год издания — 1983, кол-во страниц — 360, тираж — 15000, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 500 гр., издательство — Энергоатомиздат

цена: 499.00 руб

Сохранность книги — хорошая

V. Cappellini, A. G. Constantinides and P. Emilani
DIGITAL FILTERS AND THEIR APPLICATIONS

Academic Press, London, 1978

Пер. с англ.

Р е ц е н з е н т: В. М. Богачев

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская №1. Печать высокая

В книге, написанной ведущими специалистами в области цифровой фильтрации Великобритании и Италии, сочетается глубокое изложение теории и современных методов практического проектирования и реализации цифровых фильтров. Рассмотрено применение цифровых фильтров для цифровой обработки речи, изображений в технике связи, радио-, гидро- и звуколокации и других областях. Приведён набор машинных программ.

Для специалистов в области электроники, измерительной техники, связи.

Ещё в конце 60-х годов цифровые фильтры были известны сравнительно узкому кругу специалистов, занимающихся цифровым моделированием и цифровой обработкой данных. Тогда задача реализации фильтра сводилась к задаче составления машинной программы реализации. В то же время задача технической (или аппаратурной) реализации цифрового фильтра в виде отдельного блока или микросхемы казалась чрезвычайно сложной и практически трудно выполнимой.

Однако поразительные успехи интегральной технологии цифровых схем, а также развитие новых методов синтеза цифровых фильтров позволили за последнее время не только преодолеть этот разрыв, но и в некоторых приложениях вытеснить традиционную аналоговую технику фильтрации и в первую очередь там, где требовались жёсткие допуски на точность реализации (в цифровых фильтрах точность набора коэффициентов определяется лишь числом разрядов разрядной сетки), высокий порядок аппроксимирующей функции и устойчивость, не говоря уже о системах двумерной фильтрации, где преимущества цифровой обработки неоспоримы. В цифровых фильтрах можно легко изменять коэффициенты, а следовательно, и характеристики фильтра, не изменяя структуры набора, что создаёт уникальную возможность осуществления последовательного спектрального анализа фактически на одном цифровом фильтре; наконец, создаются самые широкие возможности для синтеза перестраиваемых, адаптивных и многофункциональных фильтров.

За последнее время на русском языке опубликован ряд книг отечественных и зарубежных авторов, посвящённых цифровой фильтрации, в том числе и фундаментальная монография Л. Рабинера и В. Гоулда [Рабинер Л. Р., Гоулд В. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978]. И всё же предлагаемый перевод новой книги по цифровым фильтрам представит для советских читателей большой интерес своей практической направленностью и подробным освещением теории и техники синтеза двумерных цифровых фильтров, используемых в схемах обработки изображений. В этой книге не только отражён опыт в области цифровой фильтрации её авторов В. Каппелини, А. Дж. Константинидиса и П. Эмилиани и их исследовательских групп в Лондоне и Флоренции, но и обобщены в той или иной мере результаты, полученные за последнее время (до 1976 г. включительно) другими авторами.

Книга написана достаточно просто и чётко с минимальным использованием математического аппарата и ориентирована на инженеров и разработчиков аппаратуры.

Один из авторов книги, проф. А. Дж. Константинидис, хорошо известен у нас не только как автор многочисленных статей, но и как редактор переведённой у нас монографии по цифровой фильтрации. Два других — В. Каппелини и П. Эмилиани — внесли большой вклад в исследование методов расчёта нового класса фильтров с конечной импульсной характеристикой, в частности в исследовании «окон», описываемых функцией Вебера («окно» Каппелини).

Книга невелика по объёму, но затрагивает большинство практических вопросов цифровой фильтрации. С первой же главы авторы рассматривают одномерную и двумерную фильтрацию вместе. Этот методический приём позволяет им легко обобщать результаты одномерной фильтрации на двумерную, удобно проводить сопоставительный анализ и выяснять особенности двумерной фильтрации. Это особенно интересно, если учесть, что не все вопросы двумерной фильтрации хорошо изучены.

Глава 1 является кратким и ёмким введением в цифровую фильтрацию.

В гл. 2 и 3 авторы не только рассмотрели традиционный материал по методам синтеза фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ) и бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), но и дополнили его рядом новых результатов в двумерной и в одномерной фильтрации («окно» Каппелини, сопоставительный анализ различных «окон», критика метода инвариантности импульсной характеристики и др.).

Глава 4 посвящена традиционным вопросам, связанным с квантованием, усечением, переполнением и другими специфическими шумами цифровых фильтров. В целом материал этой главы может служить хорошим обзором проблем, возникающих в этой области. Здесь уместно отметить, что книга привлекла бы большее внимание специалистов по аналоговой фильтрации, если бы авторы, там, где это возможно, проводили аналогию между проблемами и методами их решения в цифровой и аналоговой фильтрации. Например, в § 4.2 авторы, рассматривая чувствительность передаточной функции к изменению множителя β, фактически пользуются методом «преобразованных цепей» Быховского [Быховский М. Л. Основы динамической точности электрических и механических цепей.— М.: Изд-во АН СССР, 1958], широко известным в области анализа чувствительности аналоговых цепей, получая при этом соотношения, аналогичные известным классическим результатам Боде (основанным на понятии «возвратной разности»), обобщённым для аналоговых фильтров Калаханом [Калахан Д. А. Современный синтез цепей.— М.— Л.: Энергия, 1966].

Этой главой заканчивается первая часть книги. Она носит общетеоретический характер, и на её основе в гл. 5 приводятся примеры вычисления коэффициентов цифровых фильтров по методу «окна», частотной выборки и в случае синтеза оптимального фильтра на основе алгоритма Ремеза. Эта глава выявляет ещё одну особенность книги: для проведения указанных расчётов авторами были разработаны и отлажены пять программ (язык ФОРТРАН, см. приложение ПЗ), минимально покрывающих возможные практические варианты разработчиков цифровых фильтров. Учитывая, что необходимые дополнительные подпрограммы, например разложение в ряд по полиномам Чебышева, есть в матобеспечении ЕС ЭВМ, можно сказать, что переработка практически не требуется.

В гл. 6 рассмотрены методы машинного моделирования цифровых фильтров. В частности, рассмотрена программная реализация на языке ФОРТРАН (см. приложение П4) алгоритмов прямой свёртки, фильтрации в частотной области, каскадной реализации канонических звеньев второго порядка и т. п., причём два из них предназначены для двумерных фильтров.

Глава 7 посвящена собственно технической (аппаратурной) реализации таких блоков, как сумматоры и умножители различных видов, память. Рассматривается общая структурная схема цифрового фильтра, вопросы увязки требований к отдельным элементам и, наконец, конкретно анализируется реализация биквадратного звена как основы для каскадной реализации. Это придаёт материалу, рассмотренному в этой главе и во всей второй части, логически завершённый вид.

Различные варианты применения цифровых фильтров, рассмотренные в гл. 8 и соответствующих приложениях 5 и 6, дают возможность разработчикам наглядно оценить практические результаты фильтрации.

Можно отметить в итоге, что содержательность представленного материала, его практическая направленность, доведение результатов анализа до отлаженных машинных программ делают книгу весьма полезной для инженеров-разработчиков и тех, кто занимается практическим приложением цифровой фильтрации, в то же время её вполне можно рассматривать и как учебное пособие по курсу цифровой фильтрации, несмотря на отсутствие задач и упражнений для самостоятельной проработки материала.

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Редактор перевода

Предисловие к русскому изданию	3
Предисловие авторов	6

Г л а в а п е р в а я. Цифровые фильтры	9

1.1. Вводные замечания	9
1.2. Дискретные функции	9
1.3. Одномерная теорема дискретизации	10
1.4. Двумерная теорема дискретизации	13
1.5. Одномерное z-преобразование	14
1.6. Двумерное z-преобразование	17
1.7. Основные свойства одномерных дискретных систем	19
1.8. Основные свойства двумерных дискретных систем	21
1.9. Представление в частотной области	22
1.10. Некоторые свойства частотного представления	23
1.11. Частотное представление двумерных систем	25
1.12. Одномерное дискретное преобразование Фурье	27
1.13. Двумерное дискретное преобразование Фурье	29
1.14. Однохмерные линейные системы, описываемые разностными
уравнениями	31
1.15. Двумерные линейные системы, описываемые разностными
уравнениями	35
1.16. Устойчивость одномерного цифрового фильтра	39
1.17. Методы обеспечения устойчивости одномерных систем	42
1.18. Устойчивость двумерного цифрового фильтра	44
1.19. Методы обеспечения устойчивости двумерных систем	50
1.20. Структуры одномерных рекурсивных фильтров	56
1.21. Структуры одномерных нерекурсивных фильтров	59

Г л а в а в т о р а я. Методы синтеза цифровых фильтров с конечной
импульсной характеристикой	60

2.1. Вводные замечания	60
2.2. Передаточные функции одномерных КИХ-фильтров с линейной фазой	61
2.2.1. N нечётно, импульсная характеристика чётна	61
2.2.2. N нечётно, импульсная характеристика нечётна	63
2.2.3. N чётно, импульсная характеристика чётна	64
2.2.4. N чётно, импульсная характеристика нечётна	66
2.3. Передаточные функции двумерных КИХ-фильтров с линейной фазой	66
2.3.1. N₁ и N₂ нечётны	67
2.3.2. N₁ и N₂ чётны	70
2.4. Синтез одномерных цифровых фильтров по методу «окна»	72
2.5. Описание некоторых видов «окон»	75
2.6. Синтез двумерных цифровых КИХ-фильтров по методу «окна»	79
2.7. Одномерные фильтры на основе частотной выборки	81
2.8. Двумерные фильтры на основе частотной выборки	92
2.9. Синтез оптимального одномерного фильтра	95
2.10. Аналитическое решение для КИХ-фильтров в случае
равноволнового метода синтеза	103
2 11. Синтез оптимального двумерного фильтра	103
2.12. Преобразование одномерных фильтров в двумерные	104

Г л а в а т р е т ь я. Методы синтеза цифровых фильтров с бесконечной
импульсной характеристикой	106

3.1. Вводные замечания	106
3 2. Основные принципы преобразования непрерывных фильтров в
цифровые	107
3.2.1. Метод прямого z-преобразования	107
3.2.2. Метод билинейного преобразования	108
3.3. Преобразование пассивных лестничных фильтров	109
3.4. Одномерные преобразования частоты	126
3.5. Аналитические методы синтеза цифровых БИХ-фильтров	128
3.6. Методы синтеза двумерных цифровых БИХ-фильтров	136
3.6.1. Метод Шэнкса	136
3.6.2. Метод Коста и Венецанопулоса	138
3.6.3. Метод преобразования для двумерных рекурсивных фильтров	139
3.6.4. Отображение квадрата одномерной АЧХ в двумерную	140
3.7. Алгоритмические методы синтеза одномерных БИХ-фильтров	143
3.7.1. Методы синтеза в частотной области	143
3.7.2. Методы аппроксимации, основанные на критерии минимума
р-ошибки	146
3.7.3. Методы синтеза, основанные на минимаксном критерии	147
3.7.4. Методы аппроксимации во временной области	151
3.8. Двумерные рекурсивные фильтры с произвольной частотной
характеристикой	152

Г л а в а ч е т в ё р т а я. Эффекты квантования и шумы в цифровых
фильтрах	153

4.1. Вводные замечания	153
4.2. Представление чисел	155
4.3. Усечение и округление	159
4.4. Квантование входного сигнала	160
4.5. Влияние квантования сигнала на выходной шум	162
4.6. Квантование в процедуре БИХ-фильтрации	164
4.7. Ограничения, вызванные переполнением, и отношение сигнал/шум	166
4.8. Квантование арифметических операций в процедуре КИХ фильтрации	168
4.9. Ошибки двумерных фильтров	169
4.10. Предельные циклы и пульсации, вызванные переполнением	170
4.11. Квантование коэффициентов	171

Г л а в а п я т а я. Вычисление коэффициентов цифрового фильтра	175

5.1. Вводные замечания	175
5.2. Синтез одномерных КИХ-фильтров	176
5.2.1. Метод «окна»	176
5.2.2. Метод частотных выборок	180
5.2.3. Оптимальные фильтры	182
5.3. Синтез двумерных КИХ-фильтров	186
5.4. Синтез одномерных БИХ-фильтров	186
5.4.1. Обзор классических аналоговых фильтров	187
5.4.2. Синтез цифровых БИХ-фильтров с помощью билинейного
преобразования	188
5.5. Синтез двумерных БИХ-фильтров	192

Г л а в а ш е с т а я. Программная реализация цифровых фильтров	192

6.1. Вводные замечания	192
6.2. Некоторые общие рекомендации по сравнению способов реализации	193
6.3. Методы реализации одномерных КИХ-фильтров	194
6.3.1. Прямое вычисление свёртки	194
6.3.2. Фильтрация в частотной области	195
6.3.3. Методы запоминания с перекрытием и сложения с перекрытием	198
6.4. Методы реализации одномерных БИХ-фильтров	202
6.5. Методы реализации двумерных КИХ-фильтров	203
6.5.1. Прямая свёртка	203
6.5.2. Фильтрация в частотной области	205
6.5.3. Методы запоминания с перекрытием и сложения с перекрытием	207
6.6. Методы реализации двумерных Б ИХ-фильтров	209
6.7. Использование несинусоидальных функций	210

Г л а в а с е д ь м а я. Техническая реализация цифровых фильтров	212

7.1. Вводные замечания	212
7.2. Общая структура технической реализации цифрового фильтра	212
7.3. Реализация запоминающего устройства	214
7.4. Реализация двоичных сумматоров	216
7.5. Реализация цифровых двоичных множительных устройств	219
7.5.1. Последовательное множительное устройство	220
7.5.2. Последовательно-параллельное множительное устройство	221
7.5.3. Умножители для чисел, представленных в дополнительном коде	223
7.5.4. Матричный умножитель	226
7.6. Реализация звеньев второго порядка	227
7.7. Новые технологии	231

Г л а в а в о с ь м а я. Применение цифровой фильтрации	232

8.1. Вводные замечания	232
8.2. Типовые задачи, решаемые с помощью цифровой фильтрации	233
8.2.1. Множественная фильтрация, полосовой анализ и спектральные
оценки	235
8.2.2. Согласованная фильтрация	242
8.2.3. Инверсная фильтрация и задачи восстановления	243
8.2.4. Выравнивание (коррекция)	248
8.3. Цифровая обработка речи	249
8.3.1. Цифровая модель формирования речи	250
8.3.2. Цифровая фильтрация, полосовой анализ и оценка речевых
сигналов	252
8.3.3. Вокодеры	257
8.4. Цифровая обработка изображений	261
8.5. Цифровая связь	274
8.5.1. Цифровая телефония	276
8.5.2. Цифровая телеметрия	279
8.5.3. Сжатие данных	284
8.6. Применение цифровой обработки сигналов в радио- и
гидролокационных системах	286
8.6.1. Цифровой согласованный фильтр для ЛЧМ-сигналов	289
8.6.2. Цифровой фильтр для индикатора движущихся целей	291
8.6.3. Цифровая обработка радиолокационных (гидролокационных)
карт	295
8.7. Применения цифровой обработки сигналов в медицине и биологии	295
8.7.1. Цифровая обработка биомедицинских сигналов	296
8.7.2. Цифровая обработка биомедицинских изображений	300
8.7.3. Томография с помощью ЭВМ	306

П р и л о ж е н и е П1. Цифровой гармонический анализ и основные
свойства ДПФ	308
П р и л о ж е н и е П2. Быстрое преобразование Фурье	313
П р и л о ж е н и е ПЗ. Программы машинного синтеза цифровых фильтров	315
П р и л о ж е н и е П4. Машинные программы реализации цифровых фильтров	333
П р и л о ж е н и е П5. ДПФ для сигналов специального вида: применение
к защите энергетических систем	339
П р и л о ж е н и е П6. Цифровая обработка двумерных изображений земной
поверхности	342
Список литературы	345

Книги на ту же тему

Активные фильтры и генераторы: Проектирование и схемотехника с использованием интегрированных микросхем, фон Вангенхайм Л., 2010
Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов: Аналоговые и цифровые фильтры, Остапенко А. Г., 1985
Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB, Смоленцев Н. К., 2008
Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств (без CD), Антипенский Р. В., Фадин А. Г., 2007
Механические фильтры в электронике, Джонсон Р., 1986
Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов. — 3-е изд., стереотип., Фомин Н. Н., Буга Н. Н., Головин О. В., Кубицкий А. А., Левин В. А., Плаксиенко В. С., Тяжев А. И., Фалько А. И., 2007

elapsed time 0.020 sec

/Наука и Техника

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему