Презентация "Цифровая обработка сигналов" (9 класс) по информатике – проект, доклад

План лекции

Цифровая обработка сигналов: лекция 1

Информационные источники Историческая справка Предмет курса и основные разделы ЦОС Аппаратная и программная реализация алгоритмов

Информационные источники

В.В. Крюков. Цифровая обработка сигналов. Конспект лекций. Влад. ВГУЭС. 1998. Крюков В.В., Широбокова К.И. Учебное пособие к лабораторному практикуму по дисциплине.- Влад., ДВГТИ, 1995. Л. Рабинер, Б. Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с английского - М.: Мир, 1978. С.Л.Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с английского - М.: Мир, 1990. У.М. Сиберт. Цепи, сигналы, системы: Перевод с английского - М.: Мир, 1988 г. С.252. Лекции по DSP (Digital Signal Processing), университет Карнеги, кафедра компьютерной техники. http://www.ece.cmu.edu/~ee791/ Лекции по Сбору данных, Спектральному анализу, фильтрам и фильтрации: «Научное и техническое руководство по обработке сигналов» http://www.dspguide.com Курс «Введение в DSP». http://bores.com/courses/intro Курс в Аванте – http://avanta.vvsu.ru

Историческая справка

40-е годы: исследование сотрудниками фирмы Bell Telephone возможности использования цифровых элементов для создания фильтров 50-е годы: в Массачусетском технологическом институте были исследованы принципы дискретизации колебаний и возникающие при этом эффекты, а так же вопросы применения в радиоэлектронике математического аппарата теории Z-преобразования Кайзер (фирма Bell) показал, как можно рассчитывать цифровые фильтры с нужными характеристиками, используя билинейное преобразование 60-е годы: начала формироваться теория цифровой обработки сигналов (ЦОС) 1965 г. - опубликована статья Кули и Тьюки о быстром методе вычисления дискретного преобразования Фурье, давшая мощный толчок развитию этого нового технического направления - цифровой спектральный анализ

70-е годы: оценены потенциальные возможности интегральных микросхем, что позволило представить полную систему обработки сигналов, для которой наилучшая техническая реализация была бы именно цифровой Современная тенденция развития ЦОС - усилением взаимодействия нескольких областей: анализа сигналов, теории систем, статистических методов и вычислительной математики. Революция в технологии сверхбольших интегральных схем (СБИС) способствовала слиянию областей разработки интегральных схем для вычислительной техники и обработки сигналов В начале 80-х годов фирмами Texas Instruments, IBM, Analog Devices, Motorola, AT&T были выпущены СБИС (их стали называть цифровые процессоры сигналов – DSP, Digital Signal Processing) со специальной архитектурой и набором команд для построения систем цифровой обработки сигналов

Предмет курса

Типовая блок-схема устройства ЦОС

Основные преимущества систем ЦОС по сравнению с традиционными аналоговыми устройствами:  точность обработки и повторяемость параметров при тиражировании;  стабильность характеристик и высокая помехоустойчивость;  простота модификации алгоритмов обработки;  слабая зависимость цены аппаратной части от сложности алгоритма обработки;  простота обслуживания и настройки. Недостатки систем ЦОС:  ограниченный частотный диапазон обрабатываемых сигналов;  ограниченный динамический диапазон (с появлением 32-х разрядных устройств этот недостаток преодолен);  наличие шумов квантования.

Определение. Цифровая обработка сигналов - отдельная область знаний, которая описывает методы сбора и обработки цифровых сигналов, а также способы построения процессорных систем, предназначенных для обработки цифровых сигналов. С практической точки зрения ЦОС - это одна из наиболее мощных технологий, которая будет определять методы сбора и обработки информации, а значит развитие электронной техники в 21 веке.

Направления развития ЦОС

развитие эффективных алгоритмов обработки с целью уменьшения времени выполнения операций ЦОС, повышения точности результатов, улучшения качественных характеристик систем ЦОС; развитие операционных сред, в том числе операционных систем реального времени, для решения прикладных задач; внедрение методов ЦОС в изделия массового спроса (мобильная телефония, звуковая и видео запись/воспроизведение, телевизионная техника); создание универсальных ЦОС процессоров с целью внедрения методов ЦОС в коммерческие приложения (телекоммуникация, обработка речи, изображений, сжатие данных, мультимедиа, медицина).

Основные разделы ЦОС

Аппаратная и программная реализация

Особенности аппаратной реализации ЦУ: автономность ЦУ; целесообразна при большом количестве изделий; производительность потенциально выше, чем при программной реализации; проблемы с конечной разрядностью операционных устройств. Особенности программной реализации на базе универсальных компьютеров и DSP: гибкость систем; задачи ЦОС решаются комплексно (обработка, хранение результатов, графический анализ); нет проблем с разрядностью операционных устройств

Этапы построения систем ЦОС

Вводные сведения по комплексной арифметике

Квадратный корень от -1 принято обозначать символом j, т.е. Комплексное число c может быть записано в виде c = a + jb, где a и b - вещественная и мнимая части числа c Re [c] = вещественная часть от c = a Im [c] = мнимая часть от c = b Если a, b, g, h являются вещественными числами, то сложение, умножение и деление комплексных чисел (a + jb) и (g + jh) выполняется по следующим формулам (a + jb) + (g + jh) = (a + jb) х (g + jh) =

Операция комплексного сопряжения и произведение комплексного числа на комплексно сопряженное определяются c* = Re[c] - jIm[c] cc* = (a + jb)(a - jb) = a2 + b2 Комплексное число (a + jb) может быть представлено в полярных координатах r и 

c a jb cc b = + * 2 e jx x j exp( ) cos sin ( r arctan q z 1 )) - jy y Ы 0 zz arg /