Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
подтип STACK со значением "О", F - флаги соединения (оба флага равны
"1"), FILL - байт заполнитель со значением "О".
DDCMP протокол функционирует в двух основных режимах:
1) on-line (интерактивный), или нормальный режим выполнения;
2) off-line (автономный), или режим сопровождения.
Предыдущие сообщения описывают режим on-line. Off-line (автономный), или
режим сопровождения, может использоваться для тестирования/диагностики
станций и простых рабочих процедур типа начальной загрузки или загрузки
по линии связи, для передачи этих "прозрачных" данных используются
служебные сообщения (Transparent Message).
ГЛАВА 6
ПРОЦЕССОРЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
6.1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОРОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
6.1.1. ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ !
Архитектура DSP определяется несколькими базовыми операциями, которые
используются в алгоритмах ЦОС.
Для выделения таких операций проведем функциональный анализ основных
направлений ЦОС, к которым относятся цифровая фильтрация и спектральный
анализ.
Цифровая фильтрация. В области цифровой фильтрации разработчик систем ЦОС
имеет дело с реализацией КИХ- и БИХ-фильтров (с конечной и бесконечной
импульсными характеристиками соответственно).
Оба класса фильтров относятся к классу линейных систем с постоянными
параметрами (ЛСПП), в которых входная хп и выходная уп последовательности
связаны отношениями типа свертки. Если обозначить через hk отклик системы
на единичный импульс (импульсную характеристику ЛСПП), то получим свертку
вида
y,,= thkxn_k, п = 0,1,2...
к=0
где хп, уп - отсчеты входного и выходного сигналов; хп к - входной
отсчет, задержанный на к интервалов дискретизации.
В КИХ-фильтре отсчет выходного сигнала определяется только значениями
входного сигнала, а в БИХ-фильтре - значениями входного и выходного
сигналов. Это хорошо видно из линейных разностных уравнений с постоянными
коэффициентами, которыми описывается данный класс дискретных систем. В
общем виде разностное уравнение, описывающее БИХ-фильтр, имеет вид
N - 1 М - 1
Уп = %Ькхп_к - %акУп-к > к=0 к=I
где N, М- постоянные целые числа; bk, ак- постоянные коэффициенты,
описывающие конкретную систему; хп, уп - отсчеты входного и выходного
сигналов.
КИХ-фильтр задается уравнением
N - 1
Уп = ЕМл-*
или иначе
У"=Ь0х"+Ь1х1,_1+Ь2хп_2+ ... +b"x"_N +,.
Таким образом, для построения систем цифровой фильтрации требуется
эффективная реализация соотношения типа дискретной свертки, которая
раскладывается на операции умножения и накапливающего суммирования, а
также операции задержки.
Спектральный анализ. В области спектрального (или гармонического анализа)
используются прямое и обратное дискретное преобразование Фурье (ДПФ), а
также рациональный способ реализации дискретного преобразования Фурье -
быстрое преобразование Фурье (БПФ).
Спектральный анализ основан на известных методах представления данной
функции при помощи других функций, которые называются базовыми и свойства
которых считаются известными.
665
ПРОЦЕССОРЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Если входная последовательность периодична, то ее можно представить рядом
Фурье
где Хк - амплитуда гармоники; eia>t" =cosw^n + jsmwkn- комплексная
переменная; шк = ink / N - частота спектральной составляющей (гармоники).
Учитывая, что " периодична, ряд Фурье записывается в виде
Р _ 1 у Р Л2жШ)к п Р _ J N'T'1 у Р У(2я/N)kn
*п 2j ^ к ^ ИЛИ *к *-
к= О /V к=0
Данное выражение, описывающее Фурье-образ функции, называется обратным
преобразованием.
Для вычисления коэффициентов ряда используется следующее выражение для
ДПФ
ХР = N^ 1nlN)nk
п =0
или в более компактной форме
х?= N^4wni
п= О
Анализ данного выражения показывает, что основными операциями при
вычислении выражения являются операции комплексного умножения и
суммирования. Трудоемкость прямого вычисления данного выражения велика и
возрастает с ростом N.
Для упрощения вычисления ДПФ исходную N-точечную последовательность
разбивают на две более короткие, для которых отдельно вычисляется БПФ, а
результаты далее комбинируются для получения окончательного БПФ всей
последовательности. Причем деление последовательности может быть
многократным.
Если последовательность разбивается на две: одна с четными, а другая с
нечетными номерами, то БПФ реализуется с прореживанием по времени
(входная последовательность прореживается на каждом этапе разбиения).
Если в первой последовательности берутся первые N/2 отсчеты (0,..., N/2),
а во второй - вторые N/2отсчетов, N/2 + 1,..., N), то БПФ реализуется с
прореживанием по частоте.
Оценить сложность алгоритмов БПФ, а также их особенности можно из анализа
вычислительной схемы, в основе которой лежит операция над двумя точками
последовательности.
Элементарная операция (операция "бабочка"), которая определяет
двухточечное преобразование, сводится к вычислению выражений: '
х = А + BW*;
у = А - BW*,
где А, В- входные значения; W* - коэффициент.
Для получения выходной последовательности в естественном порядке
