Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Второе издание. Пер. с англ. (2006)

Цифровая обработка сигналов Ричард Лайонс Перевод с английского под редакцией А.А. Бритова Москва Издательство БИНОМ гоов УДК 621.372 ББК 32.811.3 Л18 Ричард Лайонс Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. — М.: 000 «Бином-Пресс», 2006 г. — 656 с.: нл. Книга представляет собой учебник по цифровой обработке сигналов, написанный понятным языком, снабженный достаточный количеством иллюстраций и наглядных примеров.

Она содержит краткое введение в необходимый математический аппарат (в том числе и х-преобразование, преобразования Лапласа и Гильберта, статистику), в принципы машинного представления сигналов (двоичные форматы), рассматривает вопросы периодической дискретизации. Отдельные главы посвящены дискретному и быстрому преобразованиям Фурье. В разделе цифровой фильтрации подробно рассмотрены фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой, фильтры на основе частотной выборки и интерполированные КИХ-фильтры. Описаны квадратурные сигналы и комплексное понижающее преобразование.

Разобраны принципы преобразования частоты дискретизации, необходимые для проектирования полифазных и каскадированных интеграторов-гребенчатых фильтров. Усреднению сигналов (во временной и частотной области)— когерентному и некогерентному — посвящена отдельная глава. Значительную часть книги составляет коллекция советов и «маленьких хитростей» в области цифровой обработки сигналов. Полезен начинающим специалистам и терминологический словарь, вынесенный в приложение. Книга отличается четкостью построения, тщательной выверенностью примеров и сбалансированностью сложности/доступности материала.

Для чтения ее достаточно иметь базовые знания лз вузовского курса математического анализа. Аайопхеб ггапв!вбоп йош гЬе ЕаяйвЬ 1влясаяе ейбоп, еабг1еб 1!аг!егвшлйая !з!81ш! 8!Вал! Ргосевв- шя, '2ад Ейбов, Ьу 1.уоав, 81сЬаЫ б., раЬйвЬеб Ьу Реагвоп Ейювйоп, 1ас., рамвЬшя ав Ргегйсе На!1 РТк, СорупяЬГ 41 2004. © Реагвоп Ебпсайол 1пс., 2004 О Издание на русском языке. Издательство Бином, 2006 1ЯВ!ч! 5-9518-0149-4 (рус.) 1ЯВ!ч! 0-13-108989-7 (англ.) Все права защищены, Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, маг- нитную запись или иные средства копирования или со~ранения информации без письменного раз- решения издательства.

Содержание Предисловие Глава 1. Дискретные последовательности и системы....... 1.1. Дискретные последовательности и связанные с ними обозначения. 1.2. Мгновенные значения, амплитуда и мощность сигнала .. 1.3. Условные обозначения операций обработки сигналов. 1.4. Введение в дискретные линейные инвариантные во времени системы...

1.5. Дискретные линейные системы 1.6. Инвариантные во времени системы . 1.7. Свойство коммутативности линейных инвариантных во времени систем 1.8. Анализ линейных инвариантных во времени систем .. Глава 2. Периодическая дискретизация . 2.1. Наложение: неоднозначность представления сигнала в частотной области . 2.2. Дискретизация низкочастотных сигналов......... 2.3.

Дискретизация полосовых сигналов . 2.4. Инверсия спектра при полосовой дискретизации.... Глава 3. Дискретное преобразование Фурье 3.1. Смысл формулы ДПФ. 3.2. Симметрия ДПФ . 3.3. Линейность ДПФ 3.4. Модули ДПФ 3.5. Частотная ось ДПФ . 3.6. Теорема о сдвиге . 3.7. Обратное ДПФ..................... 3.8.

Утечка ДПФ . 13 . 21 .. 22 .. 28 .. 29 .. 32 .. 32 .. 36 38 .. 39 . 41 . 41 .. 46 49 .. 58 . 63 . 64 75 77 .. 78 . 79 80 .. 82 83 и свая об аботка сигналов 90 97 98 103 106 125 129 130 132 139 .. 140 .. 141 145 .. 145 152 154 163 .. 200 .. 205 . 219 220 223 235 3.9. Окна 3.10. Гребешковые искажения ДПФ ..

3.11. Разрешающая способность ДПФ, дополнение нулями и дискретизация в частотной области............. 3.12. Коэффициент улучшения ДПФ . 3.13. ДПФ прямоугольных функций. 3.14. Частотный отклик ДПФ на комплексный входной сигнал 3.15. Реакция ДПФ на действительный косинусоидальный сигнал . 3.16. Реакция отдельного бина ДПФ на действительный косинусоидальный сигнал . 3.17. Интерпретация ДПФ .. Глава 4.

Быстрое преобразование Фурье. 4.1. Связь БПФсДПФ...................... 4.2. Советы по практическому использованию БПФ 4.3. Программы БПФ . 4.4. Разработка алгоритма БПФ по основанию 2...... 4.5. БИТ-реверсивная перестановка входных и выходных данных БПФ. 4.6. Структуры бабочек БПФ по основанию 2........ Глава 5. Фильтры с импульсной характеристикой конечной длины . 5.1. Введение в КИХ-фильтры 5.2. Свертка в КИХ-фильтрах . 5.3. Проектирование КИХ-фильтра нижних частот......... 5 4. Проектирование полосовых КИХ-фильтров...........

5.5. Проектирование КИХ-фильтров верхних частот......... 5.6. Проектирование КИХ-фильтров методом замен Ремеза.... 5.7. Полуполосные КИХ-фильтры 5.8. Фазо-частотная характеристика КИХ-фильтров 5.9. Обобщенное описание дискретной свертки.... Глава 6. Фильтры с импульсной характеристикой бесконечной длины... 6.1. Введение в фильтры с бесконечными импульсными характеристиками .. 6.2. Преобразование Лапласа . 6.3.

У-преобразование 164 169 179 193 194 197 199 Соде жанне 249 263 272 274 276 281 285 286 320 335 336 336 342 345 347 349 351 354 356 361 362 364 369 371 377 379 6А. Метод инвариантного преобразования импульсной характеристики . 6.5. Метод пуоектирования БИХ-фильтров с помощью билинеиного преобразования 6.6. Оптимизационный метод проектирования БИХ-фильтров 6.7. Подводные камни реализации БИХ-фильтров........ 6.8. Улучшение БИХ-фильтров с помощью каскадных структур. 6.9. Краткое сравнение КИХ- и БИХ-фильтров.......... Глава 7. Специальные КИХ-фильтры нижних частот....

7.1. Фильтры на основе частотной выборки: утраченное искусство . 7.2. Интерполированные КИХ ФНЧ Глава 8. Квадратурные сигналы 8.1. Почему нас так занимают квадратурные сигналы? 8.2. Запись комплексных чисел .. 8.3. Представление действительных сигналов с помощью комплексных фазоров. 8.4. Несколько мыслей по поводу отрицательной частоты... 8.5. Квздратурные сигналы в частотной области......... 8.6.

Полосовые квадратурные сигналы в частотной области .. 8.7. Комплексное понижающее преобразование.......... 8.8. Пример комплексного понижающего преобразования... 8.9. Альтернативый метод понижающего преобразования... Глава 9. Дискретное преобразование Гильберта.......... 9.1. Определение преобразования Гильберта........... 9.2. Почему нас так занимает преобразование Гильберта? 9.3. Импульсная характеристика преобразователя Гильберта . 9А. Проектирование дискретного преобразователя Гильберта 9.5. Генерация аналитического сигнала во временной области 9.6. Сравнение методов генерации аналитических сигналов ..

Глава 10. Преобразование частоты дискретизации... 10.1. Прореживание............ 10.2. Интерполяция .. 10.3. Объединение прореживания и интерполяции 10.4. Полифазные фильтры 10.5. Каскадные интеграторы-гребенчатые фильтры. . 381 . 382 . 387 .. 389 . 391 .. 397 Ци овал об аботка сигналов Глава 11. Усреднение сигналов. 11.1. Когерентное усреднение 11.2.

Некогерентное усреднение 11.3. Усреднение результатов быстрого преобразования Фурье 11.4. Фильрующие свойства усреднения во временной области 11.5. Экспоненциальное усреднение Глава 12. Цифровые форматы данных и их роль в обработке сигналов........................ 12.1. Двоичные форматы с фиксированной запятой.... 12.2. Точность и динамический диапазон двоичных чисел 12.3. Эффекты конечной длины слова двоичных чисел с фиксированной запятой .. 12А. Двоичные форматы с плавающей запятой.......

12.5. Двоичный формат с поблочно плавающей запятой . Глава 13. Маленькие хитрости цифровой обработки сигналов 13.1. Перенос частоты без умножения . 13.2. Быстрое приближенное вычисление длины вектора 13.3. Взвешивание окном в частотной области.......... 13А. Быстрое умножение комплексных чисел........... 13.5. Эффективное вычисление БПФ действительных последовательностей 13.6. Вычисление обратного БПФ с помощью прямого БПФ .

13.7. Упрощенная структура КИХ-фильтра............. 13.8. Уменьшение шума квантования АЦП 13.9. Методы испытаний аналого-цифровых преобразователей 13.10. Быстрая реализация КИХ-фильтров с помощью БПФ . 13.11. Генерация нормально распределенных случайных сигналов .. 13.12. Фильтрация с нулевым сдвигом фаз 13.13. Повышение крутизны АЧХ КИХ-фильтров........ 13.14. Интерполяция полосовых сигналов............. 13.15.

Алгоритм локализации спектральных пиков....... 13.16. Вычисление поворачивающих множителей БПФ.... 13.17. Обнаружение отдельного тона . 13.18. Скользящее ДПФ . 13.19. Увеличение масштаба БПФ по частоте........... 13.20. Практическая реализация анализатора спектра...... . 411 412 418 421 429 430 437 438 444 445 460 465 467 475 479 482 483 494 497 497 503 507 509 511 512 514 515 518 520 524 532 535 Соде жение 13.21. Эффективная аппроксимация арктангенса....... 13.22. Алгоритмы демодуляции частотно-модулированных сигналов 13.23.

Удаление постоянной составляющей............ 13.24. Усовершенствование интеграторов-гребенчатых фильтров. 13.25. Сглаживание импульсного шума............. 13.26. Эффективное вычисление полиномов.......... 13.27. Проектирование КИХ-фильтров очень высокого порядка 13.28. Интерполяция во временной области с помощью БП 13.29. Перенос по частоте с помощью прореживания.... 13.30. Автоматическая регулировка усиления (АРУ)....

13.31. Оценка огибающей. 13.32. Квадратурный генератор .. 13.33. Двухрежимное усреднение, 538 540 543 546 551 553 554 Ф... 557 561 561 563 565 568 Приложение А. Арифметика комплексных чисел........ А.1. Графическое представление действительных и комплексных чисел А.2. Арифметическое представление комплексных чисел .. А.З. Арифметические операции над комплексными числами А.4. Некоторые практические особенности использования комплексных чисел.. 573 573 574 576 580 Приложение В.

Сумма геометрической прогрессии. . 583 .. 585 Приложение С. Инверсия времени и ДПФ . 589 589 592 593 596 Приложение Е. Децибелы (дБ и дБм)... Е.1. Использование логарифмов для сравнения мощности сигналов Е.2. Некоторые полезные числа, связанные с децибелами Е.З. Задание абсолютной мощности в децибелах...... .