
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. СИГНАЛЫ И ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ
- •1.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ
- •1.3. СПЕКТР ДИСКРЕТНОГО СИГНАЛА
- •1.6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДИСКРЕТИЗАЦИИ СИГНАЛА
- •1.7. УСЛОВИЯ ВЫБОРА ЧАСТОТЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
- •1.8. КВАНТОВАНИЕ СИГНАЛОВ ПО УРОВНЮ
- •1.8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СПОСОБЫ
- •1.8.2. ПОГРЕШНОСТЬ КВАНТОВАНИЯ
- •1.9. ЦИФРОВОЕ КОДИРОВАНИЕ СИГНАЛА
- •1.9.1. АЛГОРИТМЫ КОДИРОВАНИЯ И ФОРМАТЫ ЦИФРОВОГО СИГНАЛА
- •1.9.2. ПОГРЕШНОСТЬ КВАНТОВАНИЯ ЦИФРОВОГО СИГНАЛА
- •1.10. УСЛОВИЯ ВЫБОРА РАЗРЯДНОСТИ АЦП
- •1.12. УСЛОВИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ АДЕКВАТНОСТИ ДИСКРЕТНОГО И ЦИФРОВОГО СИГНАЛОВ
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •2. ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ РАЗНОСТНЫХ УРАВНЕНИЙ И ДИСКРЕТНОЙ ВРЕМЕННОЙ СВЕРТКИ
- •2.4. ТЕСТОВЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
- •2.5. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ И ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ
- •2.6. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ РЕКУРСИВНЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •2.7. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
- •2.8. ФОРМЫ РЕАЛИЗАЦИИ РЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
- •2.9. ПРЯМАЯ ФОРМА РЕАЛИЗАЦИИ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
- •2.10. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ И ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕРЕКУРСИВНОГО ФИЛЬТРА
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •3.1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •3.2.1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДА
- •3.2.2. ПРОСТОЕ БИЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
- •3.2.3. ОБОБЩЕННЫЕ БИЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
- •3.2.6. ПЕРЕХОД ОТ АФПНЧ К ЦФ ЗАДАННОГО ТИПА
- •3.2.7. МЕТОДИКА СИНТЕЗА РФ ПО АНАЛОГОВОМУ ПРОТОТИПУ
- •3.2.8. ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ РФ
- •3.3. СИНТЕЗ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ МЕТОДОМ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •3.3.1. ОСНОВЫ МЕТОДА
- •3.3.2. ПАРАМЕТРЫ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •3.3.3. ОПИСАНИЯ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •3.3.4. ВЕСОВЫЕ ФУНКЦИИ КАЙЗЕРА
- •3.3.5. ИМПУЛЬСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛЬНЫХ ЦФ РАЗЛИЧНОГО ТИПА
- •3.3.6. МЕТОДИКА СИНТЕЗА НФ МЕТОДОМ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •3.3.7. ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ НФ МЕТОДОМ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •3.4. СИНТЕЗ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •3.4.1. ОСНОВЫ МЕТОДА
- •3.4.2. СИНТЕЗ НФ ВТОРОГО ТИПА МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •3.4.3. МЕТОДИКА СИНТЕЗА НФ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •3.4.4. ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ НФ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •3.5. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •4. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЦОС
- •4.2. ВЛИЯНИЕ КВАНТОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЬТРА
- •4.3. МАСШТАБИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРАХ
- •4.4. РАСЧЕТ МАСШТАБНЫХ МНОЖИТЕЛЕЙ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ СТРУКТУР ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •4.4.3. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА РЕКУРСИВНОГО ФИЛЬТРА
- •4.4.4. КАСКАДНАЯ СТРУКТУРА РЕКУРСИВНОГО ФИЛЬТРА
- •4.5.1. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРОВ
- •4.5.2. РАСЧЕТ ШУМА КВАНТОВАНИЯ АЦП НА ВЫХОДЕ ЦФ
- •4.5.3. РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ КВАНТОВАНИЯ ДЛЯ ПРЯМОЙ ФОРМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЗВЕНА РФ 2-ГО ПОРЯДКА
- •4.5.4. РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ КВАНТОВАНИЯ ДЛЯ КАНОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЗВЕНА РФ 2-ГО ПОРЯДКА
- •4.5.6. РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ КВАНТОВАНИЯ ДЛЯ НЕРЕКУРСИВНОГО ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ ДВС
- •4.5.7. РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ КВАНТОВАНИЯ ДЛЯ КАСКАДНОЙ ФОРМЫ РЕАЛИЗАЦИИ РФ
- •4.9. СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОЦЕНКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЦФ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ
- •4.14. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ КОНЕЧНОЙ РАЗРЯДНОСТИ ЧИСЕЛ
- •4.14.1. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КОНЕЧНОЙ РАЗРЯДНОСТИ ЧИСЕЛ ДЛЯ РЕКУРСИВНОГО ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА
- •4.14.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КОНЕЧНОЙ РАЗРЯДНОСТИ ЧИСЕЛ ДЛЯ НЕРЕКУРСИВНОГО ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •5.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ
- •5.2. СВОЙСТВА ДПФ
- •5.3. АЛГОРИТМ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ КОНЕЧНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ДПФ
- •5.5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ДПФ
- •5.6. АЛГОРИТМ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •5.6.1. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ И ОБЩАЯ СТРУКТУРА НЕРЕКУРСИВНОГО ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ
- •5.6.2. ОПИСАНИЕ НЕРЕКУРСИВНОЙ ЧАСТИ ФИЛЬТРА
- •5.6.3. ОПИСАНИЕ РЕКУРСИВНОЙ ЧАСТИ ФИЛЬТРА
- •5.6.6. НЕРЕКУРСИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ СО СМЕЩЕНИЕМ НУЛЕЙ И ПОЛЮСОВ ВНУТРЬ КРУГА ЕДИНИЧНОГО РАДИУСА
- •5.6.8. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ ВТОРОГО ТИПА
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •6.1. ОБЩАЯ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
- •6.3. КОМПЛЕКСНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
- •6.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
- •6.4.1. РЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР ВЕСОВОГО ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО УСРЕДНЕНИЯ
- •6.4.2. НЕРЕКУРСИВНЫЕ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
- •6.4.2. СГЛАЖИВАЮЩИЕ НЕРЕКУРСИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АППРОКСИМАЦИИ
- •6.4.3. СГЛАЖИВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ НЕЛИНЕЙНОГО МЕДИАННОГО ФИЛЬТРА
- •6. 5. РЕЖЕКЦИЯ ФИКСИРОВАННЫХ ЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
- •6.6 1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ СОГЛАСОВАННЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
- •6.7. ПРОСТЫЕ АЛГОРИТМЫ ЦИФРОВОГО ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
- •6. 8.ПРОСТЫЕ АЛГОРИТМЫ ЦИФРОВОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЗАДАЧИ ПО ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ СИГНАЛОВ
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
37 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................ |
3 |
1. СИГНАЛЫ И ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЦИФРОВОЙ |
|
ОБРАБОТКЕ................................................................................................ |
5 |
1.1. Общая структура системы цифровой обработки аналоговых |
|
сигналов...................................................................................................... |
5 |
1.2. Математические модели дискретных сигналов..................................... |
6 |
1.3. Спектр дискретного сигнала.................................................................... |
8 |
1.4. Связь между спектрами дискретного и аналогового сигналов. |
|
Явление наложения спектров................................................................... |
9 |
1.5. Определение и оценка методической погрешности, вызывае- |
|
мой дискретизацией сигнала по времени ............................................. |
15 |
1.6. Практические особенности дискретизации сигнала............................ |
16 |
1.7. Условия выбора частоты дискретизации.............................................. |
18 |
1.8. Квантование сигналов по уровню ......................................................... |
23 |
1.9. Цифровое кодирование сигнала ............................................................ |
26 |
1.10.Условия выбора разрядности АЦП ....................................................... |
27 |
1.11.Инструментальные погрешности преобразования аналог – код........ |
29 |
1.12.Условие математической адекватности дискретного и цифрового |
|
сигналов.................................................................................................... |
31 |
1.13.Преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую............. |
31 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ........................................................................ |
35 |
2. ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ РАЗНОСТНЫХ |
|
УРАВНЕНИЙ И ДИСКРЕТНОЙ ВРЕМЕННОЙ СВЕРТКИ ............... |
36 |
2.1 Определение и классификация дискретных систем............................ |
36 |
2.2. Методы математического описания линейных дискретных |
|
систем во временной области и алгоритмы цифровой фильт- |
|
рации на их основе.................................................................................. |
37 |
2.3. Методы математического описания сигналов дискретных сис- |
|
тем на комплексной плоскости (в частотной области) ...................... |
40 |
2.4. Тестовые последовательности дискретных систем............................. |
43 |
2.5. Передаточная функция и частотная характеристика дискрет- |
|
ной системы ............................................................................................. |
48 |
2.6. Передаточные функции рекурсивных цифровых фильтров............... |
52 |
2.7. Частотные характеристики рекурсивных фильтров............................ |
57 |
2.8. Формы реализации рекурсивных фильтров ......................................... |
59 |
2.9. Прямая форма реализации нерекурсивных фильтров......................... |
66 |
2.10.Передаточная функция и частотная характеристика нерекур- |
|
сивного фильтра ...................................................................................... |
67 |
2.11.Нерекурсивные фильтры с линейной фазочастотной характе- |
|
ристикой ................................................................................................... |
68 |
|
38 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ |
........................................................................ 70 |
3. СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ ПО ЗАДАННОЙ ЧАСТОТНОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКЕ (ЗАДАЧА АППРОКСИМАЦИИ) ...................... |
71 |
3.1. Задачи и методы синтеза цифровых фильтров .................................... |
71 |
3.2. Синтез рекурсивных фильтров по аналоговому прототипу. |
|
Метод билинейного преобразования .................................................... |
73 |
3.3. Синтез нерекурсивных фильтров методом весовых функций ........... |
84 |
3.4. Синтез нерекурсивных фильтров методом частотной выборки ........ |
95 |
3.5. Численные методы синтеза цифровых фильтров .............................. |
101 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ...................................................................... |
102 |
4. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЦОС ............. |
103 |
4.1. Задачи ЦОС, связанные с конечной разрядностью чисел ................ |
103 |
4.2. Влияние квантования коэффициентов фильтра................................. |
105 |
4.3. Масштабирование сигналов в цифровых фильтрах .......................... |
105 |
4.4. Расчет масштабных множителей для конкретных структур |
|
цифровых фильтров .............................................................................. |
108 |
4.5. Оценка шумов квантования и требуемой разрядности АЦП и |
|
регистров фильтра................................................................................. |
111 |
4.6. Предельные циклы или колебания в рекурсивных фильтрах .......... |
119 |
4.7. Методика решения задач конечной разрядности чисел в циф- |
|
ровых фильтрах ..................................................................................... |
119 |
4.8. Роль ЭВМ при решении задач оценки и обеспечения точности |
|
ЦОС......................................................................................................... |
121 |
4.9. Способы решения задач оценки и обеспечения точности ЦФ с |
|
помощью моделирования на ЭВМ...................................................... |
121 |
4.10. Общая граф-схема программного моделирования ЦФ.................... |
123 |
4.11. Граф-схема алгоритма моделирования каскадно реализуемо- |
|
го РФ для прямой формы реализации звеньев................................... |
124 |
4.12. Граф-схема алгоритма моделирования каскадно реализуемого |
|
РФ при канонической форме реализации звеньев............................. |
126 |
4.13. Граф-схема алгоритма моделирования нерекурсивного цифро- |
|
вого фильтра на основе ДВС............................................................... |
127 |
4.14. Примеры решения задач конечной разрядности чисел.................... |
130 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ...................................................................... |
133 |
5.ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ С КОНЕЧНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБ-
РАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ И ЧАСТОТНОЙ ВЫБОРКИ........................... |
134 |
5.1. Определение дискретного преобразования Фурье............................ |
134 |
5.2. Свойства ДПФ ....................................................................................... |
138 |
5.3. Алгоритм цифровой фильтрации конечных последователь- |
|
ностей на основе ДПФ.......................................................................... |
139 |
5.4. Фильтрация последовательностей большой длины с помощью |
|
алгоритма на основе ДПФ (секционирование свертки).................... |
142 |
39 |
|
5.5. Программная реализация цифровых фильтров на основе ДПФ ...... |
144 |
5.6. Алгоритм цифровой фильтрации на основе частотной выборки..... |
148 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ...................................................................... |
159 |
6.СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬРОВ………………………………………………………………..161
6.1. Общая и специальные задачи цифровой фильтрации....................... |
161 |
6.2. Перестраиваемые цифровые фильтры, амплитудные и фазо- |
|
вые корректоры ..................................................................................... |
161 |
6.3. Комплексные цифровые фильтры....................................................... |
164 |
6.4. Сглаживающие цифровые фильтры.................................................... |
167 |
6.5. Режекция фиксированных частот с помощью нерекурсивных |
|
фильтров................................................................................................. |
173 |
6.6. Согласованные (оптимальные) нерекурсивные фильтры................. |
174 |
6.7. Простые алгоритмы цифрового дифференцирования сигналов… .180 |
|
6.8. Простые алгоритмы цифрового интегрирования сигналов ............ |
182 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ...................................................................... |
184 |
ЗАДАЧИ ПО ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ СИГНАЛОВ ………………...185 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ ............................................................................................. |
193 |
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................... |
193 |