Цифровая обработка сигналов — С позиций временного и частотного подходов излагаются вопросы теории цифровой обработки сигналов. Рассматриваются классификация, характеристики и структурные схемы, а также шумовые модели цифровых фильтров (вещественных и комплексных, скалярных и векторных). Разработана методика анализа шумов квантования векторных цифровых фильтров. Рассматриваются алгоритмы нелинейной цифровой обработки сигналов в системах связи на основе метода комплексной огибающей, а также методы построения цифровых моделей аналоговых систем. Изложены методы математического синтеза одномерных скалярных вещественных нерекурсивных и эвристического синтеза рекурсивных цифровых фильтров. Разработаны алгоритмы синтеза одномерных скалярных комплексных цифровых фильтров (нерекурсивных и рекурсивных). Рассмотрены методики расчёта разрядности коэффициентов и операционных устройств одномерных скалярных и векторных цифровых фильтров, а также требуемого быстродействия вычислителя, что необходимо для выбора элементной базы — сигнального процессора (DSP). Приведены примеры моделирования процессов цифровой фильтрации. Книга предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся проектированием систем цифровой обработки сигналов и цифровым моделированием технических систем, а также для студентов и аспирантов радиотехнических специальностей вузов.
Название: Цифровая обработка сигналов Автор: Гадзиковский В. И. Издательство: СОЛОН-Пресс Год: 2013 Страниц: 769 Формат: DJVU Размер: 25,6 Мб ISBN: 978-5-91359-117-3 Качество: Отличное Язык: Русский
Содержание:
Предисловие: Список используемых сокращений Список основных обозначений Введение Глава 1. Математическое описание дискретных сигналов 1.1. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы 1.2. Z-преобразование 1.3. Свойства Z-преобразования 1.4. Применение Z-преобразования для решения линейных разностных уравнений 1.5. Модифицированное Z-преобразование 1.6. Преобразование Фурье решётчатой функции 1.7. Дискретное преобразование Фурье Краткие итоги Глава 2. Алгоритмы цифровой фильтрации 2.1. Алгоритмы линейной цифровой фильтрации 2.2. Классификация цифровых фильтров Краткие итоги Глава 3. Характеристики одномерных стационарных линейных цифровых фильтров 3.1. Импульсная характеристика 3.2. Передаточная функция 3.3. Комплексная частотная характеристика 3.4. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики 3.5. Минимально-фазовые и неминимально-фазовые цифровые фильтры 3.6. Нерекурсивные цифровые фильтры 3.7. Устойчивость цифровых фильтров Краткие итоги Глава 4. Структурные схемы одномерных стационарных линейных цифровых фильтров 4.1. Структурная схема нерекурсивного цифрового фильтра 4.2. Структурная схема рекурсивного цифрового фильтра при прямой форме реализации 4.3. Структурная схема рекурсивного цифрового фильтра при канонической форме реализации 4.4. Описание ЦФ в пространстве состояний 4.5. Способы соединения блоков цифрового фильтра 4.6. Структурные схемы комплексных цифровых фильтров 4.7. Структурные схемы векторных цифровых фильтров Краткие итоги Глава 5. Нерекурсивные одномерные скалярные стационарные цифровые фильтры с линейными фазочастотными характеристиками 5.1. Условия линейности фазочастотных характеристик нерекурсивных цифровых фильтров 5.2. Фильтр вида 1 5.3. Фильтр вида 2 5.4. Фильтр вида 3 5.5. Фильтр вида 4 5.6. Расположение нулей передаточной функции цифрового фильтра с линейной фазочастотной характеристикой Краткие итоги Глава 6. Цифровая обработка сигналов в частотной области 6.1. Общий подход к обработке сигналов на основе дискретного преобразования Фурье 6.2. Свойства дискретного преобразования Фурье 6.3. Свёртки решётчатых функций 6.4. Обратное дискретное преобразование Фурье 6.5. Быстрое преобразование Фурье с прореживанием по времени 6.6. Быстрое преобразование Фурье с прореживанием по частоте 6.7. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье для N ≠ 2V Краткие итоги Глава 7. Алгоритмы цифрового моделирования аналоговых систем 7.1. Математическое описание цифровых моделей линейных аналоговых систем 7.2. Алгоритмы дискретной свёртки 7.3. Рекуррентные алгоритмы моделирования аналоговых линейных динамических систем 7.4. Дискретная аппроксимация на основе Z-преобразования 7.5. Дискретная аппроксимация на основе формул численного интегрирования (метод В. В. Быкова) 7.6. Методы, основанные на преобразовании структурной схемы 7.7. Особенности цифрового моделирования нелинейных аналоговых систем Краткие итоги Глава 8. Нелинейные алгоритмы цифровой обработки сигналов на основе метода комплексных огибающих 8.1. Метод комплексных огибающих 8.2. Спектры дискретизированных полосовых сигналов 8.3. Формирование квадратурных компонент комплексной огибающей 8.4. Модель системы связи с квадратурной модуляцией 8.5. Цифровые модели нелинейных преобразований полосовых сигналов в радиоприёмных и радиопередающих устройствах Краткие итоги Глава 9. Линейные алгоритмы цифровой обработки полосовых сигналов по методу комплексных огибающих 9.1. Модели линейных полосовых систем на основе свёртки 9.2. Метод укороченных передаточных функций 9.3. Модели линейных полосовых систем на основе рекуррентных алгоритмов Краткие итоги Глава 10. Модели процессов квантования сигнал в цифровых фильтрах 10.1. Эффекты квантования в цифровых фильтрах 10.2. Кодирование чисел в двоичной системе счисления 10.3. Квантование коэффициентов цифрового фильтра 10.4. Модели аналого-цифрового преобразования сигналов 10.5. Модель квантования результатов арифметических операций 10.6. Линейная шумовая модель рекурсивного цифрового фильтра при прямой форме реализации 10.7. Линейная шумовая модель рекурсивного цифрового фильтра при канонической форме реализации 10.8. Обобщённая линейная шумовая модель цифрового фильтра (схема Л. Б. Джексона) 10.9. Передаточные функции схемы Л. Б. Джексона при различных соединениях блоков фильтра 10.10. Шумы квантования в векторных цифровых фильтрах простой структуры 10.11. Шумы квантования в векторных цифровых фильтрах сложной структуры Краткие итоги Глава 11. Методы оценки шумов квантования на выходе цифрового фильтра 11.1. Методы анализа линейных дискретных систем при детерминированных и случайных воздействиях 11.2. Оценка максимального уровня сигналов в скалярном вещественном цифровом фильтре 11.3. Детерминированные оценки шумов квантования на выходе скалярного вещественного цифрового фильтра 11.4. Вероятностные оценки шумов квантования на выходе скалярного вещественного цифрового фильтра 11.5. Сравнение шумовых характеристик скалярных вещественных рекурсивных цифровых фильтров при прямой и канонической формах реализации 11.6. Устойчивость цифровых фильтров с учётом ограниченной разрядности операционных устройств 11.7. Масштабирование сигналов в цифровых фильтрах 11.8. Расстановка блоков в цифровых фильтрах каскадной структуры 11.9. Оценки шумов квантования в векторных цифровых фильтрах простой структуры 11.10. Оценки шумов квантования в векторных цифровых фильтрах сложной структуры Краткие итоги Глава 12. Решение аппроксимационной задачи при проектировании одномерных скалярных вещественных стационарных нерекурсивных линейных цифровых фильтров 12.1. Задачи инженерного исследования и проектирования технических систем и устройств 12.2. Этапы проектирования цифровых фильтров 12.3. Формулировка аппроксимационной задачи проектировании скалярных вещественных нерекурсивных цифровых фильтров 12.4. Применение оконных функций для синтеза нерекурсивных цифровых фильтров с линейными фазочастотными характеристиками 12.5. Синтез нерекурсивных цифровых фильтров с линейными фазочастотными характеристиками методом разложения аппроксимируемой функции в ряд Фурье 12.6. Решение аппроксимационной задачи для нерекурсивных цифровых фильтров с линейными фазочастотными характеристиками при среднеквадратическом критерии 12.7. Решение аппроксимационной задачи для нерекурсивных цифровых фильтров с линейными фазочастотными характеристиками при среднеквадратическом критерии с ограничениями 12.8. Решение аппроксимационной задачи для нерекурсивных цифровых фильтров с линейными фазочастотными характеристиками при минимаксном критерии 12.9. Решение аппроксимационной задачи для нерекурсивных цифровых фильтров методом частотной выборки Краткие итоги Глава 13. Проектирование одномерных скалярных вещественных стационарных рекурсивных линейных цифровых фильтров по нормированным аналоговым прототипам 13.1. Общая характеристика метода проектирования рекурсивных линейных цифровых фильтров по аналоговым прототипам 13.2. Синтез аналогового нормированного ФНЧ Баттерворта 13.3. Синтез аналоговых нормированных ФНЧ Чебышева 13.4. Синтез аналогового нормированного эллиптического ФНЧ 13.5. Аналоговый нормированный ФНЧ Бесселя 13.6. Обобщённая форма представления передаточной функции аналогового нормированного ФНЧ-прототипа 13.7. Денормирование частоты в аналоговой области 13.8. Методы дискретизации аналоговых фильтров 13.9. Денормирование частоты в цифровой области 13.10. Обобщённое билинейное преобразование Краткие итоги Глава 14. Применение системы компьютерной математики MATLAB для синтеза одномерных скалярных вещественных стационарных линейных цифровых фильтров 14.1. Общие сведения о системе MATLAB 14.2. Проектирование аналоговых фильтров с использованием системы MATLAB 14.3. Проектирование рекурсивных цифровых фильтров с использованием системы MATLAB 14.4. Проектирование нерекурсивных цифровых фильтров с использованием системы MATLAB 14.5. Моделирование цифровой фильтрации с помощью GUI SPTool Краткие итоги Глава 15. Решение аппроксимационной задачи при проектировании одномерных скалярных комплексных стационарных нерекурсивных линейных цифровых фильтров 15.1. Общие сведения о скалярных комплексных стационарных линейных цифровых фильтрах 15.2. Синтез одномерных скалярных комплексных стационарных нерекурсивных линейных цифровых фильтров по заданной амплитудно-частотной характеристике 15.3. Примеры синтеза одномерных скалярных комплексных стационарных нерекурсивных линейных цифровых фильтров 15.4. Сдвиг частоты в комплексных цифровых фильтрах Краткие итоги Глава 16. Решение аппроксимационной задачи при проектировании одномерных скалярных комплексных стационарных рекурсивных линейных цифровых фильтров 16.1. Синтез одномерных скалярных комплексных стационарных рекурсивных линейных цифровых фильтров по аналоговым прототипам 16.2. Влияние расположения полюсов и нулей передаточной функции одномерного скалярного комплексного стационарного рекурсивного линейного цифрового фильтра на амплитудно-частотную характеристику 16.3. Синтез рекурсивных комплексных цифровых фильтров методом сдвига частоты в вещественных рекурсивных цифровых фильтрах-прототипах Краткие итоги Глава 17. Расчёт разрядности коэффициентов цифровых фильтров 17.1. Подходы к расчёту разрядности коэффициентов цифровых фильтров 17.2. Алгоритм расчёта цифрового фильтра при заданной разрядности коэффициентов 17.3. Алгоритм минимизации разрядности коэффициентов цифрового фильтра при ограничении сверху 17.4. Алгоритм минимизации разрядности коэффициентов цифрового фильтра при отсутствии ограничений 17.5. Примеры квантования коэффициентов цифровых фильтров Краткие итоги Глава 18. Расчёт разрядности операционных устройств цифровых фильтров 18.1. Математический аппарат для расчёта максимальных по модулю оценок сигналов и характеристик шумов квантования на выходах цифровых фильтров 18.2. Расчёт числа разрядов регистров SЦ для представления кодов целых частей отсчётов сигналов в цифровых фильтрах 18.3. Расчёт числа разрядов регистров SД для представления кодов дробных частей отсчётов сигналов в цифровых фильтрах при детерминированном подходе 18.4. Расчёт числа разрядов регистров SД для представления кодов дробных частей отсчётов сигналов в цифровых фильтрах при вероятностном подходе 18.5. Оценка необходимого быстродействия DSP для реализации цифровых фильтров 18.6. Примеры расчёта разрядностей операционных устройств цифровых фильтров Краткие итоги Глава 19. Моделирование процессов цифровой фильтрации 19.1. Особенности моделирования процессов цифровой фильтрации 19.2. Реакция цифровых фильтров на сигнал с линейной частотной модуляцией 19.3. Моделирование переходных процессов в цифровых фильтрах Краткие итоги Заключение Приложение 1. Структурная схема одномерного трёхкоординатного векторного вещественного стационарного рекурсивного линейного цифрового фильтра Приложение 2. Особенности DSP фирмы Texas Instruments (платформа C6000) Литература
