Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие для вузов [Андрей Алексеевич Афанасьев] (pdf) читать постранично, страница - 2

годах XX века, расширила перечень приложений, использующих ЦОС. Кроме военных
и правительственных нужд технология цифровой обработки сигналов широко начала применяться в бытовой сфере. ЦОС получила
распространение в таких массовых приложениях, как мобильные телефоны, проигрыватели компакт-дисков и электронная речевая почта. Техническая революция привела к тому, что в настоящее время
ЦОС является неотъемлемой дисциплиной, включенной в курс обучения для получения базового высшего технического образования.
Сегодня технология цифровой обработки сигналов представлена базовыми знаниями, которые необходимы ученым и инженерам.
Курс ЦОС занимает одно из центральных мест среди дисциплин профессиональной подготовки не только специалистов в области
цифровой связи, разработчиков и пользователей радиотехнических
систем самого различного назначения, но и всех специалистов, в той
или иной мере связанных с регистрацией, обращением, обработкой и
использованием информационных данных самой различной природы — пользователей цифровых систем. Это определяется тем, что
информация, наряду с материей и энергией, принадлежит к фундаментальным философским категориям естествознания и является
одной из движущих сил современного развития науки, техники и
человеческой цивилизации в целом. Но информация не относится к
числу материальных объектов и не существует в явном физическом
виде. В ЦОС носителями информации являются цифровые сигналы
в любой форме их материального представления в пределах систем,
вне которых понятия сигналов также не имеют смысла. Все это
приводит к тому, что профессионально грамотная и эффективная
регистрация информации, ее обработка, интерпретация и использование возможны только при хорошем знании методов и систем ЦОС.
В настоящее время имеется достаточно большое количество разнообразной литературы по предметной области ЦОС, особенностями данного пособия являются доступность изложения изучаемого
материала, значительное количество иллюстраций и максимальная
приближенность к структуре изучаемого курса.

Введение

5

Обучение методам и средствам ЦОС осуществляется в рамках
дисциплины «Цифровая обработка сигналов». Она охватывает широкий круг теоретических вопросов, изучаемых на лекционных и
групповых занятиях, а также в процессе самостоятельной работы
обучающихся.
Настоящее учебное пособие представляет собой законченный
труд, состоящий из 7 базовых глав, отражающих основную предметную область изучения цифровой обработки сигналов. Структура
пособия максимально приближена к тематическому плану изучения
дисциплины, а его наполнение отражает необходимый и достаточный
теоретический материал в соответствии с программой дисциплины
«Цифровая обработка сигналов».
Главы 3, 6 и 7 написаны к.т.н, доцентом А.А. Афанасьевым, разделы 1.1–1.13, 1.15, 1.16, а также главы 2, 3, 4 и разделы 5.3, 5.4.1,
5.5.1–5.5.3, 5.5.5, 5.6, 6.1, 6.3.3–6.3.4 — к.т.н, доцентом А.А. Рыболовлевым, глава 5 — к.т.н. А.П. Рыжковым, остальные разделы подготовлены авторами совместно.

1

Дискретные и цифровые сигналы

1.1. Предмет и проблематика цифровой обработки
сигналов
Цифровая обработка сигналов (ЦОС, в английском написании:
DSP — digital signal processing), как область науки и техники, включает в себя весьма широкий круг вопросов — от математической
теории дискретных и цифровых сигналов и систем до проблем практической реализации устройств. Математические основы ЦОС разработаны достаточно давно, однако эффективная реализация вычислительных алгоритмов долго сдерживалась отсутствием необходимой элементной базы. Значительный прогресс последних десятилетий в области микроэлектроники (повышение степени интеграции
и быстродействия интегральных схем, появление и бурное развитие
микропроцессоров) обусловил сегодняшнюю высокую динамичность
развития практики ЦОС, что выражается в широком распространении цифровых устройств и, в свою очередь, стимулирует дальнейшие теоретические исследования. Основными, тесно взаимоувязанными направлениями современной теории ЦОС можно считать
цифровую частотную селекцию сигналов, разработку быстрых алгоритмов обработки сигналов, адаптивную обработку цифровых сигналов, многоскоростную цифровую обработку сигналов и цифровую
обработку многомерных сигналов. Широкий спектр решаемых задач, требования выполнения вычислений в реальном масштабе времени привели к созданию новых специальных классов микроэлектронной компонентной базы, получивших название «цифровые процессоры обработки сигналов» (ЦПОС), «программируемые логические интегральные схемы» (ПЛИС) и «системы на кристалле» (СнК).
Следует иметь в виду, что для обозначения ЦПОС часто используется другой термин — «сигнальные процессоры». Современные
ЦПОС, ПЛИС и СнК, обладая приспособленной для ЦОС архитектурой, позволили значительно повысить эффективность систем