7

обеспечивающий улучшение отношения сигнал/помеха, и решающее устройство РУ, выполняющее главные функции приема (обнаружения, различения и восстановления сигналов).

Рис.1.1. Структура оптимального приемного устройства

Известны следующие методы фильтрации, обеспечивающие улучшение соотношения сигнал/помеха:

•метод накопления;

•частотная фильтрация;

•корреляционный метод;

•согласованная фильтрация;

•нелинейная фильтрация.

Все эти методы основаны на использовании различий свойств полезного сигнала и помехи.

Кроме того, при первичной обработке решается задача обнаружения сигнала и определения местоположения его источника. На этом же этапе обработки в ряде случаев формируются также некоторые количественные оценки сигнала (амплитуда, частота, фаза).

Во входной смеси может и не быть полезного сигнала x(t), поэтому на выходе системы предварительной обработки не будет никакого сигнала; следовательно, интенсивность потока данных на выходе будет ниже, чем на входе.

Система вторичной обработки сигнала предназначена для идентификации обнаруженного сигнала, его классификации и выдачи информации об обнаруженных сигналах оператору или формирования управляющего воздействия.

Характерной чертой первичной обработки сигнала является постоянство алгоритма обработки при его достаточно высокой вычислительной сложности. Этап вторичной обработки характеризуется большей гибкостью используемых алгоритмов, необходимостью поддержки обмена с другим техническим средством или диалога с оператором. Поэтому системы вторичной обработки чаще всего строятся на основе программируемых вычислительных средств. Системы же первичной обработки могут быть построены как на программируемых вычислительных средствах, так и на основе специальных вычислителей с жесткой логикой [11].

1.2.Технические средства комплекса обработки сигналов

Комплекс цифровой обработки сигналов содержит ЭВМ, специализированные устройства ввода и соответствующее программное

8

обеспечение. В общем случае подобный комплекс должен также обеспечивать ввод, вывод и передачу сигналов различной физической природы. Общие требования к системам ЦОС представлены в таблице 1.1.

При этом особый интерес представляет обработка двумерных сигналов – изображений, получаемых от различных приемных устройств.

Многие задачи обработки изображений могут быть решены на современных персональных ЭВМ, если к скорости обработки не предъявляются высокие требования. В этом случае те или иные процедуры обработки изображений на ПЭВМ реализуются путем создания специального программного обеспечения. Для обеспечения ввода изображения в реальном масштабе времени используются специализированные устройства ввода. К такому типу систем относятся системы IMAGE-3 и Microsight-2. Заметим, что в них обработка изображений производится на ПЭВМ не в реальном масштабе

ПЭВМ. В этом случае необходимы специализированные устройства обработки. В настоящее время, согласно литературе, известны два типа систем обработки сигналов [8,9,11,20].

9

Первый тип систем ЦОС предусматривает построение конструктивно законченного блока. Как правило, такой блок имеет модульную структуру и строится на базе специализированных СБИС (например, на основе БМК), что позволяет обеспечить аппаратную реализацию подлежащего исполнению алгоритма и оптимизировать структуру аппаратных средств под особенности алгоритма. К этому направлению можно отнести системы Series-151 и MaxVideo. В ряде случаев такие процессоры могут программироваться в целях выполнения тех или иных функций, как, например, WARP-процессор [9].

Отличительной чертой такой архитектуры является наличие отдельных магистралей ввода/вывода данных и возможность автономного функционирования. Блок со спецпроцессором при этом может быть выполнен в стандартном конструктиве типа VME, CAMAC, Multibys [8,9].

Такая система ЦОС допускает не только ввод, но и обработку изображений в реальном масштабе времени, поэтому подобный подход весьма эффективен при построении систем обработки видеоданных.

Второй тип систем ЦОС представляет собой ПЭВМ со специализированным сопроцессором в виде платы, подключаемой к магистрали ПЭВМ и конструктивно встраиваемый в ее корпус. Примером такой архитектуры могут служить наборы модулей фирмы Data Translation на

средства ориентированы на использование в качестве периферийных спецпроцессоров для построения систем на базе IBM PC/AT. Спецпроцессор, входящий в эту систему, имеет, как правило, конвейерную структуру и может выполнять процедуры обработки изображений, требующие больших вычислительных затрат, в реальном масштабе времени. Настройка на выполнение тех или иных конкретных алгоритмов обработки видеоинформации производится программированием спецпроцессора, что увеличивает

соответствующие вычислительные средства строятся по принципу операционного автомата с жесткой логикой. Такой подход связан с автономностью функционирования средств предварительной обработки от управляющей ЭВМ при неизменном алгоритме обработки и высокой интенсивности входного потока данных.

Второй тип систем используется, как правило, для систем, сочетающих средства предварительной (спецпроцессоры) и вторичной (ПЭВМ) обработки, когда требуется достаточно интенсивный обмен с оператором.

10

2. ПОНЯТИЕ СИГНАЛОВ. ВИДЫ СИГНАЛОВ

Сигнал является физическим носителем информации. Информация передаётся сигналом за счёт изменения характеристик или параметров сигнала, например, во времени (в большинстве случаев) или как изменение (например, интенсивности света) от пространственных координат. Следовательно, с математической точки зрения, сигнал описывается как функция от одной или нескольких переменных.

2.1. Виды сигналов

Сигналы могут быть подразделены на следующие виды [19]:

1)Аналоговые сигналы x = x(t) , т.е. описываемые как функция (чаще

всего действительная от одной или нескольких переменных, например, времени, пространственных координат. При этом значение сигнала может быть определено в любой момент времени как действительное число. Если например, аналоговый сигнал задан как изменение напряжения от времени u(t) , то раз-

мерность сигнала – вольт.

2)Цифровые сигналы X =[x0 , x1, x2 ,... xN −1] , т.е. заданные в виде набора

значений или измерений в фиксированные моменты времени. Такие значения принято называть отсчетами сигнала. Каждый отсчет задан с определенной заданной точностью, т.е является числом фиксированной разрядности.

3)Детерминированные сигналы- значение сигнала в любой момент времени точно определённое.

4)Случайные сигналы -. Значение сигнала в любой момент времени

является случайной величиной, которое принимает определённое конкретное значение с некоторой вероятностью.

5)Сигналы с ограниченной энергией (или интегрируемым квадратом)

∞∫ S2 (t)dt < ∞

−∞

6)Периодические сигналы:

S(t) = S(t + nT ); n =1,2...

Где T – период сигнала; f = T1 – частота повторения сигнала (с-1, Гц);

ω = 2π f = 2Tπ – круговая частота (рад/с). Отметим что периодические сигналы

имеют бесконечную энергию.

7) Финитные сигналы или сигналы с конечной длительностью – если описывающая их функция отлична от «0» на конечном интервале. Если такая функция не имеет разрывов II рода (когда ветви сигнала уходят в бесконечность), то энергия таких финитных сигналов конечна.

Более узкие виды сигналов.

Как носители информации могут быть выделены: