20. Цифровая обработка сигналов

ЦОС, DSP — преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то есть представлен в цифровой форме. Если частота дискретизации сигнала F_d не меньше, чем удвоенная наивысшая частота в спектре сигнала F_max, то полученный дискретный сигналs(k) эквивалентен сигналу s(t) . При помощи математических алгоритмов s(k) преобразуется в некоторый другой сигнал s₁(k), имеющий требуемые свойства. Процесс преобразования сигналов называется фильтрацией, а устройство, выполняющее фильтрацию, называется фильтр. Поскольку отсчёты сигналов поступают с постоянной скоростью F_d, фильтр должен успевать обрабатывать текущий отсчет до поступления следующего, то есть обрабатывать сигнал в реальном времени. Для обработки сигналов (фильтрации) в реальном времени применяют специальные вычислительные устройства — цифровые сигнальные процессоры. Всё это полностью применимо не только к непрерывным сигналам, но и к прерывистым, а также к сигналам, записанным на запоминающие устройства. В последнем случае скорость обработки непринципиальна, так как при медленной обработке данные не будут потеряны.

Различают методы обработки сигналов во временной и в частотной области. Эквивалентность частотно-временных преобразований однозначно определяется через преобразование Фурье. Обработка сигналов во временной области широко используется в современной электронной осциллографии и в цифровых осциллографах. Для представления сигналов в частотной области используются цифровые анализаторы спектра.

21. Преобразования Фурье

Преобразование Фурье — операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты («амплитуды») при разложении исходной функции на элементарные составляющие — гармонические колебания с разными частотами. Преобразование Фурье функции f вещественной переменной является интегральным преобразованием и задается следующей формулой:

Алгоритм быстрого преобразование Фурье (БПФ) - основывается на стратегии “разделяй и властвуй”. Он не самый эффективный по количеству операций, но легко распараллеливается и не требует сложных вспомогательных вычислений, реализация которых на GPU может оказаться затруднительной или даже невозможной.

22. Основы opengl

OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека, графическое API) - спецификация, определяющая независимый от языка программирования кросс - платформенный программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику. Включает более 250 функций для рисования сложных трёхмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании компьютерных игр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. На платформе Windows конкурирует сDirect3D.

На базовом уровне, OpenGL — это просто спецификация, то есть документ, описывающий набор функций и их точное поведение. Производители оборудования на основе этой спецификации создают реализации — библиотеки функций, соответствующих набору функций спецификации. Реализация использует возможности оборудования там, где это возможно. Если аппаратура не позволяет реализовать какую-либо возможность, она должна быть эмулирована программно. Производители должны пройти специфические тесты (тесты на соответствие) прежде чем реализация будет классифицирована как OpenGL реализация.

OpenGL позволяет:

1. Создавать объекты из геометрических примитивов (точки, линии, грани и битовые изображения).

2. Располагать объекты в трёхмерном пространстве и выбирать способ и параметры проецирования.

3. Вычислять цвет всех объектов. Цвет может быть как явно задан, так и вычисляться с учётом источников света, параметров освещения, текстур.

4. Переводить математическое описание объектов и связанной с ними информации о цвете в изображение на экране.

При этом OpenGL может осуществлять дополнительные операции, такие, как удаление невидимых фрагментов изображения. Команды OpenGL реализованы как модель клиент-сервер. Приложение выступает в роли клиента: оно вырабатывает команды, а сервер OpenGL интерпретирует и выполняет их. Сам сервер может находиться как на том же компьютере, на котором находится и клиент, так и на другом.