Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов (2002)

А. Б. Сергиенко ЦИФРОВМ абиаати Еигнивв Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Информатика и вычислительная техника» ~~~питн~ Москва - Санкт-Петербург ° Нижний Новгород ° Воронеж Ростов-на-Дону ° Екатеринбург ° Самара Киев ° Харьков ° Минск 2002 ББК 32,811.3я7 УДК 621,391.26(076) С32 Федеральная целевая программа «Культура России» подпрограмма «Поддержка полиграфии и кннюнздання России» Рецензенты: Ерковнч С.

П., доктор физика-математических наук, профессор Московского Государственного технического университета (МГТУ) им. Н. Э. Баумана Ревункоа Г. И., кандидат технических наук, доцент Московского Государственного технического университета (МГТУ) им. Н. Э.

Баумана С32 Цифровая обработке сигналов! А. Б. Сергиенко — СПбк Питер, 2002. — 608 сп ил. (6 Вг( 6-318-00666-3 Учебник представляет собой базовый курс по цифровой обработке сигназов. В нем изложены основы теории дискретных сигнааов и систем, рассмотрены методы спектрального анализа и фильтрации дискретных сигналов, алгоритмы синтеза дискретных фильтров, алияике эффектов квантования и конечной точности вычислений на работу цифровых устройств, а также методы модуляции, применяемые для передачи цифровой информации.

Вводные главы посвящены основам аиааиза сигналов н теории аналоговых систем. Материал изложен так, чтобы наглядно продемонстрировать сущность алгоритмов, их взаимосвязь и области применения. Теоретические сведения сопровожлжотся примерами реализации обсуждаемых алгоритмов с помощью системы МАТ1.АВ и ее пакетов расширения Б(йпа) Ргосезжпй, Соплппп(сапопт и Рйгег Ою(йп, Книга лопущена в качестве учебного пособия для студентов высщих учебных заведений, обучающихся па направлению подготовки дипломированных специаяистов «Информатика ивычислительная техникеи преподавателей, научных работников, программистов, а также всех, кто интересуется компьютерной обработкой сигналов и иных данных.

ББК 32.811.3я7 УДК 621.391.26(076) )ЗВМ 6-318-00666-3 О ЗАО Издательский дом «Питер», 2002 Краткое содержание Введение Глава 1. Основы анализа сигналов Глава 2. Аналоговые системы Глава 3. Дискретные сигналы Глава 4. Дискретные системы Глава б.

Спектральный анализ . Глава б. Проектирование дискретных фильтров... Глава 7. ЭФФекты квантования в цифровых системах Глава б. Модуляция и демодуляция Приложение А. Основы работы с МАТЮКАВ...... Приложение Б. Обзор функций МАТЮКАВ . Приложение В. Компоненты МАТЮКАВ Приложение Г. Программа ЗРТоо! .. Литература... Алфавитный указатель 13 17 .

87 127 189 249 . 313 . 373 . 426 . 508 557 . 568 574 . 585 . 586 Введение СтРуктура книги Чего нет е этой книге Благодарности . От издательства 13 14 16 16 16 Содержание Глава 1. Основы анализа сигналов . Классификация сигналое Энергия и мощность сигнала Ряд Фурье Синусно-косинусная форма . Вещестеенная форма .. Комплексная форма Примеры разложения сигналое е ряд Фурье Преобразоеание Фурье Примеры расчета преобразования Фурье Сеойстеа преобразоеания Фурье .

Фурье-анализ неинтегрируемых сигналов Корреляционный анализ Корреляционная функция Взаимная корреляционная функция Связь между корреляционными функциями и спектрами сигналое, Энергетические расчеты е спектральной области Комплексная огибающая .. Преобразование Гильберта . Спектр аналитического сигнала . Случайные сигналы . Ансамбль реализаций, . Модели случайных процессов Вероятностные характеристики случайных процессов Корреляционные функции случайных процессое......... Стационарные и зргодические случайные процессы........ 17 18 21 .

22 23 24 24 25 . 31 34 . 42 . 47 . 50 . 50 . 52 . 53 55 56 . 58 . 60 60 . 60 . 63 . 68 . 71 Содержание 74 76 80 127 127 129 129 131 135 Спектральные характеристики случайных процессов Теорема Винера †Хинчи Узкополосный случайный процесс Глава 2. Аналоговые системы Классификация систем . Характеристики линейных систем Импульсная характеристика Пврвходная характеристика Условие физической реализуемости Комплексный коэффициент пврвдачи Коэффициент пврвдачи по мощности Фазовая и групповая задержка Взаимный спвктр выходного и входного сигналов Взаимная корреляция между входом и выходом Преобразование случайного процесса в линейной системе . Спектральная плотность мощности .

Корреляционная функция Дисперсия Плотность ввроятности ., Частный случай бвлого шума Способы описания линейных систвм... Дифференциальное уравнвнив Функция передачи Нули и полюсы Полюсы и вычеты . Пространство состояний Функции МАТОВ для расчета линейных цепей Расчет частотных характеристик Построение графиков фазочастотных характеристик... Првобразованив способов описания линейных цепей,, Расчет аналоговых фильтров-прототипов Преобразования фильтров-прототипов Расчвт аналоговых фильтров Выбор порядка фильтра .

Расчет групповой задержки Глава 3. Дискретные сигналы Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы Аналого-цифровое и цифро-аналоговов првобразованив Частота Найквиста . Спектр дискретного сигнала Влияние формы дискрвтизирующих импульсов .. , 87 87 . 88 . 88 . 89 .

89 . 89 . 90 . 90 . 90 . 91 . 91 91 92 92 92 92 93 93 93 94 94 96 97 97 . 99 100 104 116 120 121 123 Содержание Теорема Котельникова Восстановление радиосигнала по отсчетам видеосигнала Квадратурная дискретизация узкополосных сигналов...... Е-преобразование Примеры вычисления г-преобразования Связь г-преобразования с преобразованиями Лапласа и Фурье Свойства юпреобразования . Обратное юпреобразование . Дискретные случайные сигналы Корреляционная матрица Дискретный белый шум Дискретные сигналы в МАТОВ, Расчет временных функций Функции генерации одиночных импульсов Генерация последовательности импульсов Функции генерации периодических сигналов Генерация сигнала с меняющейся частотой ..

Формирование случайных сигналов Получение данных из внешних источников Чтение ткач-файлов Запись ткач-файлов Воспроизведение звука Запись звука . Готовые записи сигналов Пакет расширения Оа1а Ассы~в!1!оп Глава 4. Дискретные системы Сущность линейной дискретной обработки .. Способы описания дискретных систем Импульсная характеристика Функция передачи .

Нули и полюсы ., Полюсы и вычеты Пространство состояний Преобразование случайного сигнала в дискретной системе Рекурсивные и нерекурсивные дискретные фильтры Нерекурсивные фильтры Рекурсивные фильтры Формы реализации дискретных фильтров Каноническая форма Транспонированная форма 137 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 150 151 155 161 164 168 172 178 178 182 183 185 185 186 189 189 193 193 195 т96 198 200 200 202 202 205 206 206 208 Содержание Последовательная (каскадная) форма . Параллельная форма Дискретная фильтрация в МАТьАВ Дискретная свертка Обращение свертки Функция дискретной фильтрации Доступ к внутреннему состоянию фильтра Компенсация фазового сдвига Расчет импульсной характеристики ..

Расчет частотной характеристики Расчет групповой задержки дискретной системы...... Отображение нулей и полюсов фильтра .. Свертка как матричное умножение Преобразование способов описания дискретных фильтров Изменение частоты дискретизации . Прореживание .. Интерполяция Передискретизация Некоторые идеализированные фильтры Дискретное преобразование Гильберта Идеальный дифференцирующий фильтр Визуализатор фильтров . Глава Б.

Спектральный анализ Дискретное преобразование Фурье Свойства дискретного преобразования Фурье Восстановление непрерывного сигнала с помощью ДПФ Матрица ДПФ Связь ДПФ и спектра дискретного сигнала Алгоритм быстрого преобразования Фурье .

БПФ с прореживанием по времени БПФ с прореживанием по частоте .. Основание алгоритма БПФ Выводы Взаимосвязь ДПФ и фильтрации ДПФ как дискретная фильтрация Дискретная фильтрация с помощью ДПФ .. Растекание спектра Весовые функции Спектр дискретного случайного процесса 210 210 211 212 212 213 214 215 216 217 219 222 223 224 230 231 235 237 240 240 244 247 249 250 251 253 254 254 256 256 258 260 261 262 262 265 270 273 274 Содержание Непараметрические методы Периодограмма Метод Узлча..... Параметрические методы Авторегрессионная модель Метод М1131С Метод ЕУ Функции спектрального анализа в МАТ1.АВ .

Прямое и обратное ДПФ Функция 111вП111 . Матрица ДПФ Блочная фильтрация в частотной области Окна Функции непараметрического спектрального анализа Параметрический спектральный анализ в МАТ1.АВ Реализация метода М031С Функции ре19 и гоо1е19 . Глава 6. Проектирование дискретных фильтров...