Андрей Алексеевич Афанасьев , Александр Аркадьевич Рыболовлев , Александр Павлович Рыжков - Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие для вузов

сигналов.

4

Введение

ЦОС представляет собой математику, алгоритмы и методы, используемые для обработки сигналов, после того как они были переведены в дискретную форму и, соответственно, выделяется из других
областей знаний вычислительной техники уникальным типом данных, который она использует, — цифровые сигналы. История ЦОС
начинается в 60-х годах XX века, когда появились первые цифровые
компьютеры, но в то время они были дорогими и поэтому область
применения ЦОС была весьма ограничена. Революция, произведенная персональными компьютерами в 80-х и 90-х 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 --">