3. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe... 43

Transkrypt

1 Spis treści 3 Przedmowa... 9 Cele książki i sposoby ich realizacji...9 Podziękowania Rozległość zastosowań i głębia problematyki DSP Korzenie DSP...12 Telekomunikacja...14 Przetwarzanie sygnału fonicznego...15 Echolokacja...17 Przetwarzanie obrazów Statystyka, rachunek prawdopodobieństwa i szumy Terminologia sygnałów i wykresów...22 Wartość średnia i odchylenie standardowe...23 Sygnał a proces przezeń reprezentowany...26 Histogram, pmf, pdf...29 Rozkład normalny...35 Generacja szumu cyfrowego...38 Precyzja i dokładność Przetwarzanie analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe Kwantyzacja...44 Twierdzenie o próbkowaniu...47 Przetwarzanie cyfrowo-analogowe...53 Filtry analogowe w przetwarzaniu danych...56 Wybór filtru antyaliasingowego...63 Przetwarzanie o wielu częstotliwościach próbkowania (multirate)...66 Jednobitowe przetwarzanie danych Oprogramowanie DSP Liczby w komputerze...74 Zapis stałoprzecinkowy (liczby całkowite)...74 Zapis zmiennoprzecinkowy (liczby rzeczywiste)...76 Dokładność liczb...78 Szybkość wykonania język programowania...81 Szybkość wykonywania sprzęt...85 Szybkość wykonywania triki programowe Systemy liniowe Sygnały i systemy...92 Warunki liniowości...93 Liniowość statyczna i wierność odtwarzania sinusoidy...96 Przykłady systemów liniowych i nieliniowych...99 Specjalne cechy liniowości...99 Zasada superpozycji podstawa DSP...101

2 4 Spis treści Metody rozkładu Alternatywy liniowości Splot Funkcja delta i odpowiedź impulsowa Splot Algorytm od strony wejścia Algorytm od strony wyjścia Suma wejść ważonych Właściwości splotu Typowe odpowiedzi impulsowe Właściwości matematyczne Szybkość Dyskretne przekształcenie Fouriera Rodzina przekształceń Fouriera Zapis i format rzeczywistego DFT Zmienna niezależna w dziedzinie częstotliwości Funkcje bazowe DFT Synteza, obliczanie odwrotnej transformaty DFT Analiza, obliczanie transformaty DFT Dualizm Zapis we współrzędnych biegunowych Niedogodności współrzędnych biegunowych Zastosowania DFT Analiza widmowa sygnałów Odpowiedź częstotliwościowa systemów Splot przez dziedzinę częstotliwości Właściwości przekształcenia Fouriera Liniowość przekształcenia Fouriera Właściwości fazowe Okresowy charakter DFT Kompresja i ekspansja, przetwarzanie o wielu częstotliwościach próbkowania Mnożenie sygnałów (modulacja amplitudy) Dyskretne w czasie przekształcenie Fouriera Zależność Parsevala Pary transformat Fouriera Para transformat funkcji delta Funkcja sin(x)/x Inne pary transformat Efekt Gibbsa...213

3 Spis treści 5 Harmoniczne Sygnały świergotowe Szybkie przekształcenie Fouriera Rzeczywiste DFT z zastosowaniem zespolonego DFT Jak działa FFT Programy FFT Porównanie szybkości i dokładności Dalszy wzrost szybkości Przetwarzanie sygnałów ciągłych Funkcja delta Splot Przekształcenie Fouriera Szereg Fouriera Wprowadzenie do filtrów cyfrowych Podstawowe informacje o filtrach Jak informacja jest reprezentowana w sygnałach Parametry w dziedzinie czasu Parametry w dziedzinie częstotliwości Filtry górnoprzepustowe, pasmowoprzepustowe i pasmowozaporowe Klasyfikacja filtrów Filtry o zasadzie średniej kroczącej Realizacja przez splot Tłumienie szumu a odpowiedź skokowa Odpowiedź częstotliwościowa Filtry pokrewne filtrom o średniej kroczącej Realizacja przez rekursję Filtry okienkowane funkcją sinc Sposób realizacji filtrów z okienkowaniem funkcją sinc... Projektowanie filtru Przykłady filtrów okienkowanych funkcją sinc Granice możliwości Filtry dostosowane do szczególnych wymagań Dowolna odpowiedź częstotliwościowa Rozplot Filtry optymalne Splot FFT Metoda nakładania z dodawaniem (overlap-add) Splot FFT Polepszenie szybkości...306

4 6 Spis treści 19. Filtry rekursywne Metoda rekursywna Jednobiegunowe filtry rekursywne Filtry wąskopasmowe Odpowiedź fazowa Stosowanie liczb całkowitych Filtry Czebyszewa Odpowiedzi Czebyszewa i Butterwortha Projektowanie filtru Przerzut odpowiedzi skokowej Stabilność Porównanie filtrów Pojedynek 1: Filtry analogowe przeciw cyfrowym Pojedynek 2: Filtr okienkowany funkcją sinc przeciw filtrowi Czebyszewa Pojedynek 3: Filtr o średniej kroczącej przeciw filtrowi jednobiegunowemu Przetwarzanie sygnałów fonicznych Słuch ludzki Barwa dźwięku Zależność jakości dźwięku od przepływności bitowej Technika audio o wysokiej wierności Kompansja Synteza i rozpoznawanie mowy Nieliniowe przetwarzanie sygnałów fonicznych Tworzenie i wyświetlanie obrazów Struktura obrazu cyfrowego Aparaty fotograficzne i oczy Telewizyjne sygnały wideo Akwizycja i wyświetlanie innych obrazów Regulacja jaskrawości i kontrastu Przekształcenia skali szarości Odkształcanie obrazów (warping) Liniowe przetwarzanie obrazów Splot Modyfikacja krawędzi Splot przez rozłączność Przykład dużej funkcji PSF spłaszczanie oświetlenia Fourierowska analiza obrazu Splot FFT Bliższe spojrzenie na splot obrazowy...401

5 Spis treści Specjalne techniki obrazowe Rozdzielczość przestrzenna Odstęp i apertura próbkowania Stosunek sygnału do szumu Morfologiczne przetwarzanie obrazu Tomografia komputerowa Sieci neuronowe (i więcej!) Wykrywanie celu Architektura sieci neuronowych Dlaczego to działa? Trenowanie sieci neuronowych Ocena wyników Projektowanie filtru rekursywnego Kompresja danych Sposoby kompresji danych Kodowanie ciągów Kodowanie Huffmana Kodowanie delta Kompresja LZW JPEG (kompresja transformatowa) MPEG Cyfrowe procesory sygnałowe Czym cyfrowe procesory sygnałowe różnią się od innych mikroprocesorów Buforowanie cykliczne Architektura cyfrowego procesora sygnałowego DSP stałoprzecinkowe a DSP zmiennoprzecinkowe Język C a język asemblera Jak szybkie są cyfrowe procesory sygnałowe? Rynek cyfrowych procesorów sygnałowych (DSP) Rozpoczęcie pracy z DSP Rodzina ADSP-2106x Zestaw próbny SHARC EZ-KIT Lite Przykład projektowania filtr SOI do sygnałów fonicznych Pomiary analogowe w systemie DSP Inne spojrzenie na systemy stało- i zmiennoprzecinkowe Zaawansowane narzędzia programowe Liczby zespolone System liczb zespolonych Zapis we współrzędnych biegunowych Stosowanie liczb zespolonych metodą zastępowania...533

6 8 Spis treści Zespolona reprezentacja sinusoid Zespolona reprezentacja systemów Analiza obwodów elektrycznych Zespolone przekształcenie Fouriera Rzeczywiste DFT Równoważność matematyczna Zespolone DFT Rodzina przekształceń Fouriera Dlaczego stosuje się przekształcenie Fouriera Przekształcenie Laplace a Właściwości dziedziny s Metodyka przekształcenia Laplace a Analiza obwodów elektrycznych Znaczenie zer i biegunów Projektowanie filtrów w dziedzinie zmiennej zespolonej s Przekształcenie Z Właściwości dziedziny z Analiza systemów rekursywnych Stopnie kaskadowe i równoległe Inwersja widmowa Zmiany wzmocnienia Projektowanie filtru Czebyszewa Butterwortha To, co najlepsze i najgorsze w DSP Słownik pojęć Indeks...613