19532

Цифровая обработка сигналов. Основные понятия

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 1.Цифровая обработка сигналов. Основные понятия Введение В настоящее время методы цифровой обработки сигналов digital signal processing DSP находят все более широкое применение вытесняя постепенно методы основанные на аналоговой обработке. В данном курсе рассматрива...

Русский

2013-07-12

608.07 KB

8 чел.

Лекция 1.Цифровая обработка сигналов. Основные понятия

Введение

В настоящее время методы цифровой обработки сигналов, digital signal processing (DSP) находят все более широкое применение, вытесняя постепенно методы, основанные на аналоговой обработке. В данном курсе рассматриваются основы теории, и наиболее употребляемые алгоритмы обработки. 

При работе над данным конспектом автор пользовался следующими источниками

  1.  Р.Отнес, Л.Энокон. Прикладной анализ временных рядов. М.:Мир, 1982.
  2.  A.Oppenheim, R.Schafer. Discrete-time signal processing. Prentice-Hall, 1989.

Кроме того, при изложении вопросов, связанных с Wavelet теорией использованы статьи, о которых будет сказано в соответствующем месте.

Постановка задачи.

Пусть имеется непрерывный сигнал x(t), заданный на интервале . При переходе к оцифровке происходит следующая операция. Выбирается шаг дискретизации , и вместо исходного сигнала получается последовательность . Далее, выбирается формат оцифровки r. Обычно он бывает кратным 8, хотя это не обязательно. Предположим, что существует такое число М, что выполнены неравенства:  для всех n. Интервал [-M,M] разбивается на частей. После этого каждое значение  заменяется номером интервала, в который попало соответствующее значение. В результате последовательность  заменяется новой последовательностью , но теперь каждый член новой последовательности принимает значения из интервала . При желании вместо указанного представления можно перейти к представлению сигнала целыми числами со знаком.

На каждом из упомянутых шагов происходит огрубление сигнала. Первая задача цифровой обработки заключается в оценке искажения исходного сигнала. Дальнейшая обработка состоит в извлечении из полученного сигнала нужной информации и подавлении шумов. Это осуществляется с помощью цифровой фильтрации. Даже оцифрованный сигнал занимает много места, и следующий шаг обработки заключается в сжатии сигнала. Обычно имеется в виду сжатие с потерей информации. Здесь важно установить критерии допустимой потери информации. В зависимости от выбранного критерия выбирается способ сжатия. Хотя последовательность бесконечна, в реальных условиях мы имеем дело лишь с конечными последовательностями. В этой связи нужна оценка потерь, связанных с усечением последовательностей.

Преобразование Фурье

Важнейшей характеристикой исходного сигнала является его преобразование Фурье. Если исходный сигнал задан функцией , заданной на всей вещественной оси, то его преобразование Фурье задается формулой

  (1)

Функция  или ее модуль трактуется как интенсивность исходного сигнала на частоте . Обратное преобразование задается аналогичной формулой:

  (2)

Справедливость указанных формул возможна лишь при  определенных ограничениях на исходные функции. В зависимости от наложенных ограничений данным формулам придают различный смысл. Мы не будем уточнять данное обстоятельство, предполагая, что все выполняемые операции типа изменения порядка интегрирования законны. Однако в любом случае при обычном понимании интегрирования необходимым условием является убывание функций на бесконечности. В реальных условиях это ограничение не имеет места, поэтому предварительно нужно ознакомиться со специальным математическим аппаратом, позволяющим в некоторых случаях обойти данное ограничение.

Прежде, чем переходить к изложению этого аппарата, напомним основные свойства преобразования Фурье. Для краткости связь между функцией и ее преобразованием Фурье будем обозначать так: .

Если  то 

Сверткой двух функций называется функция , заданная формулой: . Имеет место соотношение 

Двойственное соотношение имеет вид .

Вообще говоря, не предполагается, что функция  - вещественная. Если же это так, то  

. Эта формула получается формальным дифференцированием под знаком интеграла в (2).

Обобщенные функции

Как уже отмечалось, для  того, чтобы в обычном смысле существовало преобразование Фурье от функции, необходимо ее убывание на бесконечности. Очевидно, что это не выполнено для стационарного сигнала. Для того, чтобы иметь возможность работать с преобразованием Фурье и от таких функций нужен вспомогательный аппарат.

Обозначим через  множество бесконечно дифференцируемых функций с компактным носителем. По определению, последовательность , если все эти функции имеют общий компактный носитель, принадлежат  и в каждой точке имеет место обычная сходимость. Функционал это отображение , причем . Если  - интегрируемая функция, то ей соответствует функционал . Однако существуют функционалы, не представимые в указанной форме. Например, . Этот функционал записывают в форме . Наряду с указанным функционалом определяют функционалы , исходя из формального правила замены переменных в интеграле. Хотя этот функционал нельзя представить с помощью обычной функции, можно ввести -образную последовательность. Положим  при  и 0 в остальных точках. Интеграл от нее равен 1. При больших  функция  представима в виде  при , поэтому  (второе слагаемое исчезает в силу симметричности). 

Лемма. Пусть  имеет интегрируемую производную. Тогда 

Доказательство проводится интегрированием по частям. Аналогичное утверждение справедливо и для .

Задача 1. Доказать, что 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21122. Архітектура у другій половині XVII - XVIII ст. 18.21 KB
  спостерігається співіснування та переплетіння різних стилів з виразним домінуванням стилю бароко. знаменує розквіт нового своєрідного стилю який носить назву козацьке бароко. Це найменування покликане підкреслити що в Україні архітектура бароко набуває своєрідних мистецьких форм і національного колориту. Однією з перших споруд у стилі козацького бароко була Миколаївська церква на головному міському майдані у Ніжині 16681669 центрі одного з найбільших козацьких полків.
21123. Живопис у другій половині XVII - XVIII ст. 17.62 KB
  Для українського барокового живопису визначальним став виразний вплив фламандської аристократичної школи Рубенса захоплення якою докорінно змінило попередні національні традиції. Разом з тим стилістика українського живопису цього періоду є досить різноманітною і нерівноцінною за майстерністю. Найвідомішими зразками київської школи монументального живопису є розписи Успенського собору й Троїцької надбрамної церкви у КиєвоПечерській лаврі яким притаманні м'яка пастельна форма письма чуттєвість округла плавність ліній що налаштовують...
21124. Музична культура у другій половині XVII - XVIII ст. 20.11 KB
  В КиєвоМогилянській академії існував хор студентів числом до 300 осіб. Відтоді одяг студентів Київської академії став своєрідною уніформою церковних півчих по всій Російській імперії особливо по архієрейських хорах. Березовський почав складати інструментальні композиції ще під час навчання у Київській академії якими вже тоді звернув на себе увагу. Через Глухівську музичну школу він потрапляє до придворної капели а звідти був відправлений до Болонської музичної академії в Італії де навчався у відомого музичного теоретика Мартіні в якого...
21125. Розвиток етнографії та історичної науки наприкінці XVIII - на початку XX ст. 18.19 KB
  князь Микола Цертелєв грузин за походженням проте щирий патріот України опублікував у Петербурзі Попытку собрания старых малороссийских песен збірку українських історичних дум. Це відбилося у працях кількох нащадків старшинських родів які вийшли у відставку з царської служби й присвятили себе опрацюванню та публікації історичних матеріалів слідами козацьких літописців. У зв’язку з необхідністю підтвердити своє шляхетське походження яке повинна була засвідчити спеціальна комісія у Петербурзі так звана Геральдія посилився пошук...
21126. Конструирование. Основные понятия и определения 115 KB
  Основные понятия и определения Конструирование является составной частью процесса разработки СВТ и представляет собой комплекс взаимосвязанных работ при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции устройства знание технологии. Каждое поколение СВТ имело новый тип элементной базы что изменяло правила и положения теории и практики конструирования. Но характерным всегда являлось и является разбиение конструкции и общей схемы СВТ на отдельные часто повторяющиеся устройства оформляемые в виде элементов...
21127. Сутність і соціальна природа релігії 55.5 KB
  Богослови майже усіх релігійних конфесій запевняють своїх віруючих, що їх релігія є віровчення, яке дано людям богом. Так, згідно з уявленням буддистів, буддизм був даний богами людям через Будду, людину, яка досягла вищої святості. Один з Будд, якого прозвали в його земному житті Шакьямуні
21128. Поверхностно-монтируемые компоненты (SMC или SMD) 90 KB
  Выводные компоненты IMC или THT Эта хорошо знакомая отечественным технологам группа компонентов включает традиционные пассивные компоненты с осевыми аксиальными выводами пассивные и активные компоненты с радиальными выводами а также интегральные схемы в DIP СИП и других менее распространенных корпусах. Нестандартные компоненты OFC К этой группе компонентов выделившейся относительно недавно мы относим выводные компоненты не вошедшие в IMC. Это самая пестрая группа компонентов включающая в себя соединители разъемы трансформаторы...
21129. Воздействия электрического характера 48 KB
  При реализации устройства возникают паразитные связи помехи. Паразитные связи являются следствием неидеальности реализации электрической схемы поэтому значения наводок определяются конструкцией изделия табл. Классификация паразитных связей в каналах передачи информации Причины помех Источники помех внутренние внешние Включение напряжения помехи в канале связи последовательное последовательное последовательное и параллельное Физические причины паразитной связи Неидеальность элементов в канале связи Неидеальность токопроводящих цепей...
21130. ПОНЯТИЕ О ПРОИЗВОДСТВЕННОМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССАХ 46.5 KB
  Изделием называется любой предмет или набор предметов производства подлежащих изготовлению на предприятии. Производство классифицируется тремя категориями: 1 Типы 2 Виды 3 Части Типы производства классификационная категория производства выделяемая по признакам широты номенклатуры регулярности стабильности и объема выпуска изделий. Тип производства важнейшая характеристика от которой зависит объем подготовки производства для выпуска изделия.