信息科學(xué)與電子工程專業(yè)英語翻譯(第9、11單元)

1、1UnitUnit9數(shù)字信號和信號處理數(shù)字信號和信號處理Unit91第一部分：數(shù)字信號處理第一部分：數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理（DSP）是研究數(shù)字表示的信號以及這些信號的處理方法。數(shù)字信號處理和模擬信號處理是信號處理的子領(lǐng)域。數(shù)字信號處理包括音頻及語音信號處理、聲納和雷達(dá)信號處理、傳感器陣列處理、譜估計、統(tǒng)計信號處理、圖像處理、通信信號處理、生物醫(yī)學(xué)信號處理等子領(lǐng)域。數(shù)字信號處理的目標(biāo)通常是測量連續(xù)的真實世界的模擬信號或?qū)ζ錇V波，因此，第

2、一步常常是使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。通常，要求的輸出信號為另一個模擬輸出信號，這就需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號處理的算法有時通過使用專用計算機(jī)來實現(xiàn)，它們（專用計算機(jī)）利用被稱為數(shù)字信號處理器的專用微處理器（簡稱DSP）。這些數(shù)字信號處理器實時處理信號，通常是針對具體目的而設(shè)計的專用集成電路（ASIC）。當(dāng)靈活性和快速開發(fā)比大批量生產(chǎn)的成本更重要時，DSP算法也可以用現(xiàn)場可編程門陣列來實現(xiàn)。數(shù)字信號處理域數(shù)字信號處理域在

3、數(shù)字信號處理中，工程師通常在下面幾個域的一個域中來研究數(shù)字信號：時域（一維信號），空域（多維信號），頻域，自相關(guān)域以及小波域。他們按照某些依據(jù)來猜測（或試驗不同的可能性）那一個域能夠最好地表示信號的本質(zhì)特性來選擇在其中進(jìn)行信號處理的域。從測量設(shè)備得到的樣本序列產(chǎn)生（信號的）時域或空域表示，而離散Fourier變換則產(chǎn)生頻域表示即頻譜。自相關(guān)定義為信號與其自身經(jīng)過時間或空間間隔變化后的互相關(guān)。信號采樣信號采樣隨著計算機(jī)應(yīng)用的增長，數(shù)字信號

4、處理的使用和需求日益增多。為了能夠在計算機(jī)上使用模擬信號，必須使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對其進(jìn)行數(shù)字化。采樣通常分兩步實現(xiàn)：離散化和量化。在離散化階段，信號空間被分割為相等的區(qū)間，用相應(yīng)區(qū)間的代表性信號值代替信號本身。在量化階段，用有限集中的值來近似代表性的信號值。為了能夠正確地重建被采樣的模擬信號，必須滿足奈奎斯特香農(nóng)采樣定理。定理規(guī)定：采樣頻率必須大于兩倍的信號帶寬。實際應(yīng)用中，采樣頻率通常遠(yuǎn)大于信號帶寬的兩倍。最常用的帶寬是：DC~

5、BW（基帶）；以及fc?BW，即以載波頻率為中心的頻帶（直接調(diào)制）。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）用來將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號。數(shù)字計算機(jī)的使用是數(shù)字控制系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。時域和空域時域和空域時域和空域中最普通的處理方法是用一種叫做濾波的方法增強(qiáng)輸入信號。濾波通常由在輸入或輸出信號當(dāng)前樣本周圍的許多樣本的某種變換組成。有很多表示濾波器特性的方法，例如：?“線性”濾波器是對輸入樣本的線性變換；其他的濾波器為非線性的。線性濾波器滿足疊加條件，就是說，如

6、果輸入是不同信號的加權(quán)線性組合，輸出就是（各信號）相應(yīng)輸出的同樣加權(quán)線性組合。3Unit92第二部分：數(shù)字信號處理的基本概念第二部分：數(shù)字信號處理的基本概念數(shù)字計算機(jī)和用來實現(xiàn)各種信號處理功能的專用數(shù)字電路的應(yīng)用需求非常大，這些功能過去都是使用模擬設(shè)備來實現(xiàn)。便宜的集成電路的不斷發(fā)展產(chǎn)生了許多微計算機(jī)和小型計算機(jī)來實現(xiàn)各種信號處理功能。現(xiàn)在有可能在比以往全模擬系統(tǒng)小得多，而且成本也低得多的限制下構(gòu)成專用數(shù)字處理器。我們將討論數(shù)字信號處理

7、的基本概念，為此，適當(dāng)?shù)赜懻撘恍┏Ｓ眯g(shù)語和假設(shè)?？赡苤?，定義和術(shù)語將依照IEEE音頻和電聲小組的推薦。模擬信號是定義在連續(xù)時間上的函數(shù)，其幅度取值是連續(xù)的。一些通常的例子有正弦函數(shù)，階躍函數(shù)，麥克風(fēng)輸出信號等等?！澳M”這一術(shù)語顯然是來自于模擬計算領(lǐng)域，其中電壓和電流用來作為物理變量，但它的用處已經(jīng)擴(kuò)展了。連續(xù)時間信號是定義在連續(xù)時間上的函數(shù)，但是它的幅度可能是連續(xù)值也可以是有限的可能值。本文中，我們將模擬信號看成是連續(xù)時間信號的一個

8、特例。然而實際應(yīng)用中，“模擬”和“連續(xù)時間”這兩個術(shù)語可以隨意互換使用，通常表示同一個意思。由于“模擬”一詞與物理類比的關(guān)聯(lián)，已經(jīng)確立了優(yōu)先使用“連續(xù)時間”這一術(shù)語。不過有時為了清楚起見也用“模擬”一詞，特別是與“數(shù)字”相聯(lián)系時。術(shù)語“量化”描述了用一組離散值來表示變量的過程。經(jīng)量化的變量只能取離散值。離散時間信號是定義在某些特定時間值上的函數(shù)。這意味著獨立變量時間被量化了。如果離散時間信號的幅度可以取連續(xù)值，那么函數(shù)稱作采樣數(shù)據(jù)信號。

9、采樣數(shù)據(jù)信號可以在離散時間值上對模擬信號采樣得到。數(shù)字信號是時間和幅度都被量化的函數(shù)。數(shù)字信號總是使用一系列數(shù)來表示，其中每個數(shù)用有限個數(shù)字表示。“離散時間”和“數(shù)字”這兩個術(shù)語在實際中經(jīng)?；Q，表示同一個意思。許多基于離散時間信號的定理適用于純數(shù)字信號，因此沒有必要總是對兩者作嚴(yán)格的區(qū)分。理論發(fā)明更多地用到“離散時間”這一術(shù)語。而“數(shù)字”這一術(shù)語則更多地用來描述軟硬件的實現(xiàn)。根據(jù)使用的硬件或軟件的類型和當(dāng)前信號的類型，一個系統(tǒng)可以用任

10、意的前述術(shù)語來描述?？蓞⒖寄M系統(tǒng)，連續(xù)時間系統(tǒng)，離散系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)等。線性系統(tǒng)可使用疊加原理。線性系統(tǒng)可以用線性的微分或差分方程來描述。線性時不變系統(tǒng)就是參數(shù)是不變的，不會隨時間變化而變化的系統(tǒng)。集總系統(tǒng)是由有限非零元素構(gòu)成，滿足常微分（或差分）方程的系統(tǒng)，與滿足偏微分方程的分布式系統(tǒng)相對應(yīng)。數(shù)字信號的數(shù)字處理的標(biāo)準(zhǔn)形式是二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)。二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)僅使用0和1來表示所有的可能值。m值可用n位二進(jìn)制數(shù)字來表示，m=2n。反過來，如果

11、m是要求的等級數(shù)，所需的比特數(shù)是大于等于log2m的最小整數(shù)。實現(xiàn)數(shù)字處理的過程將用一個簡化系統(tǒng)來說明，假定信號在0V到7V之間變化，以1V為增量，用8種可能的值表示成二進(jìn)制數(shù)。圖91顯示了方框圖，圖92畫出了我們所感興趣的一些波形。首先，信號通過連續(xù)時間的預(yù)采樣濾波器，稍后我們將討論它的函數(shù)。然后信號以T秒為間隔由采樣器讀入。接著這些樣本必須量化為一種標(biāo)準(zhǔn)電平。盡管量化過程有不同的策略，我們在這里所用的是一種常用的方法，采樣值取最接近