Szczegóły książki

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, wyd. 2 / 2007

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, wyd. 2 / 2007

Tomasz P. Zieliński

W książce w sposób przystępny dokonano przejścia od matematycznych podstaw teorii sygnałów analogowych do współczesnych zastosowań analizy i przetwarzania sygnałów cyfrowych. Niezbędne rozważania matematyczne zilustrowano licznymi przykładami obliczeniowymi, rysunkami oraz programami komputerowymi, napisanymi w języku Matlab. Poza klasycznymi tematami, takimi jak filtracja analogowa i cyfrowa oraz ciągła i dyskretna transformacja Fouriera, opisano także zagadnienia bardziej zaawansowane: filtrację adaptacyjną, estymację rekursywną oraz nowoczesne metody analizy częstotliwościowej i czasowo-częstotliwościowej sygnałów, w tym transformację falkową i zespoły filtrów. Podano również podstawy: kodowania i rozpoznawania sygnału mowy, kompresji MP3 sygnału audio, analizy i przetwarzania obrazów oraz cyfrowej modulacji wielotonowej, stosowanej m.in. w szybkich telefonicznych modemach ADSL oraz w lokalnych bezprzewodowych sieciach komputerowych typu Wi-Fi. Książka jest podręcznikiem akademickim. W zamierzeniu autora każdy z rozdziałów stanowi zamkniętą całość, odpowiednią do oddzielnej lektury, dlatego część przedstawionego materiału będzie się w niewielkim stopniu powtarzać, ale zazwyczaj w nieco innej formie. Książka jest adresowana do pracowników naukowych wyższych uczelni, słuchaczy studiów doktoranckich, studentów zgłębiających tajniki cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz praktykujących inżynierów zainteresowanych własnym rozwojem. 


  Przedmowa XI
  Wykaz oznaczeń XIII
  Wykaz skrótów XV
  1. Sygnały i ich parametry 1
    1.1. Pojęcia podstawowe 1
    1.2. Klasyfikacja sygnałów 2
    1.3. Sygnały deterministyczne 4
      1.3.1. Parametry 4
      1.3.2. Przykłady 7
      1.3.3. Sygnały zespolone 13
      1.3.4. Rozkład sygnałów na składowe 14
      1.3.5. Funkcja korelacji własnej i wzajemnej 14
      1.3.6. Splot sygnałów 17
      1.3.7. Transformacja Fouriera 22
    1.4. Sygnały losowe 24
      1.4.1. Zmienne losowe 24
      1.4.2. Procesy losowe, stacjonarność, ergodyczność 26
      1.4.3. Funkcje korelacji i kowariancji, gęstość widmowa mocy 28
      1.4.4. Estymatory parametrów i funkcji 30
      1.4.5. Filtracja sygnałów losowych 34
    1.5. Przykład ćwiczenia komputerowego 35
  2. Podstawy matematyczne analizy sygnałów deterministycznych 39
    2.1. Przestrzenie sygnałów deterministycznych 39
    2.2. Dyskretne reprezentacje ciągłych sygnałów deterministycznych 41
    2.3. Ciągłe reprezentacje ciągłych sygnałów deterministycznych - przekształcenia całkowe 47
    2.4. Reprezentacje sygnałów dyskretnych - przestrzenie wektorowe 50
    2.5. Przykład ćwiczenia komputerowego 60
  3. Szereg Fouriera 63
    3.1. Ortogonalne funkcje bazowe 63
    3.2. Harmoniczne zespolone funkcje bazowe 65
    3.3. Harmoniczne rzeczywiste funkcje bazowe 66
    3.4. Przykład obliczeniowy 67
    3.5. Przykład ćwiczenia komputerowego 68
    3.6. Szereg Fouriera sygnałów dyskretnych - dyskretne przekształcenie Fouriera 71
  4. Całkowe przekształcenie Fouriera 74
    4.1. Definicja 74
    4.2. Podstawowe właściwości 75
    4.3. Transformaty Fouriera wybranych sygnałów 79
    4.4. Widmo iloczynu i splotu dwóch sygnałów 87
    4.5. Twierdzenie o próbkowaniu 93
    4.6. Widmo sygnału spróbkowanego 97
    4.7. Przykład ćwiczenia komputerowego 101
  5. Układy analogowe 103
    5.1. Analogowe układy LTI 103
    5.2. Transmitancja układu analogowego, zera i bieguny 107
    5.3. Przekształcenie Laplace'a, transmitancja Laplace'a 112
    5.4. Wykresy Bodego 116
    5.5. Złożone układy analogowe LTI 118
    5.6. Analiza matematyczna wybranych układów 120
    5.7. Przykłady projektowania 124
    5.8. Przykład ćwiczenia komputerowego 129
  6. Analogowe filtry Butterwortha i Czebyszewa 131
    6.1. Ogólne zasady projektowania filtrów analogowych 132
    6.2. Transformacja częstotliwości 139
    6.3. Filtry Butterwortha 146
    6.4. Filtry Czebyszewa typu I 157
    6.5. Filtry Czebyszewa typu II 161
    6.6. Sprzętowa implementacja filtrów analogowych 165
  7. Dyskretyzacja sygnałów analogowych 173
    7.1. Podstawy 173
    7.2. Przetworniki analogowo-cyfrowe 179
    7.3. Przetworniki cyfrowo-analogowe 184
    7.4. Tor przetwarzania analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego 185
  8. Analiza częstotliwościowa sygnałów dyskretnych 192
    8.1. Widmo Fouriera sygnałów dyskretnych 192
      8.1.1. Przekształcenie Fouriera dla sygnałów ciągłych 193
      8.1.2. Szereg Fouriera dla sygnałów ciągłych 193
      8.1.3. Przekształcenie Fouriera dla sygnałów dyskretnych 194
      8.1.4. Szereg Fouriera dla sygnałów dyskretnych, czyli dyskretne przekształcenie Fouriera 198
    8.2. Przykłady dyskretnych transformat Fouriera sygnałów 202
    8.3. Interpretacja dyskretnego przekształcenia Fouriera 206
    8.4. Tor przetwarzania sygnałów podczas analizy częstotliwościowej 210
    8.5. Dyskretne okna czasowe 212
      8.5.1. Okna nieparametryczne 212
      8.5.2. Okna parametryczne 217
    8.6. Przykłady analizy częstotliwościowej z wykorzystaniem funkcji okien; 220
    8.7. Szybkie wyznaczanie funkcji autokorelacji i funkcji gęstości widmowej mocy 226
  9. Algorytmy wyznaczania dyskretnej transformacji Fouriera 231
    9.1. Metoda bezpośrednia 231
    9.2. Algorytm Goertzela 234
    9.3. Rekurencyjne wyznaczanie sekwencji dyskretnych transformat Fouriera 236
    9.4. Transformacja świergotowa - lupa w dziedzinie częstotliwości 239
    9.5. Szybka transformacja Fouriera - algorytmy radix-2 241
      9.5.1. Podział w dziedzinie czasu - DIT (Decimation in Time) 241
      9.5.2. Podział w dziedzinie częstotliwości - DIF (Decimation in Frequency) 252
    9.6. Szybka transformacja Fouriera dla sygnałów rzeczywistych 255
    9.7. Dwuwymiarowa dyskretna transformacja Fouriera 257
    9.8. Wyznaczanie DCT metodą szybkiej transformacji Fouriera 258
  10. Układy dyskretne 260
    10.1. Układy dyskretne LTI 260
    10.2. Algorytm filtracji sygnałów za pomocą dyskretnych układów LTI 265
    10.3. Transformacja Z 267
    10.4. Odwrotna transformacja Z 270
    10.5. Właściwości transformacji Z 274
    10.6. Transmitancja układów dyskretnych 275
    10.7. Przykłady projektowania układów dyskretnych metodą "zer i biegunów" 280
    10.8. Przykład ćwiczenia komputerowego 284
  11. Projektowanie rekursywnych filtrów cyfrowych 288
    11.1. Wymagania stawiane filtrom cyfrowym 289
    11.2. Metoda Yule’a-Walkera 291
    11.3. Metoda niezmienności odpowiedzi impulsowej 291
    11.4. Metoda dopasowanej transformacji Z 293
    11.5. Metoda transformacji bilingowej 293
    11.6. Przykłady projektowania filtrów w języku Matlak 297
    11.7. Przykład ćwiczenia komputerowego; 304
  12. Projektowanie nierekursywnych filtrów cyfrowych 307
    12.1. Wprowadzenie 308
    12.2. Metoda próbkowania w dziedzinie częstotliwości 313
    12.3. Metoda optymalizacji średniokwadratowej 317
    12.4. Metoda aproksymacji Czebyszewa (algorytm Remeza) 321
    12.5. Metoda okien 325
    12.6. Filtry specjalne 339
      12.6.1. Filtr Gilberta 339
      12.6.2. Filtr różniczkujący 345
      12.6.3. Filtr interpolatora i decymatora cyfrowego 347
      12.6.4. Przykład ćwiczenia komputerowego 351
    12.7. Synchronizacja próbek wejściowych i wyjściowych filtra 353
  13. Algorytmy filtracji cyfrowej 356
    13.1. Klasyczne struktury filtrów cyfrowych 356
    13.2. Struktura zmiennych stanu 361
    13.3. Inne struktury filtrów cyfrowych; 363
    13.4. Splot liniowy i kołowy 364
    13.5. Algorytmy szybkiego splotu sygnałów dyskretnych 371
    13.6. Algorytmy sekcjonowanego szybkiego splotu sygnałów dyskretnych 373
    13.7. Przykład ćwiczenia komputerowego 376
  14. Filtry adaptacyjne 379
    14.1. Wprowadzenie 379
    14.2. Podstawy filtracji adaptacyjnej 380
    14.3. Filtracja optymalna - filtr Wienera 382
    14.4. Gradientowe filtry adaptacyjne 384
    14.5. Filtry adaptacyjne LSM - bez pamięci 386
    14.6. Filtry adaptacyjne LS (RLS) - filtry z pamięcią 388
    14.7. Przykłady zastosowań 391
    14.8. Przykład ćwiczenia komputerowego - filtr adaptacyjny (N)LMS 394
  15. Liniowa estymacja rekursywna 399
    15.1. Metoda najmniejszych kwadratów. Filtry RLS i WRLS 399
    15.2. Metoda minimalno-średniokwadratowa. Filtr Kalmana 408
  16. Zaawansowane metody analizy częstotliwościowej sygnałów 420
    16.1. Wprowadzenie 420
    16.2. Modelowanie parametryczne AR, MA i ARMA 423
      16.2.1. Podstawy 423
      16.2.2. Model AR 426
      16.2.3. Model MA 427
      16.2.4. Model ARMA 429
      16.2.5. Podsumowanie 430
    16.3. Metody podprzestrzeni 430
      16.3.1. Podstawy 430
      16.3.2. Metoda Pisarenki 432
      16.3.3. Metody pochodne: MUSIC, EV i MV 435
      16.3.4. Metoda ESPRIT 437
      16.3.5. Metody podprzestrzeni sygnału (składowych głównych) 439
    16.4. Przykład ćwiczenia komputerowego 440
  17. Metody czasowo-częstotliwościowej analizy sygnałów 443
    17.1. Problem analizy czasowo-częstotliwościowej 444
    17.2. Transformacja Gabora 450
    17.3. Krótkoczasowa transformacja Fouriera STFT 455
    17.4. Transformacja falkowa 459
    17.5. Transformacja Wignera-Ville’a 427
    17.6. Reprezentacje czasowo-częstotliwościowe z klasy Cohena 477
    17.7. Przykłady zastosowań 486
    17.8. Przykład ćwiczenia komputerowego 493
  18. Zespoły filtrów 496
    18.1. Wprowadzenie 496
    18.2. Pojęcia podstawowe 500
      18.2.1. Decymator i interpolator 500
      18.2.2. Dekompozycja polifazowa sygnałów 503
      18.2.3. Decymator i interpolator w zapisie polifagowym 506
    18.3. Opis matematyczny zespołu filtrów 507
      18.3.1. Analiza jednej gałęzi 507
      18.3.2. Analiza wszystkich gałęzi 511
      18.3.3. Zapis polifazowy zespołu filtrów 512
      18.3.4. Warunek perfekcyjnej rekonstrukcji 514
    18.4. Zespoły filtrów z modulacją zespoloną 515
      18.4.1. DFT jako modulowany zespół filtrów 516
      18.4.2. Krótkoczasowa transformacja Fouriera; STFT jako modulowany zespół filtrów 518
      18.4.3. Uogólniony modulowany zespół filtrów oparty na DFT 519
    18.5. Zespoły filtrów z modulacją kosinusową 527
      18.5.1. Równania, budowa 527
      18.5.2. Projektowanie filtrów prototypowych 533
    18.6. Implementacja programowa zespołu filtrów standardu MPEG audio 539
  19. Projekt LPC-10: podstawy kompresji i rozpoznawania sygnału mowy 545
    19.1. Wprowadzenie 545
    19.2. Model generacji sygnału mowy 549
    19.3. Układ decyzyjny "mowa dźwięczna/bezdźwięczna" 551
    19.4. Wyznaczanie filtra traktu głosowego 557
    19.5. Algorytm kodera i dekodera mowy standardu LPC-10 563
    19.6. Przykład programu komputerowego 566
    19.7. Od kodowania do rozpoznawania mowy 569
  20. Projekt LPC-10: kompresja sygnału mowy - metody zaawansowane 577
    20.1. Metoda Durbina-Levinsona 577
    20.2. Filtry kratowe 581
    20.3. Przykładowy program komputerowy 590
  21. Projekt MPEG AUDIO: psychoakustyczna kompresja dźwięku 592
    21.1. Wprowadzenie do standardu MPEG audio 593
    21.2. Podstawy modelowania psychoakustycznego 594
    21.3. Modele psychoakustyczne standardu MPEG audio 603
      21.3.1. Model psychoakustyczny I 603
      21.3.2. Model psychoakustyczny II 604
      21.3.3. Program komputerowy 612
    21.4. Zespoły filtrów w standardzie MPEG audio 618
    21.5. Kodowanie dźwięku na poziomach MP1 i MP2 631
      21.5.1. Algorytm kompresji i dekompresji 631
      21.5.2. Program komputerowy 638
  22. Projekt OBRAZ: podstawy analizy i przetwarzania sygnałów dwuwymiarowych 647
    22.1. Wprowadzenie do świata 2D i 3D 649
    22.2. Transformacje ortogonalne 2D obrazów 658
      22.2.1. Dyskretna transformacja Fouriera 658
      22.2.2. Dyskretna transformacja kosinusowa 663
      22.2.3. Dowolna transformacja ortogonalna - interpretacja współczynników 665
      22.3.4. Program komputerowy 668
    22.3. Filtracja 2D obrazów 670
      22.3.1. Splot 2D 670
      22.3.2. Projektowanie filtrów 2D 674
      22.3.3. Przykładowe filtry 2D 683
      22.3.4. Program komputerowy 686
    22.4. Falkowa dekompozycja 2D obrazów 690
      22.4.1. Jednowymiarowa predykcyjna transformacja falkowa 691
      22.4.2. Związki pomiędzy klasyczną a predykcyjną transformacją falkową 697
      22.4.3. Program komputerowy do falkowej dekompozycji obrazów 700
    22.5. Przykłady zastosowań 707
      22.5.1. Kompresja JPEG i MPEG 707
      22.5.2. Znaki wodne w obrazach 715
      22.5.3. Dopasowywanie do siebie obrazów cyfrowych 718
      22.5.4. Detekcja linii w inżynierii materiałowej - transformacja Hougha 730
      22.2.5. Algorytmiczna stabilizacja obrazu w zastosowaniach medycznych 733
      22.5.6. Systemy nawigacji wspomagające zabiegi medyczne 737
  23. Projekt MODEM ADSL: szybki dostęp do Internetu po linii telefonicznej 740
    23.1 Podstawy modulacji 741
    23.2. Cyfrowe modulacje wielotonowe 745
    23.3. Standard ADSL 748
    23.4. Modulator-demodulator DMT 751
    23.5. Źródła zniekształceń i zakłóceń 754
    23.6. Wybrane zagadnienia implementacyjne 759
      23.6.1. Identyfikacja odpowiedzi impulsowej kanału 759
      23.6.2. Korekcja czasowa kanału - skracanie czasu trwania odpowiedzi impulsowej 764
      23.6.3. Synchronizacja blokowa 767
      23.6.4. Korekcja częstotliwościowa kanału 769
      23.6.5. Estymacja przepływności bitowej 770
      23.6.6. Właściwy dobór korektora czasowego 773
    23.7. Przykład ćwiczenia komputerowego; 773
  24. Projekt FAZA: estymacja chwilowego przesunięcia fazowego 778
    24.1. Estymatory proste 778
    24.2. Estymatory złożone 781
    24.3. Przykłady algorytmów 782
    24.4. Przykładowy program komputerowy 786
  25. EPILOG: implementacja algorytmów DSP na procesorach sygnałowych 787
    25.1. Wprowadzenie do budowy i programowania procesorów DSP 788
    25.2. Splot sygnałów na procesorze DSP 791
    25.3. Wybrane zagadnienia implementacyjne 796
      25.3.1. Specyfika budowy i zastosowań procesorów sygnałowych 796
      25.3.2. Podstawy pisania i uruchamiania programów 800
      25.3.3. Zaawansowane narzędzia 803
      25.3.4. Przykład projektowania filtra IIR 805
    25.4. Przykładowa aplikacja procesora DSP 807
    25.5. Procesory DSP a układy programowalne FPGA 808
    25.6. Przyszłość - czy jesteśmy trendy? 810
  Literatura 813
  Dodatki 823
    D.1. Wykaz programów 823
    D.2. Wersja elektroniczna programów 824
  Skorowidz 825

  • Tytuł: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, wyd. 2 / 2007
  • Autor: Tomasz P. Zieliński
  • ISBN Ebooka: 978-8-3206-1866-2, 9788320618662
  • Data wydania ebooka: 2014-06-09
  • Identyfikator książki: e_0003

Politechnika Opolska

45-758 Opole ul. Prószkowska 76

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

82-300 Elbląg ul. Wojska Polskiego 1