c13-7 (Numerical Recipes in C)

PDF-файл c13-7 (Numerical Recipes in C) Цифровая обработка сигналов (ЦОС) (15347): Книга - 8 семестрc13-7 (Numerical Recipes in C) - PDF (15347) - СтудИзба2017-12-27СтудИзба

Описание файла

Файл "c13-7" внутри архива находится в папке "Numerical Recipes in C". PDF-файл из архива "Numerical Recipes in C", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "цифровая обработка сигналов (цос)" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "цифровая обработка сигналов" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

572Chapter 13.Fourier and Spectral ApplicationsCITED REFERENCES AND FURTHER READING:Childers, D.G. (ed.) 1978, Modern Spectrum Analysis (New York: IEEE Press), especially thepaper by J. Makhoul (reprinted from Proceedings of the IEEE, vol. 63, p. 561, 1975).Burg, J.P. 1968, reprinted in Childers, 1978. [1]Anderson, N. 1974, reprinted in Childers, 1978. [2]Cressie, N. 1991, in Spatial Statistics and Digital Image Analysis (Washington: National AcademyPress). [3]Press, W.H., and Rybicki, G.B.

1992, Astrophysical Journal, vol. 398, pp. 169–176. [4]13.7 Power Spectrum Estimation by theMaximum Entropy (All Poles) MethodThe FFT is not the only way to estimate the power spectrum of a process, nor is itnecessarily the best way for all purposes. To see how one might devise another method,let us enlarge our view for a moment, so that it includes not only real frequencies in theNyquist interval −fc < f < fc , but also the entire complex frequency plane. From thatvantage point, let us transform the complex f -plane to a new plane, called the z-transformplane or z-plane, by the relationz ≡ e2πif ∆(13.7.1)where ∆ is, as usual, the sampling interval in the time domain. Notice that the Nyquist intervalon the real axis of the f -plane maps one-to-one onto the unit circle in the complex z-plane.Sample page from NUMERICAL RECIPES IN C: THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING (ISBN 0-521-43108-5)Copyright (C) 1988-1992 by Cambridge University Press.Programs Copyright (C) 1988-1992 by Numerical Recipes Software.Permission is granted for internet users to make one paper copy for their own personal use.

Further reproduction, or any copying of machinereadable files (including this one) to any servercomputer, is strictly prohibited. To order Numerical Recipes books,diskettes, or CDROMsvisit website http://www.nr.com or call 1-800-872-7423 (North America only),or send email to trade@cup.cam.ac.uk (outside North America).There are many variant procedures that all fall under the rubric of LPC.• If the spectral character of the data is time-variable, then it is best notto use a single set of LP coefficients for the whole data set, but ratherto partition the data into segments, computing and storing different LPcoefficients for each segment.• If the data are really well characterized by their LP coefficients, and youcan tolerate some small amount of error, then don’t bother storing all of theresiduals. Just do linear prediction until you are outside of tolerances, thenreinitialize (using M sequential stored residuals) and continue predicting.• In some applications, most notably speech synthesis, one cares only aboutthe spectral content of the reconstructed signal, not the relative phases.In this case, one need not store any starting values at all, but only theLP coefficients for each segment of the data.

The output is reconstructedby driving these coefficients with initial conditions consisting of all zerosexcept for one nonzero spike. A speech synthesizer chip may have oforder 10 LP coefficients, which change perhaps 20 to 50 times per second.• Some people believe that it is interesting to analyze a signal by LPC, evenwhen the residuals xi are not small. The xi ’s are then interpreted as theunderlying “input signal” which, when filtered through the all-poles filterdefined by the LP coefficients (see §13.7), produces the observed “outputsignal.” LPC reveals simultaneously, it is said, the nature of the filter andthe particular input that is driving it. We are skeptical of these applications;the literature, however, is full of extravagant claims.13.7 Maximum Entropy (All Poles) Method573If we now compare (13.7.1) to equations (13.4.4) and (13.4.6), we see that the FFTpower spectrum estimate (13.4.5) for any real sampled function ck ≡ c(tk ) can be written,except for normalization convention, as2 N/2−1 XP (f ) = ck z k (13.7.2)k=−N/2k=−∞This is an infinite Laurent series which depends on an infinite number of values ck .

Equation(13.7.2) is just one kind of analytic approximation to the analytic function of z representedby (13.7.3); the kind, in fact, that is implicit in the use of FFTs to estimate power spectra byperiodogram methods. It goes under several names, including direct method, all-zero model,and moving average (MA) model. The term “all-zero” in particular refers to the fact that themodel spectrum can have zeros in the z-plane, but not poles.If we look at the problem of approximating (13.7.3) more generally it seems clear thatwe could do a better job with a rational function, one with a series of type (13.7.2) in both thenumerator and the denominator. Less obviously, it turns out that there are some advantages inan approximation whose free parameters all lie in the denominator, namely,1a0P (f ) ≈ 2 = 2M M/2PPkak z bk z k 1 +k=1k=−M/2(13.7.4)Here the second equality brings in a new set of coefficients ak ’s, which can be determinedfrom the bk ’s using the fact that z lies on the unit circle.

The bk ’s can be thought of asbeing determined by the condition that power series expansion of (13.7.4) agree with thefirst M + 1 terms of (13.7.3). In practice, as we shall see, one determines the bk ’s orak ’s by another method.The differences between the approximations (13.7.2) and (13.7.4) are not just cosmetic.They are approximations with very different character.

Most notable is the fact that (13.7.4)can have poles, corresponding to infinite power spectral density, on the unit z-circle, i.e., atreal frequencies in the Nyquist interval. Such poles can provide an accurate representationfor underlying power spectra that have sharp, discrete “lines” or delta-functions. By contrast,(13.7.2) can have only zeros, not poles, at real frequencies in the Nyquist interval, and mustthus attempt to fit sharp spectral features with, essentially, a polynomial. The approximation(13.7.4) goes under several names: all-poles model, maximum entropy method (MEM),autoregressive model (AR).

We need only find out how to compute the coefficients a0 and theak ’s from a data set, so that we can actually use (13.7.4) to obtain spectral estimates.A pleasant surprise is that we already know how! Look at equation (13.6.11) for linearprediction. Compare it with linear filter equations (13.5.1) and (13.5.2), and you will see that,viewed as a filter that takes input x’s into output y’s, linear prediction has a filter functionH(f ) =1−1NP(13.7.5)dj z jj=1Thus, the power spectrum of the y’s should be equal to the power spectrum of the x’smultiplied by |H(f )|2.

Now let us think about what the spectrum of the input x’s is, whenSample page from NUMERICAL RECIPES IN C: THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING (ISBN 0-521-43108-5)Copyright (C) 1988-1992 by Cambridge University Press.Programs Copyright (C) 1988-1992 by Numerical Recipes Software.Permission is granted for internet users to make one paper copy for their own personal use.

Further reproduction, or any copying of machinereadable files (including this one) to any servercomputer, is strictly prohibited. To order Numerical Recipes books,diskettes, or CDROMsvisit website http://www.nr.com or call 1-800-872-7423 (North America only),or send email to trade@cup.cam.ac.uk (outside North America).Of course, (13.7.2) is not the true power spectrum of the underlying function c(t), but only anestimate. We can see in two related ways why the estimate is not likely to be exact.

First, in thetime domain, the estimate is based on only a finite range of the function c(t) which may, for allwe know, have continued from t = −∞ to ∞. Second, in the z-plane of equation (13.7.2), thefinite Laurent series offers, in general, only an approximation to a general analytic function ofz. In fact, a formal expression for representing “true” power spectra (up to normalization) is2∞ XkP (f ) = ck z (13.7.3)574Chapter 13.Fourier and Spectral Applicationsa0 = xmsak = −d(k),k = 1, .

. . , M(13.7.6)There is also another way to describe the relation between the ak ’s and the autocorrelationcomponents φk . The Wiener-Khinchin theorem (12.0.12) says that the Fourier transform ofthe autocorrelation is equal to the power spectrum. In z-transform language, this Fouriertransform is just a Laurent series in z. The equation that is to be satisfied by the coefficientsin equation (13.7.4) is thusMXa0φj z j2 ≈MPj=−Mk1 +ak z (13.7.7)k=1The approximately equal sign in (13.7.7) has a somewhat special interpretation. It meansthat the series expansion of the left-hand side is supposed to agree with the right-hand sideterm by term from z −M to z M . Outside this range of terms, the right-hand side is obviouslyzero, while the left-hand side will still have nonzero terms. Notice that M , the number ofcoefficients in the approximation on the left-hand side, can be any integer up to N , the totalnumber of autocorrelations available.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5140
Авторов
на СтудИзбе
442
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее