Uvod u digitalnu obradu signala - 4. izdanje
Predgovor
Digitalna obrada signala se naglo razvila u poslednjih nekoliko decenija. Napredak je impresivan kako u teoriji tako i u domenu primene. Razvoj digitalne obrade signala povezan je sa prodorima koji su ostvareni u mikroelektronici i računarskim i soflverskim tehnologijama. Zahvaljujući tom ukupnom napretku, razvoj savremenih sistema se zasniva uglavnom na digitalnoj tehnologiji. Digitalna obrada signala predstavlja osnovnu tehnologiju za mnoge grane tehnike kao štu su: telekomunikacioni sistemi, mobilne komunikacije, radar, multimedija, obrada govora, audiotehnika, sonarna tehnika, obrada slike, medicinska elektroniku, seizmologija, napredne tehnike merenja i upravljanja, robotika, kartografija i mnoge druge.
Kao rezultat važnosti naučne oblasti, ali i kao rezultat praktičnih potreba, nastava iz digitalne obrade signala postala je obavezna u okviru studija elektrotehnike i računarstva na skoro svim univerzitetima u svetu. Pored toga, digitalna obrada signala je uključena kao deo studijskiog programa u oblastima koje u značajnoj meri koriste informacione tehnologije.
Posebna lepota digilalne obrade signala je u bliskoj povezanosli teorije i prakse. Ta činjenica ukazuje na potrebu da se i u nastavi uspostavi ravnoteza između teorije i njene primene. Softverske tehnologije koje su nam danas na raspolaganju pružaju mogućnost da se već u toku upoznavanja sa osnovnim algoritmima digitalne obrade signala stečeno znanje kreativno primenjuje u rešavanju praktičnih problema. Ovaj pristup je veoma popularan u savremenoj nastavi.
Digitalna obrada signala je oblast koja obuhvata veoma širok spektar znanja i praktično je nemoguće da je pojedinac savlada u celini. Da bi se u oblasti digitalne obrade signala započeo uspešan rad i da bi se zatim dalje napredovalo, pre svega je neophodno temeljno poznavanje njenih osnova. Kasniji istraživački i razvojni rad, kao i profesionalna inženjerska praksa, podrazumevaju neprekidno nastavljanje učenja novog.
Prilikom izrade knjige "Uvod u digitalnu obradu signala" autori su težili da uspostave ravnotežu između izlaganja teorijskih postavki oblasti, sa jedne strane, i ilustracije izložene teorije sa naglašavanjem praktične primene, sa druge strane. Teorijska izlaganja su ilustrovana velikim brojem rešenih primera. Na kraju svake glave dati su zadaci za rad na računaru koji imaju ulogu da potstaknu čitaoca na samostalnu potvrdu teorijskih postavki izloženih u tekstu. Za jedan broj reprezentativnih zadataka u knjizi su data rešenja sa komentarima, pri čemu je primenjen softverski paket MATLAB® koji je u ovoj knjizi korišćen sa odobrenjem proizvođača MathWorks™. Reč je o poznatom alatu za rad u digilatnoj obradi signala koji je primenjen sa ciljem da se kroz zadatke čitalac istovremeno upozna i sa osnovama alata koji se koristi u praksi.
Tekst knjige je podeljen u jedanaest glava i dva dodatka u kojima je obrađeno: predstavljanje diskretnih signala i sistema u vremenskom i frekvencijskom domenu, z-transformacija, diskretizacija kontinualnih signala, diskretna Furijeova transformacija (OFT) i brza Furijeova transformacija (FFT), funkcija prenosa i frekvencijski odziv linearnih vremenski invarijantnih sistema, digitalni filtri beskonačnog impulsnog odziva (UR digitalni filtri), digitalni filtri konačnog impulsnog odziva (FIR digitalni filtri), realizacione strukture diskretnih sistema, diskretni slučajni signali i softverska implementacija sistema digitalne obrade signala primenom programskog paketa MATLAB®.
Četvrto izdanje knjige "Uvod u digitalnu obradu signala" dopunjeno je Zbirkorn rešenih zadataka u programskom jeziku MATLAB® koja je data u elektronskoj formi na kompakt disku. Autori su Mr Jelena Ćertić i Dr Dragana Šumarac Pavlović. Pored rešenja za zadatake koji su postavljeni na kraju svake glave u knjizi, kompakt disk sadrži i poseban softverski alat: Paket za osnovnu obuku iz obrade signala - 305 koji je takođe izrađen u MATLAB®-u. Cilj je da se kroz korišćenje datog softvera, kako rešenja zadataka, tako i paketa 3oS, čitalac podstakne na samostalan kreativan rad.
Knjiga "Uvod u digitalnu obradu signala" je prvenstveno namenjena studentima osnovnih studija, ali može da bude korisna i svima ostalima koji su za ovu oblast zainteresovani, posebno strčnjacima i istraživačima koji u toku studija nisu imali prilike da savladaju ovu za savremenu nauku i inženjersku praksu veoma značajnu oblast.
Ovom prilikom, autori zahvaljuju kolegama i studentima koji su zapažanjima i primedbama pomogli da se otklone neki nedostaci i isprave štamparske greške. Posebnu zahvalnost autori duguju čitaocima čije je interesovanje za ovu knjigu dovelo do njenog četvrtog izdanja.
Beograd, septembar 2009.
Autori
SADRŽAJ
1. Diskretni signali i sistemi: analiza u vremenskom domenu, 1
1.1 Uvod, 1
1.2 Diskretni signali i nizovi, 2
1.3 Diskretni sistemi, 10
Zadaci za rad na računaru, 23
2. Analiza diskretnih signala i sistema u frekvencijskom domenu: Furijeova transformacija, 27
2.1 Uvod, 27
2.2 Odziv linearnog, vremenski invarijanlnog sistema na kompleksni eksponencijalni signal, 28
2.3 Furijeova transfonnacija diskretnih signala, 31
2.4 Osobine Furijeove transformacije, 32
2.5 Konvo1ucija, 42
2.6 Parsevalova teorema, 48
Zadaci za rad na računaru, 48
3. Z transformacija, 53
3.1 Uvod, 53
3.2 Definicija z transformacije, 53
3.3 Oblast konvergencije, 55
3.4 Inverzna z transformacija, 61
3.5 Osobine z transformacije, 67
3.6 Konvolucija, 70
3.7 Panevalova teorema, 74
Zadaci za rad na računaru, 75
4. Digitalna obrada kontinualnih signala, 79
4.1 Uvod, 79
4.2 Diskretizacija kontinualnog signala, 80
4.3 Rekonstrukcija frekvencijski ograničenog signala iz njegovih odbiraka, 89
4.4 Ekvivalentni analogni filtar, 93
4.5 Realni sistemi za diskretizaciju i rekonstrukciju signala, 96
5. Diskretna Furijeova transformacija, l07
5.1 Uvod, 107
5.2 Definicija DFT, 108
5.3 Predstavljanje i izračunavanje DFT, 111
5.4 Rotacioni faktori, matrični oblik DFT, ortogonalnost, 117
5.5 Odnos DFT prema drugim transformacijama, 120
5.6 Osobine DFT, 122
5.7 Ciklična konvolucija, 127
5.8 Parsevalova teorema, 132
5.9 Analiza signala primenom DFT, 132
Zadaci za rad na računaru, 139
6. Brza Furijeova transformacija, 145
6.1 Uvod, 145
6.2 Složenost izračunavanja DFT, princip dekompozicije, 146
6.3 FFT algoritam sa razbijanjem po vremenu, 148
6.4 FFT algoritam sa razbijanjem po frekvenciji, 155
6.5 Efikasnost FFT algoritma, 158
6.6 Prekoračenje opsega kod FFT algoritma, 159
7. Linearni vremenski invarijantni sistemi: funkcija prenosa i frekvencijski odziv, 163
7.1 Uvod, 163
7.2 Funkcija prenosa diskretnog sistema, 1.64
7.3 Nule i polovi funkcije prenosa, 167
7.4 Stabilnost i kauzalnost, 169
7.5 Frekvencijski odziv, 170
7.6 Funkcija prenosa linearne faze, 182
7.7 Propusnik svih frekvencija, 185
7.8 Funkcija prenosa minimalne faze, 188
7.9 Postupak projektovanja lineaniih vremenski invarijantnih sistema, 191
Zadaci za rad na računaru, 193
8. Digitalni filtri beskonačnog impulsnog odziva (lIR), 199
8.1 Uvod, 199
8.2 Specifikacije i osnovne definicije, 200
8.3 Klasične funkcije prenosa analognih filtara, 205
8.4 Analogno-digitalne transformacije, 219
8.5 Frekvencijske transformacije digitalnih filtara, 232
8.6 Korekcija fazne karakteristike, 235
Zadaci za rad na računaru, 236
9. Digitalni filtri konačnog impulsnog odziva (FJR), 243
9.1 Uvod, 243
9.2 Specifikacije i osnovne defmicijem, 244
9.3 FIR filtri lineame faze, 247
9.4 Projektovanje FIR filtara primenom prozora, 253
9.5 Kajzerov prozor, 269
9.6 Projektovanje FIR filtara zasnovano na frekvencijskom odabiranju, 272
9.7 Kriterijumi aproksimacije, 275
9.8 Optimalna aproksimacija FIR filtara linearne faze, 217,
Zadaci za rad na računaru, 284
10. Realizacija digitalnih filtara, 291
10.1 Uvodm 291
10.2 Realizacione strukture IIR filtara, 292
10.3 Realizacione strukture FIR filtara, 306
10.4 Uticaj efekata konačne dužine reči na katakteristike filtara, 312
Zadaci za rad na računaru, 331
11. Softverska implementacija u MATLAB-u, 335
11.1 Uvod, 335
11.2 Softverska implementacija i simulacija, 336
11.3 Odabrani primeri, 347
Zadaci za rad na računaru, 357
Dodatak A: Diskretni slučajni signali, 359
A.l Srednja vrednost, 360
A.2 Autokorelaciona funkcija, 360
A.3 Ergodičnost, 361
A.4 Srednja snaga i varijansa, 362
A.5 Spektralna gustina snage, 362
A.6 Uniformna i normalna raspodela, 363
A.7 Šum kvantizacije, 364
A.8 Odziv linearnog, vremenski invarijantnog sistema na pobudu slučajnim signalom, 365
Dodatak B: Simboli i skraćenice, 369
B.1 Rečnik simbola, 369
B.2 Rečnik skraćenica, 372
Literatura, 373
Indeks pojmova, 377
Digitalna obrada signala se naglo razvila u poslednjih nekoliko decenija. Napredak je impresivan kako u teoriji tako i u domenu primene. Razvoj digitalne obrade signala povezan je sa prodorima koji su ostvareni u mikroelektronici i računarskim i soflverskim tehnologijama. Zahvaljujući tom ukupnom napretku, razvoj savremenih sistema se zasniva uglavnom na digitalnoj tehnologiji. Digitalna obrada signala predstavlja osnovnu tehnologiju za mnoge grane tehnike kao štu su: telekomunikacioni sistemi, mobilne komunikacije, radar, multimedija, obrada govora, audiotehnika, sonarna tehnika, obrada slike, medicinska elektroniku, seizmologija, napredne tehnike merenja i upravljanja, robotika, kartografija i mnoge druge.
Kao rezultat važnosti naučne oblasti, ali i kao rezultat praktičnih potreba, nastava iz digitalne obrade signala postala je obavezna u okviru studija elektrotehnike i računarstva na skoro svim univerzitetima u svetu. Pored toga, digitalna obrada signala je uključena kao deo studijskiog programa u oblastima koje u značajnoj meri koriste informacione tehnologije.
Posebna lepota digilalne obrade signala je u bliskoj povezanosli teorije i prakse. Ta činjenica ukazuje na potrebu da se i u nastavi uspostavi ravnoteza između teorije i njene primene. Softverske tehnologije koje su nam danas na raspolaganju pružaju mogućnost da se već u toku upoznavanja sa osnovnim algoritmima digitalne obrade signala stečeno znanje kreativno primenjuje u rešavanju praktičnih problema. Ovaj pristup je veoma popularan u savremenoj nastavi.
Digitalna obrada signala je oblast koja obuhvata veoma širok spektar znanja i praktično je nemoguće da je pojedinac savlada u celini. Da bi se u oblasti digitalne obrade signala započeo uspešan rad i da bi se zatim dalje napredovalo, pre svega je neophodno temeljno poznavanje njenih osnova. Kasniji istraživački i razvojni rad, kao i profesionalna inženjerska praksa, podrazumevaju neprekidno nastavljanje učenja novog.
Prilikom izrade knjige "Uvod u digitalnu obradu signala" autori su težili da uspostave ravnotežu između izlaganja teorijskih postavki oblasti, sa jedne strane, i ilustracije izložene teorije sa naglašavanjem praktične primene, sa druge strane. Teorijska izlaganja su ilustrovana velikim brojem rešenih primera. Na kraju svake glave dati su zadaci za rad na računaru koji imaju ulogu da potstaknu čitaoca na samostalnu potvrdu teorijskih postavki izloženih u tekstu. Za jedan broj reprezentativnih zadataka u knjizi su data rešenja sa komentarima, pri čemu je primenjen softverski paket MATLAB® koji je u ovoj knjizi korišćen sa odobrenjem proizvođača MathWorks™. Reč je o poznatom alatu za rad u digilatnoj obradi signala koji je primenjen sa ciljem da se kroz zadatke čitalac istovremeno upozna i sa osnovama alata koji se koristi u praksi.
Tekst knjige je podeljen u jedanaest glava i dva dodatka u kojima je obrađeno: predstavljanje diskretnih signala i sistema u vremenskom i frekvencijskom domenu, z-transformacija, diskretizacija kontinualnih signala, diskretna Furijeova transformacija (OFT) i brza Furijeova transformacija (FFT), funkcija prenosa i frekvencijski odziv linearnih vremenski invarijantnih sistema, digitalni filtri beskonačnog impulsnog odziva (UR digitalni filtri), digitalni filtri konačnog impulsnog odziva (FIR digitalni filtri), realizacione strukture diskretnih sistema, diskretni slučajni signali i softverska implementacija sistema digitalne obrade signala primenom programskog paketa MATLAB®.
Četvrto izdanje knjige "Uvod u digitalnu obradu signala" dopunjeno je Zbirkorn rešenih zadataka u programskom jeziku MATLAB® koja je data u elektronskoj formi na kompakt disku. Autori su Mr Jelena Ćertić i Dr Dragana Šumarac Pavlović. Pored rešenja za zadatake koji su postavljeni na kraju svake glave u knjizi, kompakt disk sadrži i poseban softverski alat: Paket za osnovnu obuku iz obrade signala - 305 koji je takođe izrađen u MATLAB®-u. Cilj je da se kroz korišćenje datog softvera, kako rešenja zadataka, tako i paketa 3oS, čitalac podstakne na samostalan kreativan rad.
Knjiga "Uvod u digitalnu obradu signala" je prvenstveno namenjena studentima osnovnih studija, ali može da bude korisna i svima ostalima koji su za ovu oblast zainteresovani, posebno strčnjacima i istraživačima koji u toku studija nisu imali prilike da savladaju ovu za savremenu nauku i inženjersku praksu veoma značajnu oblast.
Ovom prilikom, autori zahvaljuju kolegama i studentima koji su zapažanjima i primedbama pomogli da se otklone neki nedostaci i isprave štamparske greške. Posebnu zahvalnost autori duguju čitaocima čije je interesovanje za ovu knjigu dovelo do njenog četvrtog izdanja.
Beograd, septembar 2009.
Autori
SADRŽAJ
1. Diskretni signali i sistemi: analiza u vremenskom domenu, 1
1.1 Uvod, 1
1.2 Diskretni signali i nizovi, 2
1.3 Diskretni sistemi, 10
Zadaci za rad na računaru, 23
2. Analiza diskretnih signala i sistema u frekvencijskom domenu: Furijeova transformacija, 27
2.1 Uvod, 27
2.2 Odziv linearnog, vremenski invarijanlnog sistema na kompleksni eksponencijalni signal, 28
2.3 Furijeova transfonnacija diskretnih signala, 31
2.4 Osobine Furijeove transformacije, 32
2.5 Konvo1ucija, 42
2.6 Parsevalova teorema, 48
Zadaci za rad na računaru, 48
3. Z transformacija, 53
3.1 Uvod, 53
3.2 Definicija z transformacije, 53
3.3 Oblast konvergencije, 55
3.4 Inverzna z transformacija, 61
3.5 Osobine z transformacije, 67
3.6 Konvolucija, 70
3.7 Panevalova teorema, 74
Zadaci za rad na računaru, 75
4. Digitalna obrada kontinualnih signala, 79
4.1 Uvod, 79
4.2 Diskretizacija kontinualnog signala, 80
4.3 Rekonstrukcija frekvencijski ograničenog signala iz njegovih odbiraka, 89
4.4 Ekvivalentni analogni filtar, 93
4.5 Realni sistemi za diskretizaciju i rekonstrukciju signala, 96
5. Diskretna Furijeova transformacija, l07
5.1 Uvod, 107
5.2 Definicija DFT, 108
5.3 Predstavljanje i izračunavanje DFT, 111
5.4 Rotacioni faktori, matrični oblik DFT, ortogonalnost, 117
5.5 Odnos DFT prema drugim transformacijama, 120
5.6 Osobine DFT, 122
5.7 Ciklična konvolucija, 127
5.8 Parsevalova teorema, 132
5.9 Analiza signala primenom DFT, 132
Zadaci za rad na računaru, 139
6. Brza Furijeova transformacija, 145
6.1 Uvod, 145
6.2 Složenost izračunavanja DFT, princip dekompozicije, 146
6.3 FFT algoritam sa razbijanjem po vremenu, 148
6.4 FFT algoritam sa razbijanjem po frekvenciji, 155
6.5 Efikasnost FFT algoritma, 158
6.6 Prekoračenje opsega kod FFT algoritma, 159
7. Linearni vremenski invarijantni sistemi: funkcija prenosa i frekvencijski odziv, 163
7.1 Uvod, 163
7.2 Funkcija prenosa diskretnog sistema, 1.64
7.3 Nule i polovi funkcije prenosa, 167
7.4 Stabilnost i kauzalnost, 169
7.5 Frekvencijski odziv, 170
7.6 Funkcija prenosa linearne faze, 182
7.7 Propusnik svih frekvencija, 185
7.8 Funkcija prenosa minimalne faze, 188
7.9 Postupak projektovanja lineaniih vremenski invarijantnih sistema, 191
Zadaci za rad na računaru, 193
8. Digitalni filtri beskonačnog impulsnog odziva (lIR), 199
8.1 Uvod, 199
8.2 Specifikacije i osnovne definicije, 200
8.3 Klasične funkcije prenosa analognih filtara, 205
8.4 Analogno-digitalne transformacije, 219
8.5 Frekvencijske transformacije digitalnih filtara, 232
8.6 Korekcija fazne karakteristike, 235
Zadaci za rad na računaru, 236
9. Digitalni filtri konačnog impulsnog odziva (FJR), 243
9.1 Uvod, 243
9.2 Specifikacije i osnovne defmicijem, 244
9.3 FIR filtri lineame faze, 247
9.4 Projektovanje FIR filtara primenom prozora, 253
9.5 Kajzerov prozor, 269
9.6 Projektovanje FIR filtara zasnovano na frekvencijskom odabiranju, 272
9.7 Kriterijumi aproksimacije, 275
9.8 Optimalna aproksimacija FIR filtara linearne faze, 217,
Zadaci za rad na računaru, 284
10. Realizacija digitalnih filtara, 291
10.1 Uvodm 291
10.2 Realizacione strukture IIR filtara, 292
10.3 Realizacione strukture FIR filtara, 306
10.4 Uticaj efekata konačne dužine reči na katakteristike filtara, 312
Zadaci za rad na računaru, 331
11. Softverska implementacija u MATLAB-u, 335
11.1 Uvod, 335
11.2 Softverska implementacija i simulacija, 336
11.3 Odabrani primeri, 347
Zadaci za rad na računaru, 357
Dodatak A: Diskretni slučajni signali, 359
A.l Srednja vrednost, 360
A.2 Autokorelaciona funkcija, 360
A.3 Ergodičnost, 361
A.4 Srednja snaga i varijansa, 362
A.5 Spektralna gustina snage, 362
A.6 Uniformna i normalna raspodela, 363
A.7 Šum kvantizacije, 364
A.8 Odziv linearnog, vremenski invarijantnog sistema na pobudu slučajnim signalom, 365
Dodatak B: Simboli i skraćenice, 369
B.1 Rečnik simbola, 369
B.2 Rečnik skraćenica, 372
Literatura, 373
Indeks pojmova, 377
Detaljni podaci o knjizi
Naslov: Uvod u digitalnu obradu signala - 4. izdanje
Izdavač: Akademska misao
Strana: 380 (cb)
Pismo:
Format: B5
Godina izdanja: 2009
ISBN: 978-86-7466-367-7
Budite prvi koji će svoje mišljenje podeliti sa drugima (