andrey

Путь к Файлу: /Таганрогский радиотехнический университет / Семестр5 / ТЭС-3 / Лекции / Лекция 13.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   3
Пользователь:   andrey
Добавлен:   24.01.2015
Размер:   825.0 КБ
СКАЧАТЬ

Лекция №13 (ТЭС ч.3)

13. Цифровая обработка сигналов при нескольких скоростях

13.1. Введение

Растущая потребность в современных цифровых системах обработки данных с более чем одной частотой дискретизации привела к развитию новой подобласти цифровой обработки сигналов, известной как обработка данных при нескольких скоростях (multirate processing). При такой обработке данных используют две основные операции: децимация и интерполяция, позволяющие эффективно чередовать скорости передачи данных. Децимация уменьшает, а интерполяция увеличивает частоту дискретизации. Часто преобразование данных под новую частоту дискретизации облегчает их обработку (например, делает вычислительно более эффективной) или обеспечивает совместимость с другой системой. Так, если уменьшить частоту дискретизации сигнала со 100 до 10 кГц без потери желаемой информации, то затраты вычислительных ресурсов при последующей обработке сигналов уменьшаться в 10 раз.

 

Обработка при нескольких скоростях применяется и для эффективной реализации функций цифровой обработки сигналов. Например, реализация узкополосных цифровых КИХ-фильтров с использованием обычной ЦОС является трудной задачей, поскольку такие фильтры требуют очень большого числа коэффициентов для удовлетворения жестких требований к амплитудно-частотной характеристике.

 

 

13.2. Уменьшение частоты дискретизации: децимация с целым шагом

На рис. 13.1 представлена структурная схема дециматора. На ней изображены цифровой фильтр защиты от наложения спектров ФНЧ и схема сжатия (компрессор) частоты дискретизации. Цифровой фильтр предварительно ограничивают полосу входного сигнала Лекция 13 до Лекция 13, в результате чего получается сигнал Лекция 13. Фильтрация используется для предотвращения наложения спектров, которое может возникнуть в результате уменьшения частоты дискретизации. Компрессор частоты дискретизации обозначается стрелкой, направленной вниз, и коэффициентом децимации M. Компрессор снижает частоту дискретизации с Лекция 13  до Лекция 13.

Снижение частоты дискретизации достигается за счёт того, что из каждых M отсчётов сигнала Лекция 13 отбрасывается Лекция 13 отсчёт. Вход и выход процесса децимации связаны следующим соотношением:

Лекция 13,

где      Лекция 13;

Лекция 13 – импульсная характеристика фильтра.

 

Лекция 13

Рис. 13.1 Структурная схема дециматора

На рис. 13.2 описанный процесс иллюстрируется для простого случая Лекция 13, где из каждых трех отсчётов Лекция 13 отбрасывается два отсчёта.

Лекция 13

Рис. 13.2 Иллюстрация процесса децимации с шагом Лекция 13

Спектральное представление процесса децимации приведено на рис. 13.3, где пунктиром изображены зеркальные компоненты сигнала, которые привели бы к наложению, если бы входной сигнал Лекция 13 не был ограничен по полосе перед децимацией. Функции Лекция 13, Лекция 13 и Лекция 13 представляют собой частотные характеристики сигналов Лекция 13, Лекция 13 и Лекция 13 соответственно. Лекция 13 – это амплитудно-частотная характеристика фильтра защиты от наложения спектров.

Лекция 13

Рис. 13.3 Спектральное представление процесса децимации с шагом Лекция 13 

(с частоты дискретизации 6 кГц до частоты 2кГц)

 

13.2. Увеличение частоты дискретизации: интерполяция с целым шагом

Для заданного сигнала Лекция 13 с частотой дискретизации Лекция 13 процесс интерполяции увеличивает частоту дискретизации в Лекция 13  раз, т.е. до Лекция 13. Схема интерполятора приведена на рис. 13.4. Он состоит из экспандера частоты дискретизации, обозначенного стрелкой, направленной вверх, и коэффициентом интерполяции Лекция 13, который показывает, во сколько раз увеличивается частота дискретизации. Для каждого отсчёта сигнала Лекция 13 экспандер вводит Лекция 13 нулевых отсчётов, в результате чего формируется новый сигнал Лекция 13 с частотой дискретизации Лекция 13. Далее этот сигнал пропускается через цифровой фильтр нижних частот для удаления зеркальных частот, введенных при увеличении частоты, в результате получается выходной сигнал Лекция 13.

Лекция 13

Рис. 13.4 Структурная схема интерполятора

Введение Лекция 13 нулевых отсчётов приводит к распространению энергии каждого отсчёта входного сигнала на Лекция 13 отсчётов выходного сигнала, т.е. каждый выходной отсчёт ослабляется в Лекция 13 раз. Для компенсации этого эффекта можно умножить каждый выходной отсчёт Лекция 13 на Лекция 13.

Процесс интерполяции во временной области иллюстрируется на рис. 13.5 для случая Лекция 13. Необходимо отметить, что каждый отсчёт Лекция 13 порождает три выходные отсчёта Лекция 13 (два нулевых отсчёта вводит экспандер).

Лекция 13

Рис. 13.5 Иллюстрация процесса интерполяции во временной области (Лекция 13)

Процесс интерполяции характеризуется следующей связью входа и выхода:

Лекция 13,

где

Лекция 13.

Интерпретация данного процесса в частотной области приведена на рис. 13.6. Функции Лекция 13, Лекция 13 и Лекция 13 представляют собой частотные характеристики сигналов Лекция 13, Лекция 13 и Лекция 13 соответственно. Лекция 13 – это амплитудно-частотная характеристика фильтра подавления зеркальных частот.

Лекция 13

Рис. 13.6 Иллюстрация процесса интерполяции в частотной области при Лекция 13

(с частоты дискретизации 2 кГц до частоты 6 кГц)

 

13.3. Преобразование частоты дискретизации с нецелым шагом

В некоторых ситуациях необходимо изменить частоту дискретизации в нецелое число раз. Например, при передачи данных с компакт диска (Лекция 13 кГц) на цифровую аудиопленку (Лекция 13 кГц) требуется увеличить частоту дискретизации сигнала в Лекция 13раза.

На практике подобные нецелые множители представляют отношением двух целых чисел Лекция 13 и Лекция 13, таких, что Лекция 13максимально близко к желаемому множителю. В этом случае преобразование частоты дискретизации производится в два этапа:

· интерполяция входных данных с шагом Лекция 13;

· децимация полученных данных с шагом Лекция 13 (рис. 13.7, а).

Процесс интерполяции должен обязательно предшествовать процессу децимации, поскольку в противном случае исчезнут необходимые высокочастотные компоненты.

Лекция 13

Рис. 13.7 Структурная схема  преобразователя частоты дискретизации

В приведенном выше примере «с компакт-диска на цифровую аудиопленку» преобразование частоты в Лекция 13раза можно достичь следующим образом: интерполировать с шагом Лекция 13, а затем произвести децимацию с шагом  Лекция 13.

Поскольку два фильтра нижних частот на рис. 13.7, а  соединены каскадно и имеют общую частоту дискретизации, их можно объединить и тогда получиться один обобщенный преобразователь частоты дискретизации (рис. 13.7, б).

 

 

Литература:

1. Солонина А.И. и др. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. –768 с.

2. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. –992 с.

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика