- •Цифровая Digital Обработка Signal Сигналов Processing (ЦОС) (DSP)
- •Литература
- •Использование ЦОС в сфере
- •Основные области применения ЦОС
- •Примеры устройств ЦОС
- •Пример аналогового и цифрового устройств
- •Сравнительная характеристика цифровой и аналоговой обработки
- ••Текущая частота спектра отнесённая к частоте
- •График температуры атмосферы за год
- •Синхронная фильтрация
- •Линейные системы с постоянными параметрами (ЛПП)
- •Свойства ЛПП
- •Суперпозиция
- •Импульсная характеристика
- •Фундаментальная концепция ЦОС
- •Свертка
- •Физическая реализуемость ЛПП
- •Разностные уравнения
- •Частотная характеристика ЛПП
- •Преобразование Фурье для дискретных сигналов
- •Свойства ПФ для дискретных сигналов
- •Соотношение между ПФ дискретных и непрерывных сигналов
- •Эффект наложения спектров (aliasing)
- •Z-преобразование
- •Z-плоскость
- •Примеры Z-преобразования
- •Пример
- •Основные свойства Z-преобразования
- •Обратное Z-преобразование
- •Одностороннее Z-преобразование
- •Решение РУ с помощью Z-преобразования
- •Пример вычисления обратного Z-преобразования
- •Дискретное преобразование Фурье
- •Связь Z-преобразования и ДПФ
- •Связь ДПФ и ПФ
- •Связь ПФ и ДПФ (пример)
- •Дополнение нулями
- •Основные свойства ДПФ
- •Основные свойства ДПФ
- •Примеры ДПФ
- •Примеры ДПФ
- •Свертка последовательностей
- •Циклическая свертка
- •Быстрая свертка на основе БПФ
- •Линейная свертка
- •Секционированные свертки
- •Секционированные свертки
- •Раздел 2. Цифровые фильтры
- •Структурные схемы цифровых фильтров
- •Структурные схемы рекурсивных фильтров
- •Структурные схемы рекурсивных фильтров
- •Структурные схемы рекурсивных фильтров
- •Структурные схемы нерекурсивных фильтров
- •Инверсная форма ЦФ
- •КИХ фильтр на основе интерполяционной формулы Лагранжа
- •Фильтр с частотной выборкой
- •Лестничные (решетчатые) фильтры
- •Нерекурсивный решетчатый фильтр
- •Рекурсивный решетчатый фильтр
- •Лестнично-решетчатый фильтр
- •Фильтры скользящего среднего
- •Фильтры скользящего среднего
- •Фильтры скользящего среднего
- •Фильтры скользящего среднего
- •Фильтры скользящего среднего
- •Общая характеристика КИХ-фильтров
- •КИХ-фильтры с линейной фазой
- •КИХ-фильтры с линейной фазой
- •КИХ-фильтры с линейной фазой
- •КИХ-фильтры с линейной фазой
- •КИХ-фильтры с линейной фазой
- •Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
- •Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
- •Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
- •Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
- •Проектирование КИХ-фильтров методом взвешивания
- •Явление Гиббса
- •Проектирование КИХ-фильтров методом взвешивания
- •Проектирование КИХ-фильтров методом взвешивания
- •Основные виды оконных функций
- •Основные виды оконных функций
- •Основные виды оконных функция
- •Весовые функции окон и их ЧХ
- •Основные характеристики некоторых окон
- •Проектирование методом частотной выборки
- •Проектирование методом частотной выборки
- •Проектирование оптимальных КИХ-фильтров
- •Постановка задачи проектирования
- •Графическая интерпретация задачи проектирования
- •Теорема Чебышева
- •Решение задачи оптимизации
- •Процедура проектирования оптимальных фильтров
- •Свойства оптимальных ФНЧ
- •Сравнение КИХ ФНЧ, спроектированных разными методами
- •БИХ-фильтры с линейной ФЧХ
- •БИХ-фильтры с линейной ФЧХ
- •Всепропускающие фильтры
- •Классификация методов расчета БИХ-фильтров
- •Расчет ЦФ по фильтрам непрерывного времени
- •Метод билинейного преобразования
- •Метод билинейного преобразования
- •Метод билинейного преобразования
- •Частотные преобразования
- •Частотные преобразования
- •Сравнение КИХ и БИХ-фильтров
- •Сравнение КИХ и БИХ-фильтров
- •Фильтры изменяющие частоту дискретизации
- •Фильтры изменяющие частоту дискретизации
- •Фильтры изменяющие частоту дискретизации
- •Фильтры изменяющие частоту дискретизации
- •Фильтры изменяющие частоту дискретизации
- •Спектральный анализ
- •Алгоритмы БПФ
- •Алгоритм БПФ с прореживанием по времени
- •Алгоритм БПФ с прореживанием по времени
- •Пример алгоритма БПФ размерности 8 по основанию 2 с прореживанием по времени
- •Пример алгоритма БПФ размерности 8 по основанию 2 с
- •Свойства алгоритма БПФ по основанию 2
- •Сравнение вычислительных затрат
- •Перестановка данных и двоичная инверсия
- •Алгоритм БПФ с прореживанием по частоте
- •Алгоритм БПФ с прореживанием по частоте
- •Пример построения алгоритма БПФ размерности 8 с прореживанием по частоте
- •Алгоритмы БПФ по основанию 2
- •Различия алгоритмов БПФ с прореживанием по времени и по частоте
- •Вычисление обратного ДПФ по алгоритму прямого
- •Алгоритмы БПФ по основанию 4
- •Алгоритм БПФ по основанию 4 размерности 16
- •Принцип построения алгоритма БПФ с
- •Сравнение БПФ и гребенки фильтров.
- •Использование «окон» при спектральном анализе
- •Использование «окон» при спектральном анализе
- •Использование «окон» при спектральном анализе
- •Классические методы спектрального оценивания
- •Классические методы спектрального оценивания
- •Периодограммный метод оценки СПМ
- •Коррелограммный метод оценки СПМ
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
- •Параметрические методы спектрального оценивания
КИХ-фильтры с линейной фазой
h(n) |
центр симметрии |
|
5 |
|
|
|
a) Фильтр вида 1: четная симметрия, N-нечетное |
||
h(n) |
|
|
центр симметрии |
|
|
5 |
6 |
б) Фильтр вида 2: нечетная симметрия, N-четное
N=11=5
n
N=12=5.5
n
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 72
КИХ-фильтры с линейной фазой
h(n), 0 n N-1 - отсчеты ИХ фильтра (действительные). H (e j ) H (e j ) e j ( ) - ЧХ фильтра
( ) , , @const - фазовая задержка
1. =0
h(0) - произвольное h(n)
0, при n 0
2. 0
h(n)
|
N 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
h |
N 1 |
|
|||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Для нечетных N: |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h(N 1 n)
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 73
КИХ-фильтры с линейной фазой
h(n) |
|
центр антисимметрии |
N=11 |
|
|||
|
|
|
=5
n 5
|
a) Фильтр вида 3: четная антисимметрия, N-нечетное |
h(n) |
центр антисимметрии |
N=10=4.5
n
4 5
б) Фильтр вида 4: нечетная антисимметрия, N-четное
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 74
Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
Вид 1. N-нечетное, h(n)-симметричная |
|
|
|
|
|||||||||
h(n) h(N 1 n) |
|
n 0,1,... |
N 1 |
|
|||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
N 1 |
|
|
N 1 |
||||||
|
j |
|
|
|
2 |
|
|
||||||
H (e |
|
) exp |
j |
|
|
|
|
|
|
|
a |
||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
n 0 |
N 1 |
|
N 1 |
|
||||||
a(0) h |
|
|
|
|
a(n) 2h |
|
|
|
n |
|
2 |
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
N=9
(n) cos n
n 1, 2,... N2 1
N=19
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 75
Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
Вид 2. N-четное, h(n)-симметричная |
N 1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
h(n) h(N 1 n) |
n 0,1,... |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
N 1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||
|
j |
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
H (e |
|
) exp |
j |
|
|
|
|
|
|
b(n) cos |
n |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
n |
1, 2,... |
|
N 1 |
|
|||||||
|
|
b(n) |
2h |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N=9 |
N=18 |
|
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 76
Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ |
|||||||||||
Вид 3. N-нечетное, h(n)-антисимметричная |
|
|
N 1 |
|
|
||||||
h(n) h(N 1 n), 0 n N 1, |
h |
|
|||||||||
|
0 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1 |
|
|
2 |
|
|
H (e |
j |
|
|
N 1 |
|
2 |
c(n)sin n |
|
|||
|
) j exp j |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
N 1 |
|
|
n 1, 2,... |
N 1 |
|
|
|||
c(n) 2h |
n |
|
2 |
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд |
77 |
Импульсные и частотные характеристики КИХ-фильтров c ЛФХ
Вид 4. N-четное, h(n)-антисимметричная
h(n) h(N 1 n), 0 n N 1
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1 |
|
|
N |
|
|
1 |
|
|
|||
|
j |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H (e |
|
) j exp |
j |
|
|
|
|
d(n)sin |
n |
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|||
d(n) 2h |
|
|
n |
|
|
|
|
|
n 1, 2,... |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 78
Проектирование КИХ-фильтров методом взвешивания
Задача проектирования
Заданы требования к АЧХ:
1 – неравномерность в полосе пропускания (ПП);2 – неравномерность в полосе заграждения (ПЗ);p – граничная частота полосы пропускания;
s – граничная частота полосы заграждения.
Определить:
N-порядок фильтра,
h(n), n=0, 1 ... N-1 – коэффициенты фильтра
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 79
Явление Гиббса
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку: |
H (e j ) h(n)e j n |
|||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
то: |
h(n) |
|
0 |
H(ej )ej nd , n 0, 1, 2,... |
||
|
2 |
||||||
Если H(ej ) идеальная, то имеются два затруднения: |
|||||||
1. |
h(n) – бесконечная |
|
|
усечение до N/2 |
|||
2. |
Физически нереализуемая |
сдвиг на N/2 вправо |
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 80
Проектирование КИХ-фильтров методом взвешивания
Операции метода взвешивания
|
Способ 1 |
Способ 2 |
|||
1. |
выбрать N и w(n) |
|
1. выбрать N и w(n) |
||
|
вычислить W (e |
j |
) |
ˆ |
|
2. |
2. h(n) h(n) w(n) |
||||
|
3. |
ˆ |
j |
) H(e |
j |
)*W(e |
j |
) |
||||
|
H(e |
|
|
|
|||||||
4. проверка 1, 2, wp, ws |
|
|
|
|
|
||||||
5. |
ˆ |
|
|
|
ˆ |
( |
j |
) |
|
|
|
|
h(nОДПФ) |
H e |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ˆ |
j |
h n |
ˆ |
( |
) |
3. H (eДПФ) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
4. проверка 1, 2, wp, ws
Теоретические основы цифровой обработки сигналов. Слайд 81