС. Передовые идеи ЦОС изложены в исследующих главах. Детальное изучение эффектов коночной длины слова сосредоточено в главе 13. Методы обработки при нескольких скоростях привели к возникновению таких новейших приложений, как одноразрядные аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи и цифровая фильтрация с запасом по частоте, когорыс используются в рядо современных цифровых систем, в том числе и в хорошо знакомом всем проигрывателе компакт-дисков.