多采樣率系統(tǒng)

前言

　　本書取材于德國工業(yè)界內(nèi)部的進(jìn)修研討項(xiàng)目，該項(xiàng)目已逐步發(fā)展成為一門正規(guī)的課程，并且在波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr-University Bochum）的信息技術(shù)專業(yè)里經(jīng)過了多年的教學(xué)和科研實(shí)踐。書中既包括了工程技術(shù)人員關(guān)心的實(shí)際問題，又體現(xiàn)了高等教學(xué)的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)?！　”緯鴥?nèi)容建立于以下基本原理，即數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)全部為多采樣率系統(tǒng)，因此信號(hào)會(huì)以不同的采樣率顯現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部的處理過程中。為了更好地理解此書，讀者應(yīng)具有數(shù)字信號(hào)處理方面的基礎(chǔ)知識(shí)（如變換及其他相關(guān)知識(shí)等）?！　∪绫緯鴺?biāo)題所示，書中內(nèi)容及據(jù)此所設(shè)置的相關(guān)課程皆由兩大部分組成：第一部分——采樣率轉(zhuǎn)換；第二部分——數(shù)字濾波器組。本書第一部分詳細(xì)介紹了采樣率轉(zhuǎn)換過程的基礎(chǔ)知識(shí)，并對(duì)此進(jìn)行了推導(dǎo)和演繹。這常常用來解釋：為什么某個(gè)被提及的方案可行，而另一個(gè)不可行。在學(xué)習(xí)中，我們首先要充分理解那些相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)知識(shí)，這樣，在面對(duì)建立于此的未知問題時(shí)，才能迎刃而解。但是只介紹一些基本原理，如多相表示和調(diào)制表示，顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，為了促進(jìn)該領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展，本書更著重于實(shí)踐中的具體應(yīng)用，而且書中也穿插了大量全新練習(xí)題（并內(nèi)附答案），以方便讀者自學(xué)。書中第2章涉及了采樣率按整數(shù)因子以及按有理數(shù)因子增加、減少時(shí)，在時(shí)域和頻域中創(chuàng)造性的應(yīng)用。盡管異步采樣率轉(zhuǎn)換在實(shí)踐中早已被普遍應(yīng)用，但在該研究領(lǐng)域的相關(guān)書籍并不多，而本書則對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。作為第一部分中描述最關(guān)鍵系統(tǒng)理論的第2章，在其最后部分通過簡介和概述，解釋了多采樣率系統(tǒng)的轉(zhuǎn)置（參看參考文獻(xiàn)[24，27，55]）和對(duì)偶原理的基礎(chǔ)概念?！　〉?章深入地介紹了在多采樣率數(shù)字信號(hào)處理中，如何把數(shù)字濾波器的特性曲線按技術(shù)指標(biāo)分類，通過對(duì)這類濾波器的設(shè)計(jì)，最終盡可能地使該多采樣率系統(tǒng)降低能耗。此外，本章還對(duì)該重要設(shè)計(jì)的操作過程做了一個(gè)全面概括。不過要注意的是，這里忽略了參數(shù)及信號(hào)量化的影響。　　對(duì)于前面介紹過的有關(guān)改變采樣率的系統(tǒng)理論，它的高效實(shí)現(xiàn)方法（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）在第4章進(jìn)行了具體介紹。其中只有對(duì)輸出信號(hào)所需的必要值進(jìn)行計(jì)算，才能力求最低的系統(tǒng)運(yùn)算功率。第5章補(bǔ)充說明了，通過把一個(gè)FIR多采樣率系統(tǒng)合理地劃分成為眾多子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的形式，從而使系統(tǒng)運(yùn)算功率得到進(jìn)一步的降低?！　〉诙糠质菍?duì)第一部分知識(shí)的延續(xù)應(yīng)用，并深入到 通道濾波器組的層面（參看1.2節(jié)）。這里的重點(diǎn)是FMUX和FDMUX濾波器組，以及它們的級(jí)聯(lián)形式，并且所有的通道都有相同的帶寬 （均勻?yàn)V波器組）。此外，在帶有冗長部分和不相干部分的信號(hào)的有效編碼過程及傳輸過程中，解釋了級(jí)聯(lián)互補(bǔ)濾波器組的應(yīng)用（參看參考文獻(xiàn)[136，141]）?！　〔贿^，若沒有一系列強(qiáng)有力的合作及支持，本書是不能如此順利完成的。這里首先要感謝波鴻魯爾大學(xué)信息技術(shù)專業(yè)的兩位女士：Tauber女士為全書制作了專業(yè)的Latex文件并進(jìn)行了多次修改；Sommer女士則精心繪制了大量插圖、圖表。在文字和圖片方面也長期得到了學(xué)生們的大力支持：Andreas Kribus為本書的初稿付出了大量心血；Janine Buchwald負(fù)責(zé)了文字工作；Daniel Alfsmann參與了書中布局及確定關(guān)鍵字索引的工作。當(dāng)然也不能忘記本系的學(xué)生們，他們的多種反饋和筆記為本書提供了大量的資料?！　胸S富的MATLAB習(xí)題及可視化程序，也是通過以下學(xué)生與作者們的緊密合作才得以呈現(xiàn)：Andreas Kribus，從始至終，伴隨著他的創(chuàng)造性，盡心盡力地投入到本書的工作中，直到他的學(xué)業(yè)結(jié)束。Jan Pelzl 對(duì)所有程序進(jìn)行了系統(tǒng)地規(guī)劃整理，其間也得到了Nils Hüttebr?uker 和 Sebastian Schmidt的幫助。最后由Daniel Alfsmann 完成了后期的校對(duì)工作，并修改了一些書中內(nèi)容與程序不一致的地方?！　≡诖?，我們衷心感謝以上各位長期以來為本書出版所付出的辛勤勞動(dòng)。我們還要感謝Gennaro Evangeista博士，在這次富有成效的合作工作中，他為“異步采樣率轉(zhuǎn)換”這部分內(nèi)容作出了決定性的貢獻(xiàn)。此外，我還想感謝我的夫人Iris G?ckler，特別是在我寫作遇到困難的時(shí)候，她給予了我這個(gè)不稱職的丈夫很多寬容和理解。最后要感謝出版社的J.Schlembach博士為本書的順利出版提供了大力支持。

內(nèi)容概要

《多采樣率系統(tǒng)——采樣率轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波器組》一書是由德國波鴻魯爾大學(xué)的Heinz G．Gockler教授和A1exandra Groth博士所著，是近年來德國多采樣率數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中的一本權(quán)威著作。本書由兩大部分組成：第一部分——采樣率轉(zhuǎn)換，內(nèi)容涵蓋了采樣率轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí)、與多采樣率系統(tǒng)有關(guān)的濾波器設(shè)計(jì)以及多采樣率系統(tǒng)的高效結(jié)構(gòu)和算法；第二部分——數(shù)字濾波器組，這部分是對(duì)第一部分知識(shí)的延續(xù)應(yīng)用，并深入到通道濾波器組的層面。全書共包括10章，內(nèi)容精煉新穎，條理清楚，而且專門針對(duì)一些復(fù)雜又不易掌握的內(nèi)容，設(shè)置了相應(yīng)的MATLAB可視化程序和附有答案的練習(xí)題，方便讀者理解。    本書適用于高等院校電子和信息技術(shù)專業(yè)的研究生課程，以及已經(jīng)具有了必要基礎(chǔ)知識(shí)的本科高年級(jí)學(xué)生閱讀，也可供該領(lǐng)域的教師和工程技術(shù)類人員使用。

書籍目錄

第一部分　采樣率轉(zhuǎn)換  第1章　導(dǎo)論    1.1　采樣率轉(zhuǎn)換概述    1.2　采樣率轉(zhuǎn)換的目的    1.3　可視化程序  第2章　采樣率轉(zhuǎn)換    2.1　離散時(shí)間信號(hào)   　 2.1.1　離散時(shí)間信號(hào)的離散采樣過程　    2.1.2　多相表示    　2.1.3　調(diào)制表示    2.2　練習(xí)題：多相表示    2.3　抽取一降低采樣率　    2.3.1　下采樣過程中的時(shí)域特性　    2.3.2　下采樣過程中的頻域特性　    2.3.3　完整的抽取器　    2.3.4　抗混疊濾波器的尺度設(shè)定　    2.3.5　對(duì)帶通信號(hào)進(jìn)行的抽取操作　    2.3.6　線性周期時(shí)變(LPTV)系統(tǒng)　    2.3.7　基于下采樣器的等效變換模式    2.4　練習(xí)題：降低采樣率    2.5　內(nèi)插一增加采樣率  　  2.5.1　上采樣過程中的時(shí)域特性　    2.5.2　上采樣過程中的頻域特性　    2.5.3　完整的內(nèi)插器　    2.5.4　抗鏡像濾波器的尺度設(shè)定　    2.5.5　通過內(nèi)插操作得到帶通信號(hào)　    2.5.6　基于上采樣器的等效變換模式    2.6　練習(xí)題：增加采樣率    2.7　同步采樣率轉(zhuǎn)換  　  2.7.1　有理數(shù)采樣率轉(zhuǎn)換　    2.7.2　數(shù)字移相器　    2.7.3　基于上采樣器和下采樣器的等效變換模式  　  2.7.4　上采樣器和下采樣器級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的一覽表    2.8　練習(xí)題：有理數(shù)采樣率轉(zhuǎn)換　  2.9　異步采樣率轉(zhuǎn)換  　  2.9.1　混合系統(tǒng)模式　    2.9.2　數(shù)字系統(tǒng)模式    2.10　轉(zhuǎn)置和對(duì)偶  　  2.10.1　線性時(shí)不變(LTI)系統(tǒng)　    2.10.2　復(fù)數(shù)LPTV系統(tǒng)　    2.10.3　多采樣率系統(tǒng)　    2.10.4　關(guān)于轉(zhuǎn)置的概述    2.11　小結(jié)　第3章　濾波器的設(shè)計(jì)方法    3.1　采樣率轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)    　3.1.1　濾波器通帶技術(shù)指標(biāo)  　  3.1.2　濾波器阻帶技術(shù)指標(biāo)　　3.2　濾波器設(shè)計(jì)方法概述　    3.2.1　數(shù)字FIR濾波　    3.2.2　準(zhǔn)連續(xù)：FIR內(nèi)插  第4章　高效的結(jié)構(gòu)    4.1　評(píng)估多采樣率系統(tǒng)的準(zhǔn)則  　  4.1.1　運(yùn)算功率　    4.1.2　吞吐率　    4.1.3　使多采樣率系統(tǒng)的效率最佳    4.2　基于直接型濾波器的采樣率轉(zhuǎn)換器  　  4.2.1　FIR抗混疊濾波器　    4.2.2　FIR抗鏡像濾波器　    4.2.3　運(yùn)算模塊的多重使用　    4.2.4　用于采樣率轉(zhuǎn)換的IIR濾波器    4.3　基于多相濾波器的采樣率轉(zhuǎn)換器  　  4.3.1　S／P和P／S轉(zhuǎn)換器　    4.3.2　多相抽取器　    4.3.3　多相內(nèi)插器　    4.3.4　基于多相濾波器的有理數(shù)采樣率轉(zhuǎn)換器　    4.3.5　并行化操作　    4.3.6　進(jìn)一步降低能耗的可能    4.4　練習(xí)題：同步L／M-一采樣率轉(zhuǎn)換器    4.5　異步采樣率轉(zhuǎn)換器  　  4.5.1　同步采樣率轉(zhuǎn)換器　    4.5.2　準(zhǔn)連續(xù)內(nèi)插器　    4.5.3　基于時(shí)變系數(shù)的密集FIR結(jié)構(gòu)    4.6  小結(jié)　第5章　高效的算法　第6章　DIAMANT CATV系統(tǒng)的應(yīng)用舉例第二部分　數(shù)字濾波器組　第7章　導(dǎo)論和分類　第8章　最大抽取M通道濾波器組　第9章　高效的運(yùn)算結(jié)構(gòu)　第10章　樹形結(jié)構(gòu)的M通道濾波器組附錄A　對(duì)第一部分中采樣率轉(zhuǎn)換內(nèi)容的補(bǔ)充附錄B　對(duì)第二部分中濾波器組內(nèi)容的補(bǔ)充附錄C　習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第4章 高效的結(jié)構(gòu)　　我們已經(jīng)在第2章中研究了同步（整數(shù)和有理數(shù)因子）和異步采樣率轉(zhuǎn)換的基本原理和方法，在這里我們將直接對(duì)以上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)所需要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行推導(dǎo)。由于這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程往往對(duì)電路和計(jì)算的性能有很高的要求，所以在第4章中，我們將通過在2.3.7節(jié)、2.5.6節(jié)和2.7.3節(jié)中已經(jīng)分析過的等效變換，來高效地執(zhí)行采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其中，本章的研究重點(diǎn)是抽取器，因?yàn)楦咝У膬?nèi)插器可以通過2.10節(jié)中的轉(zhuǎn)置定理，直接從抽取器推導(dǎo)得出?！　?.1 評(píng)估多采樣率系統(tǒng)的準(zhǔn)則　　由運(yùn)算功率A和吞吐率D可以對(duì)一個(gè)（多采樣率系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的效率進(jìn)行尺度方面的衡量，下面我們將首先介紹這兩個(gè)概念。因?yàn)橥ㄟ^以上這兩種尺度并不能全方位地表述系統(tǒng)的能耗（比如存儲(chǔ)器的存?。詫?duì)于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，我們需要具體問題具體分析。與單采樣率系統(tǒng)相比，在一般情況下，多采樣率系統(tǒng)往往會(huì)在脈沖時(shí)鐘的產(chǎn)生和系統(tǒng)的控制方面要求更大的能耗，因此我們會(huì)對(duì)系統(tǒng)效率的細(xì)節(jié)進(jìn)行探討。在接下來的討論中，我們將只研究上面提到的有關(guān)衡量系統(tǒng)能耗的這兩種尺度，因?yàn)榛谶@兩種尺度的原理和方法，可以對(duì)提高多采樣率系統(tǒng)的效率進(jìn)行最清楚的分析?！　?.1.1 運(yùn)算功率　　我們以每個(gè)時(shí)間單位內(nèi)的必要運(yùn)算數(shù)來定義一個(gè)（多采樣率）系統(tǒng)的運(yùn)算功率或運(yùn)算速率A①。它描述了進(jìn)行信號(hào)處理的系統(tǒng)在運(yùn)算方面的尺度（參看參考文獻(xiàn)[118]）。這里所指的系統(tǒng)運(yùn)算，如前面已經(jīng)說明的那樣，僅僅表示在系統(tǒng)內(nèi)部所進(jìn)行的乘法和加法運(yùn)算。

編輯推薦

　　內(nèi)容建立于以下基本原理，即數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)全部為多采樣率系統(tǒng)，因此信號(hào)會(huì)以不同的采樣率顯現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部的處理過程中。為了更好地理解此書，讀者應(yīng)具有數(shù)字信號(hào)處理方面的基礎(chǔ)知識(shí)（如變換及其他相關(guān)知識(shí)等）。

圖書封面

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