Celor patru rezonanţe ale sufletului meu:

Claudia, Christian, Maria şi Ioan

Prefaţă

Prefaţă

Prelucrarea numerică a semnalelor este un subiect extraordinar de bogat şi cu aplicabilitate în aproape toate domeniile de activitate umană şi industrială. Studiul semnalelor şi al sistemelor numerice, precum şi al tehnicilor de analiză şi prelucrare numerică a semnalelor este esenţial pentru multe ramuri de inginerie electrotehnică, electronică şi ingineria calculatoarelor, cum ar fi: sisteme de achiziţii de date, procesarea semnalelor, sisteme de măsură şi control, sisteme încorporate, analiza regimurilor tranzitorii ale maşinilor electrice, sisteme de comunicaţii fixe şi mobile, transmisia şi codificarea datelor, reţele de senzori inteligenţi, sisteme robotice, sisteme multimedia, informatică medicală, şi aşa mai departe. Există două perspective din care se pot studia semnalele, sistemele şi tehnicile de prelucrare numerică: sub aspectul comportării în timp şi în frecvenţă. Cele două abordări sunt complementare, şi o înţelegere de ansamblu a domeniului presupune acoperirea temeinică a ambelor direcţii. Având însă în vedere vastitatea subiectului, o lucrare ce tratează în mod exhaustiv domeniul din amândouă perspectivele este o întreprindere relativ dificilă şi de durată. Scopul cărţii de faţă este introducerea şi discutarea prelucrării numerice a semnalelor în domeniul timp. Cartea se doreşte a fi un prim volum dintr-o serie de lucrări pe care ne propunem a realiza în domeniul prelucrării numerice a semnalelor. Lucrarea a fost dezvoltată în contextul experienţei acumulate de autor în peste cincisprezece ani de activitate didactică, ştiinţifică şi aplicativă în domeniu, desfăşurată în cadrul Departamentului Calculatoare al Universităţii "Politehnica" din Timişoara.

viii Prefaţă

Materialul cărţii a fost conceput într-o manieră modernă, cu un număr cât mai mare posibil de elemente vizuale: 149 de figuri, diagrame şi grafice, şi 15 tabele. De asemenea, a fost vizată o acoperire echilibrată, atât a elementelor teoretice, precum şi a aspectelor practice, aplicative. În acest sens, lucrarea propune 35 de exemple şi 41 de exerciţii pentru însuşirea cât mai eficientă a subiectelor teoretice introduse. Aprofundarea suplimentară a domeniului este recomandată prin cele 86 de lucrări de specialitate ce constituie secţiunea de bibliografie. Un index cu 343 de intrări, situat la finalul cărţii, facilitează localizarea unui anumit subiect sau termen de interes. În acelaşi timp, indexul este şi un dicţionar de acronime utilizate pe parcursul lucrării. Pachetul software MATLAB, acronim pentru MATrix LABoratory şi produs al companiei The Math Works, Inc., a devenit în ultimii ani un mediu deosebit de puternic pentru studiul experimental al semnalelor şi sistemelor, fiind utilizat în mod extensiv atât în scopuri didactice şi ştiinţifice, cât şi în dezvoltarea aplicaţiilor practice. Pse parcursul realizării materialului de faţă am utilizat pachetul MATLAB ca instrument ştiinţific de bază în verificarea unor elemente teoretice, construirea şi validarea exemplelor introduse, precum şi pentru realizarea tuturor graficelor de semnal, ce constituie majoritatea figurilor cărţii. Materialul este structurat în şapte capitole. În primul capitol, cititorul este introdus în problematica achiziţiei şi prelucrării numerice a semnalelor. Avantajele şi dezavantajele tehnicilor de prelucrare digitală a semnalelor sunt discutate în continuare, având ca element de comparaţie metodele analogice. Cele patru arhitecturi uzuale de implementare a sistemelor de prelucrare numerică sunt detaliate, punându-se accentul asupra descrierii procesoarelor specializate (DSP). Câteva dintre numeroasele şi variatele domenii de aplicaţie sunt trecute în revistă, discutându-se apoi o serie de aplicaţii concrete mai interesante. Capitolul 2 este destinat prezentării semnalelor discrete în timp, cu exemple concrete din diverse categorii de aplicaţii. Sunt apoi detaliate semnalele numerice elementare şi rolul acestora în cadrul domeniului. Capitolul continuă cu studiul şi clasificarea semnalelor numerice după o serie de caracteristici de bază. În final sunt prezentate operaţiile de bază ce se pot efectua cu astfel de semnale. Capitolul 3 conţine detalii teoretice privind operaţia de conversie din semnale continue în timp, în semnale discrete (conversia analog-numerică), operaţia reciprocă (conversia numeric-analogică) şi relaţiile dintre parametrii celor două categorii de semnale. Un accent deosebit este pus pe discutarea teoremei eşantionării semnalelor, una din cele mai importante teoreme din domeniu. Cuantizarea şi codificarea binară a semnalelor sunt la rândul lor prezentate în detaliu şi exemplificate.

Prefaţă ix

Capitolul 4 prezintă sistemele numerice, utilizând descrierea de tip "intrare-ieşire" a acestora. Reprezentarea acestora sub formă de schemă bloc este discutată în continuare, împreună cu sistemele elementare ce pot fi utilizate pentru realizarea schemelor bloc. Capitolul conţine o prezentare detaliată a principalelor caracteristici ale sistemelor numerice: liniaritatea, dinamismul, cauzalitatea, invarianţa în timp şi stabilitatea. Discuţia este însoţită de numeroase exemplificări cu sisteme numerice esenţiale. Capitolul 5 este dedicat studiului convoluţiei ca operaţie fundamentală în analiza semnalelor şi sistemelor numerice în domeniul timp. Sunt abordate aspectele privind definirea, calculul şi interpretarea practică a convoluţiei, precum şi o serie de metode eficiente de calcul algoritmic al convoluţiei liniare şi circulare, în special în cazul semnalelor numerice de durată mare. Răspunsul impuls al sistemelor numerice liniare şi invariabile în timp este apoi introdus şi discutat, evidenţiindu-se importanţa acestuia în studiul caracteristicilor şi comportării în domeniul timp a sistemelor numerice. Capitolul 6 tratează la nivel de detaliu operaţia de corelaţie, ca metodă foarte eficientă de măsurare a gradului de asemănare dintre două semnale sau procese numerice. Principalele proprietăţi ale corelaţiei, precum şi câteva din cele mai importante aspecte aplicative ale corelaţiei sunt exemplificate şi discutate în continuare, incluzând telecomunicaţiile digitale, recunoaşterea de tipare şi sistemele de detecţie de la distanţă, SONAR şi RADAR. Ultimul capitol al lucrării aprofundează noţiunile introduse în Capitolul 4 privind analiza în domeniul timp a sistemelor discrete, pe baza celor două tehnici consacrate: utilizarea convoluţiei şi a răspunsului impuls, precum şi rezolvarea relaţiei intrare-ieşire exprimată ca ecuaţie liniară cu diferenţe, cu coeficienţi constanţi. În finalul capitolului sunt trecute în revistă câteva structuri fundamentale de realizare a sistemelor numerice Pe parcursul realizării materialului de faţă, autorul a beneficiat de suportul şi sugestiile deosebit de utile ale domnilor prof.dr.ing. Ioan Naforniţă, prof.dr.ing. Sabin Ionel, drd.ing. Dan Chiciudean şi drd.ing. Răzvan Cioargă, cărora le mulţumeşte pe această cale. Mihai V. MICEA

Cuprins

Cuprins

1 Introducere 1 1.1 Ce este prelucrarea numerică a semnalelor........................................................2 1.2 Digital sau analogic ...........................................................................................5 1.3 Arhitecturi uzuale de prelucrare numerică a semnalelor ...................................7 1.4 Domenii de aplicaţie ........................................................................................15 1.5 Convenţii şi notaţii...........................................................................................25 1.6 Rezumat ...........................................................................................................25

2 Semnale discrete în raport cu timpul 27 2.1 Introducere.......................................................................................................28 2.2 Reprezentarea semnalelor discrete ..................................................................37 2.3 Semnale numerice elementare .........................................................................39

2.3.1 Semnalul impuls unitate ........................................................................39 2.3.2 Semnalul treaptă unitate ........................................................................39 2.3.3 Semnalul rampă unitate .........................................................................40 2.3.4 Semnalul sinusoidal...............................................................................40 2.3.5 Semnalul exponenţial ............................................................................42

2.4 Clasificarea semnalelor numerice....................................................................45 2.4.1 Semnale de energie finită şi semnale de putere finită ...........................45 2.4.2 Semnale periodice şi semnale aperiodice ..............................................47 2.4.3 Semnale simetrice şi semnale antisimetrice ..........................................47

2.5 Operaţii simple cu semnale numerice..............................................................49 2.5.1 Transformări în variabila de timp discret ..............................................49 2.5.2 Operaţii aritmetice simple cu semnale digitale......................................53 2.5.3 Rezoluţia semnalelor digitale în impulsuri............................................53

Cuprins xi

2.6 Rezumat ...........................................................................................................55 2.7 Exerciţii ...........................................................................................................55

3 Conversia semnalelor 59 3.1 Introducere.......................................................................................................60 3.2 Conversia analog-numerică a semnalelor ........................................................60 3.3 Eşantionarea semnalelor continue în raport cu timpul.....................................62 3.4 Teorema eşantionării în domeniul timp ...........................................................65 3.5 Parametrii semnalelor ......................................................................................69 3.6 Cuantizarea şi codificarea binară a semnalelor................................................72

3.6.1 Codificarea unipolară directă ................................................................80 3.6.2 Codificarea bipolară cu deplasament.....................................................81 3.6.3 Codificarea în complement de doi.........................................................82

3.7 Conversia numeric-analogică a semnalelor .....................................................82 3.8 Rezumat ...........................................................................................................83 3.9 Exerciţii ...........................................................................................................84

4 Sisteme discrete în raport cu timpul 89 4.1 Introducere.......................................................................................................90 4.2 Definirea sistemelor numerice.........................................................................90 4.3 Reprezentarea sistemelor numerice .................................................................94

4.3.1 Blocul sumator ......................................................................................94 4.3.2 Blocul de scalare ...................................................................................95 4.3.3 Blocul de multiplicare ...........................................................................95 4.3.4 Elementul de întârziere unitară..............................................................96 4.3.5 Blocul de devansare unitară...................................................................96

4.4 Clasificarea sistemelor numerice .....................................................................98 4.4.1 Sisteme statice sau dinamice .................................................................98 4.4.2 Sisteme variabile sau invariabile în timp.............................................100 4.4.3 Sisteme liniare sau neliniare................................................................102 4.4.4 Sisteme cauzale sau necauzale ............................................................105 4.4.5 Sisteme stabile sau instabile ................................................................107

4.5 Rezumat .........................................................................................................109 4.6 Exerciţii .........................................................................................................110

5 Operaţia de convoluţie 115 5.1 Definirea operaţiei de convoluţie...................................................................116 5.2 Calculul convoluţiei a două semnale numerice .............................................116 5.3 Interpretarea practică a convoluţiei ...............................................................118 5.4 Convoluţia liniară şi convoluţia circulară ......................................................123 5.5 Metode eficiente de calcul al convoluţiei ......................................................128

5.5.1 Calculul direct al convoluţiei cu hardware specializat ........................129 5.5.2 Calculul convoluţiei prin transformare în domeniul frecvenţă............130 5.5.3 Convoluţia prin suprapunere şi adunare ..............................................132

xii Cuprins

5.5.4 Convoluţia prin suprapunere şi salvare ...............................................136 5.6 Răspunsul impuls al sistemelor numerice LTI ..............................................140 5.7 Proprietăţile convoluţiei.................................................................................142 5.8 Rezumat .........................................................................................................144 5.9 Exerciţii .........................................................................................................146

6 Operaţia de corelaţie 153 6.1 Introducere.....................................................................................................154 6.2 Corelaţia semnalelor de energie finită ...........................................................157 6.3 Corelaţia semnalelor de putere finită .............................................................162 6.4 Proprietăţile corelaţiei....................................................................................165

6.4.1 Calculul corelaţiei şi relaţia cu convoluţia ..........................................165 6.4.2 Proprietăţi legate de energia semnalelor..............................................169 6.4.3 Normalizarea operaţiei de corelaţie.....................................................170 6.4.4 Proprietăţi legate de sistemele numerice .............................................171

6.5 Aplicaţii practice ale corelaţiei ......................................................................172 6.5.1 Identificarea periodicităţii în prezenţa zgomotului..............................172 6.5.2 Recunoaşterea tiparelor .......................................................................178 6.5.3 Secvenţe pseudoaleatoare şi aplicaţiile lor ..........................................184 6.5.4 Tehnici de detecţie tip RADAR şi SONAR ........................................190

6.6 Rezumat .........................................................................................................193 7 Analiza sistemelor numerice în domeniul timp 195

7.1 Tehnici generale de analiză a sistemelor numerice în domeniul timp ...........196 7.2 Interconectarea sistemelor numerice .............................................................197 7.3 Cauzalitatea sistemelor numerice LTI ...........................................................199 7.4 Stabilitatea sistemelor numerice LTI.............................................................202 7.5 Sisteme numerice cu răspuns impuls finit şi infinit .......................................205 7.6 Sisteme numerice descrise prin ecuaţii cu diferenţe......................................206

7.6.1 Sisteme numerice nerecursive şi recursive..........................................207 7.6.2 Sisteme numerice descrise prin ecuaţii liniare cu diferenţe cu

coeficienţi constanţi.............................................................................211 7.6.3 Răspunsul impuls al sistemelor numerice LTI recursive.....................215

7.7 Structuri de implementare a sistemelor discrete în raport cu timpul .............216 7.8 Rezumat .........................................................................................................220

Bibliografie 223 Lista exemplelor 231 Lista figurilor 233 Lista tabelelor 239 Index 241

Bibliografie

Bibliografie

[Albanus 91] J. Albanus, "Coding Schemes Used with Data Converters",

Application Note AN-175, Burr-Brown, Inc., 1991. [Baczewski 01] D. Baczewski, "Motorola Quad-Core DSP: MSC8102",

Presentation Paper, MSC8102PRES, Networking & Computing Systems Group, Motorola Semiconductors, Motorola, Inc., Oct. 2001.

[Baya 99] A. Baya, L. E. Anton, V. Ancusa, M. V. Micea, "Real Time Data Acquisition System for a Compound Straight Pipe", Scientific and Technical Bulletin of the "Politehnica" University of Timisoara, Mechanics , Tom (44) 58, Timisoara, Romania, 1999, pp. (41-50).

[Burr-Brown 95a] Burr-Brown, Inc., "Data Conversion Products", IC Databook, Burr-Brown, Inc., 1995.

[Burr-Brown 95b] Burr-Brown, Inc., "ADS774: Microprocessor-Compatible Sampling CMOS Analog-to-Digital Converter", Product Data Sheet PDS-1109F, Burr-Brown, Inc., 1995.

[Cretu 99] V. Cretu, M. V. Micea, I. Guzun, V. Guzun, "Aquarius-DSP, from Its Design to Applications Integration", Periodica Politehnica, Transactions on Automatic Control and Computer Science, Vol. 44 (58), No. 1, 2, Timisoara, Romania, 1999, pp. (5-16).

[Cretu 03] V. Cretu, T. Jurca, M. V. Micea, Ioana Sora, "Instrumentation and Measurement in Romania: Technical Developments at 'Politehnica' University of Timisoara", IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, Vol. 6, No. 3, Sep. 2003, pp. (41-47).

224 Bibliografie

[Crystal 93] Crystal Semiconductor Corp., "CS4125: 16-Bit Multimedia Audio Codec", Data Sheet DS76F2 Rev. E, Crystal Semiconductor Corp., Sep. 1993.

[Denbigh 98] P. Denbigh, "System Analysis and Signal Processing: With Emphasis on the Use of MATLAB", Addison-Wesley Longman, 1998.

[Elliott 87] D. F. Elliott (editor), "Handbook of Digital Signal Processing: Engineering Applications", Academic Press, Inc., 1987.

[Embree 95] P. M. Embree, "C Algorithms for Real-Time DSP", Prentice Hall PTR, 1995.

[ETSI 09a] European Telecommunications Standards Institute, "Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+); Physical Layer on the Radio Path; General Description", ETSI Technical Specification, ETSI TS 145.001, Version 8.0.0, Release 8, Feb. 2009. Online: http://www.etsi.org.

[ETSI 09b] European Telecommunications Standards Institute, "Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+); Multiplexing and Multiple Access on the Radio Path", ETSI Technical Specification, ETSI TS 145.002, Version 8.0.0, Release 8, Feb. 2009. Online: http://www.etsi.org.

[Gai 02] P. Gai, L. Abeni, G. Buttazzo, "Multiprocessor DSP Schedulingin System-on-a-chip Architectures", in Proceedings of the 14-th Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS'02), Vienna, Austria, Jun. 2002, pp. (231-240).

[Haykin 99] S. Haykin, B. Van Veen, "Signals and Systems", John Wiley & Sons, Inc., 1999.

[Haykin 01] S. Haykin, "Communication Systems", 4th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2001.

[Ifeachor 93] E. C. Ifeachor, B. W. Jervis, "Digital Signal Processing: A Practical Approach", Addison-Wesley, 1993.

[Ingle 00] V. K. Ingle, J. G. Proakis, "Digital Signal Processing Using MATLAB", Brooks/Cole Publishing Company, 2000.

[Kamen 00] E. W. Kamen, B. S. Heck, "Fundamentals of Signals and Systems Using the Web and MATLAB", 2-nd Edition, Prentice-Hall, Inc., 2000.

[Kester 05] W. Kester (editor), "Data Conversion Handbook", Analog Devices − Newnes (Elsevier), 2005.

[Kwakernaak 91] H. Kwakernaak, R. Sivan, "Modern Signals and Systems", Prentice Hall International, 1991.

[Lee 00] E. A. Lee, P. Varaiya, "Structure and Interpretation of Signals and Systems", University of California, Berkeley, 2000.

Bibliografie 225

[Litwin 01] L. Litwin, "Matched Filtering and Timing Recovery in Digital Receivers", RF Time and Frequency, Sep. 2001. Online: http://www.rfdesign.com.

[Lynn 92] P. A. Lynn, W. Fuerst, "Introductory Digital Signal Processing with Computer Applications", John Wiley & Sons, 1992.

[Lyons 01] L. G. Lyons, "Understanding Digital Signal Processing", Prentice Hall PTR, 2001.

[Marven 93] C. Marven, G. Ewers, "A Simple Approach to Digital Signal Processing", Texas Instruments Corp., 1993.

[Micea 00a] M. V. Micea, "Sisteme de achiziţie numerică a datelor: Îndrumător de laborator", Comanda 270/2000, Centrul de multiplicare al Universitatii POLITEHNICA Timisoara, Romania, 2000.

[Micea 00b] M. V. Micea, "Interfacing DAQ Systems to Digital Signal Processors", Transactions on Automatic Control and Computer Science, Special Issue dedicated to the 4-th International Conference on Technical Informatics, CONTI'2000, Oct. 12-13, Vol. 45 (59), No. 4, "Politehnica" University of Timisoara, Timisoara, Romania, 2000, pp. (23-28).

[Micea 00c] M. V. Micea, L. Muntean, D. Brosteanu, D. Chiciudean, "Simple Real-time SONAR Implemented with DSP-based Boards", in Proceedings of the 5-th International Conference on Development and Application Systems, DAS'2000, May 18-20, "Stefan cel Mare" University of Suceava, Suceava, Romania, 2000, pp. (67-72).

[Micea 00d] M. V. Micea, A. Trifu, M. Trifu, "Distributed Digital Signal Processing Using DSP-based Boards and the Khoros Package on LINUX Platforms", in Proceedings of the 5-th International Conference on Development and Application Systems, DAS'2000, May 18-20, "Stefan cel Mare" University of Suceava, Suceava, Romania, 2000, pp. (61-66).

[Micea 00e] M. V. Micea, V. Cretu, D. Chiciudean, "Communication Protocols Implementation on DSP-based Systems", in Proceedings of the International Symposium on Systems Theory, SINTES 10, 10-th Edition, Automation, Computers, Electronics, May 25-26, University of Craiova, Craiova, Romania, 2000, pp. (C 205-208).

[Micea 00f] M. V. Micea, V. Cretu, D. Chiciudean, "Interfacing a Data Acquisition System to the DSP56303", Application Note AN2087/D Rev. 0, 12/2000, Motorola, Inc., USA, 2000.

[Micea 00g] M. V. Micea, D. Chiciudean, L. Muntean, "ECP Standard Parallel Interface for DSP56300 Devices", Application Note AN2085/D Rev. 0, 11/2000, Motorola, Inc., USA, 2000.

226 Bibliografie

[Micea 01a] M. V. Micea, M. Stratulat, D. Ardelean, D. Aioanei, "Implementing Professional Audio Effects with DSPs", Periodica Politehnica, Transactions on Automatic Control and Computer Science, Vol. 46 (60), Timisoara, Romania, 2001, pp. (55-60).

[Micea 01b] M. V. Micea, L. Muntean, D. Brosteanu, "Simple Real-time Sonar with the DSP56824", Application Note AN2086/D Rev. 0, 6/2001, Motorola, Inc., USA, 2001.

[Micea 01c] M. V. Micea, A. Trifu, M. Trifu, "Integrating the DSP563xx in Distributed Computing Environments", Application Note AN2088/D Rev. 0, 3/2001, Motorola, Inc., USA, 2001.

[Micea 02a] M. V. Micea, "Real-Time Data Acquisistion and Digital Signal Processing Systems: Present and Prospects", PhD Report No. 1, Department of Computer & Software Engineering, "Politehnica" University of Timisoara, Romania, 2002, (online: http://dsplabs.cs.upt.ro/~micha/research/doctoral/PhD%20Report%201.pdf).

[Micea 02b] M. V. Micea, L. Muntean, D. Brosteanu, "Embedded Techniques for Autonomous Robot Orientation", in Proceedings of the 6-th International Conference on Development and Application Systems, DAS'2002, May 23-25, "Stefan cel Mare" University of Suceava, Suceava, Romania, 2002, pp. (22-27).

[Micea 03] M. V. Micea, "Introducere în prelucrarea numerică a semnalelor: Suport de curs", Comanda 120/2003, Centrul de Multiplicare al Universitatii POLITEHNICA Timisoara, Romania, 2003.

[Micea 05d] M. V. Micea, V. I. Cretu, V. Groza, "Predictable Signal Generation with the Hard Real-Time Operating Kernel HARETICK", in Proceedings of the 22-nd IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, IMTC 2005, Ottawa, Canada, May 2005, pp. (2097-2102).

[Micea 06] M. V. Micea, V. Cretu, V. Groza, "Maximum Predictability in Signal Interactions With HARETICK Kernel", IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, Vol. 55, Nr. 4, Aug. 2006, pp. (1317-1330).

[Motorola 95] Motorola, Inc., "DSP56000: 24-Bit Digital Signal Processor: Family Manual", DSP56KFAMUM/AD, Semiconductor Products Sector, DSP Division, Austin, USA, 1995.

[Motorola 96a] Motorola, Inc., "DSP56303 User's Manual", DSP56303UM/AD, Motorola, Inc., 1996.

Bibliografie 227

[Motorola 96b] Motorola, Inc., "Motorola DSP: Assembler Reference Manual", Version 6.0, Semiconductor Products Sector, DSP Division, Austin, USA, 1996.

[Motorola 97] Motorola, Inc., "DSP56824: 16-Bit Digital Signal Processor – User's Manual", DSP56824UM/AD, Semiconductor Product Sector, Motorola, Inc., 1997.

[Motorola 98a] Motorola, Inc., "DSP56307: 24-Bit Digital Signal Processor: User's Manual", DSP56307UM/D, Rev. 0, 08/10/98, Semiconductor Products Sector, DSP Division, Austin, USA, Aug. 1998.

[Motorola 98b] Motorola, Inc., "DSP56303EVM User's Manual", DSP56303EVMUM/AD, Semiconductor Products Sector, DSP Division, 1998.

[Motorola 99a] Motorola, Inc., "DSP56824 Evaluation Module: Hardware Reference Manual", DSP56824EVMUM/D, Rev. 1.2, 07/99, Semiconductor Products Sector, Motorola, Inc., 1999.

[Motorola 99b] Motorola, Inc., "DSP56307EVM User's Manual", Revision 1.8, 3/1999, DSP56307EVMUM/D, Semiconductor Products Sector, DSP Division, Austin, USA, Mar. 1999.

[Motorola 00a] Motorola, Inc., "DSP56800: 16-Bit Digital Signal Processor – Family Manual", DSP56800FM/D, Rev. 01, 01/2000, Motorola, Inc., 2000.

[Motorola 00b] Motorola, Inc., "DSP56300: 24-Bit Digital Signal Processor: Family Manual", DSP56300FM/AD, Rev. 3, Semiconductor Products Sector, DSP Division, Austin, USA, Nov. 2000.

[Motorola 00c] Motorola, Inc. and Lucent Technologies, Inc., "SC140 DSP Core Reference Manual", MNSC140CORE/D, Rev. 1, 6/2000, Motorola, Inc., 2000.

[Motorola 01] Motorola, Inc., "MSC8101 Reference Manual: 16-Bit Digital Signal Processor", MSC8101RM/D, Rev. 1, Motorola, Inc., Jun. 2001.

[NatInst 98a] National Instruments Corp., "Instrupedia CD-ROM", Vol. 3, No. 1, National Instruments Corp., 1998.

[NatInst 98b] National Instruments Corp., "Instrupedia CD-ROM", Vol. 3, No. 1, Windows / Macintosh Version, National Instruments Corp., 1998.

[NatInst 99a] National Instruments Corp., "Measurement and Automation Catalogue", National Instruments Corp., 1999.

[NatInst 99b] National Instruments Corp., "DAQ Designer 99 CD-ROM: The Interactive Configuration Advisor for PC-Based Data Acquisition", National Instruments Corp., 1999.

228 Bibliografie

[NatInst 00] National Instruments Corp., "LabVIEW Measurements Manual", Edition 322661A-01, National Instruments Corp., Jul. 2000.

[Oppenheim 96] A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, "Digital Signal Processing", Prentice Hall, 1996.

[Oppenheim 97] A. V. Oppenheim, A. S. Willsky, S. N. Nawab, "Signals and Systems", 2nd Edition, Prentice Hall International, 1997.

[Oppenheim 98] A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, J. R. Buck, "Discrete-Time Signal Processing", 2nd Edition, Prentice Hall, 1998.

[Orfanidis 95] S. J. Orfanidis, "Introduction to Signal Processing", Prentice Hall, 1995.

[Pentek 96] Pentek, Inc., "Digital Signal Processing and Data Acquisition", Product Catalog, Pentek, Inc., 1996.

[Phillips 98] C. L. Phillips, J. M. Parr, "Signals, Systems, and Transforms", 2-nd Edition, Prentice Hall, 1998.

[Poularikas 94] A. D. Poularikas, S. Seely, "Signals and Systems", 2-nd Edition, Krieger Publishing Company, 1994.

[Proakis 96] J. G. Proakis, D. G. Manolakis, "Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications", 3-rd Edition, Prentice Hall, 1996.

[Proakis 00] J. G. Proakis, "Digital Communications", 4th Edition, McGraw-Hill, 2000.

[Proakis 02] J. G. Proakis, M. Salehi, "Communication Systems Engineering", 2nd Edition, Prentice-Hall, Inc., 2002.

[Robinson 78] E. A. Robinson, M. T. Silvia, "Digital Signal Processing and Time Series Analysis", Holden-Day, 1978.

[Smith 99] S. W. Smith, "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing", 2-nd Edition, California Technical Publishing, 1999, (online: http://www.DSPguide.com).

[Soliman 97] S. S. Soliman, M. D. Srinath, "Continuous and Discrete Signals and Systems", 2-nd Edition, Prentice Hall, 1997.

[Stearns 75] S. D. Stearns, "Digital Signal Analysis", Hayden Book, 1975. [Stergiopoulos 01] S. Stergiopoulos (editor), "Advanced Signal Processing

Handbook: Theory and Implementation for Radar, Sonar, and Medical Imaging Real-Time Systems", CRC Press LLC, 2001.

[Strum 98] R. D. Strum, D. E. Kirk, "First Principles of Discrete Systems and Digital Signal Processing", Addison-Wesley Publishing Company, 1998.

[Taylor 94] F. J. Taylor, "Principles of Signals and Systems", McGraw-Hill International, 1994.

Bibliografie 229

[TexasInst 92a] Texas Instruments, Inc., "TMS320C31 Embedded Control Technical Brief", SPRU083, Texas Instruments, Inc., Aug. 1992.

[TexasInst 92b] Texas Instruments, Inc., "TMS320C2x User's Guide", SPRU014C, Texas Instruments, Inc., Oct. 1992.

[TexasInst 96] Texas Instruments, Inc., "SM320C80 Digital Signal Processor Data Sheet", SGUS021, Texas Instruments, Inc., Aug. 1996.

[TexasInst 96c] Texas Instruments, Inc., "TMS320C4x User's Guide", SPRU063, Texas Instruments, Inc., Mar. 1996.

[TexasInst 97] Texas Instruments, Inc., "TMS320 DSP Development Support Reference Guide", SPRU011E, Texas Instruments, Inc., Jan. 1997.

[TexasInst 00a] Texas Instruments, Inc., "DAC707/708/709: Microprocessor-Compatible 16-Bit Digital-to-Analog Converters", Burr-Brown Product Data Sheet PDS-557H (SBAS145), Texas Instruments, Inc., 2000.

[TexasInst 00b] Texas Instruments, Inc., "MPC506A/507A: Single-Ended 16-Channel / Differential 8-Channel CMOS Analog Multiplexers", Burr-Brown Product Data Sheet PDS-774E (SBFS018), Texas Instruments, Inc., 2000.

[TexasInst 00c] Texas Instruments, Inc., "DAC80/DAC80P: Monolithic 12-bit Digital-to-Analog Converters", Burr-Brown Product Data Sheet PDS-643F (SBAS148), Texas Instruments, Inc., 2000.

[Toma 96] L. Toma, "Sisteme de achiziţie şi prelucrare numerică a semnalelor", Editura de Vest Timisoara, Romania, 1996.

[Vaseghi 07] S. V. Vaseghi, "Multimedia Signal Processing: Theory and Applications in Speech, Music and Communications", John Wiley & Sons, Ltd., 2007.

[Ziemer 93] R. E. Ziemer, W. H. Tranter, D. R. Fannin, "Signals and Systems: Continuous and Discrete", 3-rd Edition, Macmillan Publishing Company, 1993.

Lista exemplelor

Lista exemplelor

Exemplul 2.1. Parametrii unui semnal sinusoidal discret în raport cu timpul. ............41 Exemplul 2.2. Clasificarea după energie şi putere a semnalului treaptă unitate..........46 Exemplul 2.3. Clasificarea după energie şi putere a semnalelor periodice. ................47 Exemplul 2.4. Întârzierea şi devansarea semnalelor discrete în raport cu timpul........49 Exemplul 2.5. Operaţiile de deplasare temporală pentru semnale numerice

reflectate...................................................................................................50 Exemplul 3.1. Semnale cu frecvenţe sinonime faţă de o rată de eşantionare. .............64 Exemplul 3.2. Aplicarea Teoremei eşantionării. .........................................................66 Exemplul 3.3. Parametrii unui semnal discret, rezultat în urma eşantionării. .............71 Exemplul 3.4. Conversia unui semnal continuu în raport cu timpul. ..........................76 Exemplul 4.1. Răspunsul unor sisteme numerice. .......................................................91 Exemplul 4.2. Ieşirea unui sistem numeric în funcţie de condiţia iniţială. ..................93 Exemplul 4.3. Variante de reprezentare tip schemă-bloc a unui sistem numeric. .......97 Exemplul 4.4. Clasificarea sistemelor în statice sau dinamice. ...................................99 Exemplul 4.5. Invarianţa în timp a unor sisteme numerice. ......................................101 Exemplul 4.6. Liniaritatea unor sisteme discrete în raport cu timpul........................104 Exemplul 4.7. Cauzalitatea unor sisteme numerice. .................................................106 Exemplul 4.8. Determinarea stabilităţii unor sisteme numerice. ...............................107 Exemplul 5.1. Calculul convoluţiei a două semnale discrete. ...................................117 Exemplul 5.2. Calculul intuitiv al convoluţiei a două semnale numerice. ................118 Exemplul 5.3. Convoluţia prin metoda suprapunerii şi adunării. ..............................133 Exemplul 5.4. Convoluţia prin metoda suprapunerii şi salvării. ...............................137 Exemplul 6.1. Stabilirea corelaţiei a două semnale identice şi a două semnale

complet diferite. .....................................................................................154 Exemplul 6.2. Corelaţia a două semnale identice, defazate (deplasate în timp)........156

232 Lista exemplelor

Exemplul 6.3. Intercorelaţia a două semnale numerice. ............................................159 Exemplul 6.4. Autocorelaţia unui semnal aleator, x[n]. ............................................160 Exemplul 6.5. Intercorelaţia a două semnale periodice. ............................................163 Exemplul 6.6. Calculul corelaţiei a două semnale numerice. ....................................166 Exemplul 6.7. Identificarea periodicităţii unui semnal contaminat cu zgomot. ........174 Exemplul 6.8. Secvenţele de antrenare din cadrul rafalelor radio de trafic în

sistemul GSM.........................................................................................181 Exemplul 6.9. Generarea de secvenţe pseudoaleatoare. ............................................186 Exemplul 6.10. Utilizarea corelaţiei în sistemele tip radar/sonar. .............................190 Exemplul 7.1. Analiza cauzalităţii sistemului acumulator. .......................................201 Exemplul 7.2. Analiza stabilităţii unui sistem numeric. ............................................204 Exemplul 7.3. Implementarea unui sistem FIR cu scheme nerecursive şi

recursive.................................................................................................209 Exemplul 7.4. Evidenţierea răspunsului natural şi a răspunsului forţat ale unui

sistem numeric descris prin ecuaţii liniare cu diferenţe cu coeficienţi constanţi. ..............................................................................213

Lista figurilor

Lista figurilor

Figura 1.1. Arhitectura generală a SAPNS....................................................................3 Figura 1.2. Procesul achiziţiei de semnal. .....................................................................4 Figura 1.3. Arhitectura Von Neumann. .......................................................................10 Figura 1.4. Arhitectura Harvard. .................................................................................12 Figura 1.5. Arhitectura Harvard modificată. ...............................................................12 Figura 1.6. Diagrama bloc a procesorului TMS320C26 DSP (sursa: [TexasInst

97])...........................................................................................................13 Figura 1.7. Schema bloc a procesorului Motorola DSP56307 (sursa: [Motorola

98a]). ........................................................................................................14 Figura 1.8. Operarea de principiu a sistemelor antizgomot.........................................19 Figura 1.9. Versiunea americană din 1986 a jocului educativ "Speak & Spell". ........20 Figura 1.10. Codificarea cu predicţie liniară a vocii umane........................................21 Figura 1.11. Schema bloc de principiu a jocului "Speak & Spell"..............................22 Figura 1.12. Arhitectura generală a osciloscopului digital. .........................................23 Figura 2.1. Exemplu de semnal vocal. ........................................................................29 Figura 2.2. Imaginea digitală ca semnal bidimensional. .............................................30 Figura 2.3. Semnalul numeric xm2[n], obţinut din imaginea digitală, când m2 =

500. ..........................................................................................................31 Figura 2.4. Histograma unei imagini digitale în nuanţe de gri. ...................................32 Figura 2.5. Imaginea color ca semnal multicanal. .......................................................33 Figura 2.6. Funcţionarea de principiu a sistemelor tip SONAR/RADAR...................34 Figura 2.7. Semnale tip SONAR/RADAR. .................................................................35 Figura 2.8. Alura unui semnal tip electrocardiogramă. ...............................................36 Figura 2.9. Semnal numeric tip electrocardiogramă....................................................37 Figura 2.10. Exemplu de reprezentare grafică a unui semnal discret. ........................38

234 Lista figurilor

Figura 2.11. Semnalul impuls unitate..........................................................................39 Figura 2.12. Semnalul treaptă unitate..........................................................................40 Figura 2.13. Semnalul rampă unitate...........................................................................40 Figura 2.14. Semnalul sinusoidal discret în raport cu timpul. .....................................41 Figura 2.15. Semnale exponenţiale discrete reale. ......................................................42 Figura 2.16. Reprezentarea grafică a componentei reale şi a celei imaginare.............43 Figura 2.17. Funcţiile de magnitudine şi de fază pentru un semnal exponenţial

complex....................................................................................................44 Figura 2.18. Exemplu de semnal numeric par, xe[n], (stânga) şi .................................48 Figura 2.19. Semnalul discret în raport cu timpul, x[n]...............................................49 Figura 2.20. Semnalul numeric x[n – 3]. .....................................................................50 Figura 2.21. Semnalul numeric x[n + 2]......................................................................50 Figura 2.22. Semnalul discret în raport cu timpul x[–n].............................................50 Figura 2.23. Semnalul discret în raport cu timpul x[n]................................................51 Figura 2.24. Semnalul numeric reflectat y[n] = x[–n]. ................................................51 Figura 2.25. Semnalul numeric z[n] = x[–n + 1]. ........................................................51 Figura 2.26. Semnalul numeric w[n] = x[–n – 1]. .......................................................52 Figura 2.27. Semnalele numerice x[n] şi x[2n]............................................................52 Figura 2.28. Reprezentarea semnalului discret x2[n]. ..................................................54 Figura 3.1. Etapele procesului de conversie analog-numerică. ...................................61 Figura 3.2. Eşantionarea uniformă fără memorare. .....................................................63 Figura 3.3. Eşantionarea a două semnale. ...................................................................65 Figura 3.4. Eşantionarea eronată, cu rata Nyquist, a unui semnal...............................68 Figura 3.5. Eşantionarea corectă, cu rata Nyquist, a unui semnal. ..............................68 Figura 3.6. Semnalul analogic şi cel discret, rezultat în urma eşantionării. ................71 Figura 3.7. Transformările semnalului analogic în procesul de conversie A-N. .........73 Figura 3.8. Ilustrarea calitativă a cuantizării şi codificării binare. ..............................75 Figura 3.9. Reprezentarea grafică a semnalelor x(t) şi xs[n]. .......................................77 Figura 3.10. Eşantionarea, cuantizarea şi codificarea binară a lui x(t). .......................79 Figura 3.11. Semnalul erorii de cuantizare, eq[n]. .......................................................79 Figura 3.12. Interpolarea de ordinul zero prin păstrarea valorii. .................................83 Figura 3.13. Interpolarea liniară. .................................................................................83 Figura 3.14. Sistem simplu de prelucrare a semnalelor...............................................86 Figura 4.1. Diagrama bloc de reprezentare a unui sistem numeric. ............................91 Figura 4.2. Filtrul de mediere dinamică. .....................................................................92 Figura 4.3. Blocul sumator. .........................................................................................95 Figura 4.4. Blocul de scalare. ......................................................................................95 Figura 4.5. Blocul de multiplicare. ..............................................................................95 Figura 4.6. Blocul de întârziere unitară. ......................................................................96 Figura 4.7. Blocul de devansare unitară. .....................................................................96 Figura 4.8. Prima variantă de schemă-bloc a sistemului. ............................................97 Figura 4.9. A doua variantă de schemă-bloc a sistemului. ..........................................97

Lista figurilor 235

Figura 4.10. Paşii de demonstrare formală a invarianţei în timp a unui sistem.........101 Figura 4.11. Sistemul diferenţiator. ...........................................................................101 Figura 4.12. Sistemul de reflexie...............................................................................101 Figura 4.13. Sistemul modulator. ..............................................................................101 Figura 4.14. Reprezentarea grafică a principiului superpoziţiei................................103 Figura 4.15. Sistemul multiplicator de timp. .............................................................104 Figura 4.16. Sistemul cu lege pătratică. ....................................................................104 Figura 4.17. Sistem numeric pentru studiul stabilităţii (cazul a). ..............................107 Figura 4.18. Sistem numeric pentru studiul stabilităţii (cazul b)...............................108 Figura 4.19. Sistemul numeric Sa. .............................................................................110 Figura 4.20. Sistemul numeric Sb. .............................................................................110 Figura 4.21. Sistemul numeric Sc. .............................................................................111 Figura 4.22. Sistemul numeric Sd. .............................................................................111 Figura 4.23. Sistemul numeric Se. .............................................................................111 Figura 4.24. Sistemul numeric Sf. .............................................................................111 Figura 4.25. Sistemul numeric compus, SC. ..............................................................113 Figura 4.26. Sistemul numeric compus, SP. ..............................................................113 Figura 4.27. Sistemul numeric S. ..............................................................................114 Figura 5.1. Semnalele numerice x[n] şi h[n]. ............................................................119 Figura 5.2. Calculul eşantionului y[0] al convoluţiei. ...............................................119 Figura 5.3. Calculul eşantionului y[1] al convoluţiei. ...............................................120 Figura 5.4. Calculul eşantionului y[2] al convoluţiei. ...............................................121 Figura 5.5. Calculul eşantionului y[8] al convoluţiei. ...............................................122 Figura 5.6. Ilustrarea intuitivă a convoluţiei y[n] = x[n] ∗ h[n].................................124 Figura 5.7. Exemplificare practică a convoluţiilor liniară şi circulară. .....................126 Figura 5.8. Convoluţia circulară obţinută din cea liniară. .........................................127 Figura 5.9. Ilustrarea calculului convoluţiei prin metoda suprapunerii şi

adunării. .................................................................................................134 Figura 5.10. Exemplificarea calculului convoluţiei prin metoda suprapunerii şi

adunării. .................................................................................................135 Figura 5.11. Ilustrarea calculului convoluţiei prin metoda suprapunerii şi

salvării....................................................................................................138 Figura 5.12. Exemplificarea calculului convoluţiei prin suprapunere şi salvare.......139 Figura 5.13. Sistem numeric cu intrarea x[n] şi răspunsul y[n]. ................................140 Figura 5.14. Răspunsul impuls al unui sistem numeric. ............................................140 Figura 5.15. Sistemul numeric Sa. .............................................................................147 Figura 5.16. Sistemul numeric Sb. .............................................................................147 Figura 5.17. Sistemul numeric Sc. .............................................................................148 Figura 5.18. Sistemul numeric Sd. .............................................................................148 Figura 5.19. Sistemul numeric S1. .............................................................................149 Figura 5.20. Sistemul numeric S2. .............................................................................149 Figura 5.21. Sistemul numeric Sa. .............................................................................150

236 Lista figurilor

Figura 5.22. Sistemul numeric Sb. .............................................................................150 Figura 5.23. Sistemul numeric Sc. .............................................................................150 Figura 5.24. Sistemul numeric Sd. .............................................................................150 Figura 6.1. Semnalele numerice x[n] şi ya[n]. ...........................................................154 Figura 6.2. Semnalele numerice x[n] şi yb[n]. ...........................................................155 Figura 6.3. Semnalele numerice x[n] şi yc[n]. ...........................................................156 Figura 6.4. Semnalele discrete x[n] şi y[n] şi cele două secvenţe ale

intercorelaţiei lor, rxy[d] şi ryx[d]. ...........................................................159 Figura 6.5. Semnalul numeric aleator x[n] şi autocorelaţia sa, rxx[d]. .......................161 Figura 6.6. Intercorelaţia dintre x[n] şi y[n]: rxy[d]. ...................................................164 Figura 6.7. Intercorelaţia dintre y[n] şi x[n]: ryx[d]. ...................................................164 Figura 6.8. Semnalele numerice x[n] şi y[n]...............................................................166 Figura 6.9. Calculul eşantionului rxy[−9] al intercorelaţiei. .......................................166 Figura 6.10. Calculul eşantionului rxy[5] al intercorelaţiei. .......................................167 Figura 6.11. Rezultatul intercorelaţiei pentru deplasamentul d = 19.........................168 Figura 6.12. Sistemul numeric LTI şi relaţia intrare-ieşire pentru intercorelaţia

ryx[d]. ......................................................................................................172 Figura 6.13. Semnalul util x[n], zgomotul w[n], respectiv semnalul compus

y[n]. ........................................................................................................175 Figura 6.14. Autocorelaţia semnalului util, rxx[d], şi intercorelaţiile lui cu

zgomotul, rxw[d], respectiv rwx[d]. ..........................................................176 Figura 6.15. Autocorelaţia zgomotului, rww[d], respectiv a semnalului compus,

ryy[d]. ......................................................................................................177 Figura 6.16. Reprezentare schematică a sistemului de comunicaţii. .........................178 Figura 6.17. Sistem corelator pentru selecţia codului si[n]........................................179 Figura 6.18. Variantă de sistem corelator cu linie de întârziere. ...............................180 Figura 6.19. Set de filtre de selecţie pentru identificarea a M mesaje la recepţie......181 Figura 6.20. Semnalul s3[n] (mijloc) şi cele două semnale adiacente, s2[n] (sus)

respectiv, s4[n] (jos). ..............................................................................183 Figura 6.21. Autocorelaţia lui s3[n]. ..........................................................................183 Figura 6.22. Intercorelaţia lui s2[n] cu s3[n]. .............................................................183 Figura 6.23. Intercorelaţia lui s4[n] cu s3[n]. .............................................................184 Figura 6.24. Schema bloc a sistemului pentru generarea secvenţelor

pseudoaleatoare......................................................................................185 Figura 6.25. Configuraţia a) a sistemulului de generare a secvenţelor

pseudoaleatoare......................................................................................186 Figura 6.26. Schema sistemului pentru configuraţia b).............................................187 Figura 6.27. Semnalul pseudoaleator sb[n] şi autocorelaţia acestuia.........................188 Figura 6.28. Semnalul tipar x[n], ecoul de la ţintă, semnalul recepţionat y[n] şi

secvenţa de intercorelaţie ryx[d]..............................................................192 Figura 7.1. Comutativitatea convoluţiei şi interconectarea sistemelor......................197 Figura 7.2. Asociativitatea convoluţiei şi interconectarea sistemelor. ......................198

Lista figurilor 237

Figura 7.3. Distributivitatea convoluţiei şi interconectarea sistemelor. ....................198 Figura 7.4. Schema bloc a sistemelor numerice cauzale nerecursive........................207 Figura 7.5. Implementarea sistemului acumulator. ...................................................208 Figura 7.6. Schema bloc a sistemelor numerice cauzale recursive............................209 Figura 7.7. Schema nerecursivă de realizare a sistemului de mediere dinamică.......210 Figura 7.8. Schema recursivă de realizare a sistemului de mediere dinamică. .........211 Figura 7.9. Schema bloc generală a sistemelor numerice descrise prin ecuaţii

liniare cu diferenţe cu coeficienţi constanţi. ..........................................212 Figura 7.10. Sistem numeric cu recurenţă de ordinul 1.............................................214 Figura 7.11. Răspunsul impuls al sistemului numeric din enunţ...............................215 Figura 7.12. Structura de realizare în forma directă I pentru un sistem numeric. .....216 Figura 7.13. Structură de realizare echivalentă, derivată din forma directă I............217 Figura 7.14. Structura de realizare a sistemului numeric, în forma directă II. ..........217 Figura 7.15. Structura de realizare în forma directă I pentru un sistem numeric

descris prin ecuaţii liniare cu diferenţe cu coeficienţi constanţi. ...........218 Figura 7.16. Structura de realizare în forma directă II pentru sistemul numeric

descris prin ecuaţii liniare cu diferenţe cu coeficienţi constanţi. ...........219

Lista tabelelor

Lista tabelelor

Tabelul 1.1. Scurtă sinteză a domeniilor de aplicaţie a SAPNS. .................................15 Tabelul 1.2. Principalele caracteristici ale convertorului ADS774..............................23 Tabelul 1.3. Specificaţiile funcţionale ale interfeţei grafice a osciloscopului

digital. ......................................................................................................24 Tabelul 1.4. Convenţii şi notaţii utilizate în lucrare. ...................................................25 Tabelul 2.1. Exemplu de reprezentare tabelară pentru semnalul discret x[n]. .............38 Tabelul 3.1. Sinteză comparativă a parametrilor semnalelor.......................................70 Tabelul 3.2. Exemplificare a cuantizării cu rezoluţia b = 3 biţi pentru un semnal

unipolar. ...................................................................................................74 Tabelul 3.3. Codificarea binară unipolară directă........................................................81 Tabelul 3.4. Codificarea binară bipolară cu deplasament............................................81 Tabelul 3.5. Codificarea binară în complement de doi................................................82 Tabelul 5.1. Numărul de operaţii reale necesare calculului convoluţiei a două

semnale de lungime N. ...........................................................................131 Tabelul 6.1. Codurile nucleu ale celor 8 secvenţe de antrenare din GSM.................182 Tabelul 6.2. Tabelul de adevăr pentru operatorul binar ∨. ........................................185 Tabelul 6.3. Generarea secvenţei pseudoaleatoare pentru configuraţia a).................186 Tabelul 6.4. Generarea secvenţei pseudoaleatoare pentru configuraţia b). ...............187

Index

Index

A achiziţie

de semnal, 3 şi prelucrare numerică a semnalelor

(APNS), 2 actuator, 4 adâncime de culoare, 32 AGU (Address Generation Unit), 10, 129 aliere (aliasing), 65 ALU (Arithmetic and Logic Unit), 9, 129 amplitudine

a semnalului numeric, 40 ANC (Active Noise Control), 19 ANR (Active Noise Reduction), 19 aplicaţie

antizgomot, 19 de comunicaţii cu modulare în spectru

împrăştiat, 189 de control activ al zgomotului (ANC,

ANR), 19 de identificare a periodicităţii, 172 de recunoaştere a tiparelor, 178 de sincronizare în telecomunicaţii, 189

de sinteză vocală, 20 de telecomunicaţii, 178

arhitectură acces direct la memorie (DMA), 8 bazată pe microcontroler, 7 Harvard, 11, 129 Harvard modificată, 12, 129 instrucţiune de tip Multiplică şi

Acumulează (MAC), 9 linie de paralelizare a execuţiei

instrucţiunilor (pipeline), 9 matrice programabilă de porţi logice

(FPGA), 7 memorie tip cache, 9 tip automat cu stări finite, 7 unitate aritmetică şi logică (ALU), 9 unitate centrală de procesare (CPU), 8 unitate de control a programelor

(PCU), 10 unitate de generare a adreselor (AGU),

10 Von Neumann (clasică), 10

autocorelaţie, 158, 162 normalizată, 170

242 Index

B bit

cel mai puţin semnificativ (LSB), 74, 178

cel mai semnificativ (MSB), 178 biţi pe secundă (bps), 84 bloc

de devansare unitară, 92, 96 de întârziere unitară, 91, 96, 179, 210,

216 de multiplicare, 95 de scalare, 95 sumator, 94

BOB (Bipolar Offset Binary coding), 81 bps (bits per second), 84 BTC (Binary Two's Complement coding),

82 buffer (memorie tampon), 37, 125

C canal

de comunicaţii, 178 de culoare, 32 radio, 181

cod binar (secvenţă binară), 178 de linie, 178

codificare binară bipolară cu deplasament (BOB), 81 în complement de doi (BTC), 82 unipolară directă (USB), 80

codificare cu predicţie liniară (LPC), 21 codificator-decodificator (codec), 22 coeficienţi

ai sistemului numeric, 211 ai sistemului numeric LTI, 196

condiţie iniţială, 93 conversie

analog-numerică, 4, 60 numeric-analogică, 4, 60, 82

convertor analog-numeric (CAN), 62 numeric-analogic (CNA), 82

convoluţie, 116 circulară, 125

cu hardware specializat (DSP), 129 directă, 128 liniară, 125 prin suprapunere şi adunare, 132 prin suprapunere şi salvare, 132 prin transformare în frecvenţă (FFT),

130 proprietatea de asociativitate, 143, 197 proprietatea de comutativitate, 142,

197 proprietatea de distributivitate, 144,

198 corelaţie, 154 CPU (Central Processing Unit), 8 cuantă, 74 culori fundamentale (RGB), 32

D deplasament

al corelaţiei, 157 DFT (Discrete Fourier Transform), 130 DMA (Direct Memory Access), 8, 129 domeniu de scală (FSR), 73 DSP (Digital Signal Processor, Digital

Signal Processing), 8, 129

E ECG, EKG (Electro-Cardiogram), 36 electrocardiogramă (ECG), 36 energie a semnalului, 45 eroare

de cuantizare, 61, 75 reziduală, 21

eşantion, 28

F fază

a semnalului numeric, 40, 64 FFT (Fast Fourier Transform), 14, 23, 131 filtru

de mediere dinamică (moving average), 92

de selecţie (matched filter), 179 numeric, 90

Index 243

FIR (Finite Impulse Response) system, 205

folding frequency (frecvenţă de pliere), 71 FPGA (Field Programmable Gate Array),

7 frecvenţă

a semnalului numeric, 41, 64 de eşantionare, 63 de pliere (folding frequency), 71 normalizată (relativă) a semnalului

numeric, 70 Nyquist, 67 purtătoare, 181 sinonimă, 64

FSR (Full Scale Range), 73 funcţie

de fază, 44 de magnitudine, 44 de transfer, 90 modul, 44

G GSM (Global System for Mobile

communication), 181

H histogramă, 31

coş de colectare, 31

I IDFT (Inverse Discrete Fourier

Transform), 130 IIR (Infinite Impulse Response) system,

205 imagine digitală, 29

color, 32 în nuanţe de gri, 29

impuls unitar, 39 interconectarea sistemelor

în cascadă (în serie), 197 în paralel, 198 proprietatea de asociativitate, 197 proprietatea de comutativitate, 197 proprietatea de distributivitate, 198

intercorelaţie, 157, 162 normalizată, 171

interpolare de ordin zero, 82 liniară, 83

L LPC (Linear Predictive Coding), 21 LSB (Least Significant Bit), 74, 178 LTI (Linear, Time-Invariant system), 105,

141

M MAC (Multiply and Accumulate), 9 modulare

în spectru împrăştiat (spread-spectrum), 189

MSB (Most Significant Bit), 178

N număr

al nivelelor de cuantizare, 73

O operaţie

cu memorie, 96 de adunare a semnalelor, 53 de autocorelaţie, 158, 162 de autocorelaţie normalizată, 170 de avans în timp, 49 de codificare binară, 61, 72 de convoluţie, 116 de corelaţie, 154 de cuantizare, 61, 72 de devansare în timp, 49 de eşantionare, 61 de eşantionare uniformă, 62 de intercorelaţie, 157, 162 de intercorelaţie normalizată, 171 de modulare, 44 de multiplicare a semnalelor, 53 de reflexie (pliere), 50 de rezoluţie în impulsuri, 54 de scalare în amplitudine, 53

244 Index

de scalare în timp, 52 de subeşantionare, 52 fără memorie (memoryless), 95 modulo, 45

ordin al ecuaţiei cu diferenţe, 212 al sistemului, 212

P pas de cuantizare, 74 PCU (Program Control Unit), 10, 129 perioadă

de eşantionare, 61 fundamentală, 47

pixel, 30 PN (pseudonoise sequence), 184 prelucrare

timp-real, 7, 49, 96, 105, 132, 200 tip postprocesare (offline), 49, 96, 106

principiul superpoziţiei, 103

procesor numeric, 90 de semnal (DSP), 8, 129

pulsaţie a semnalului numeric, 40, 64 de pliere, 71 normalizată (relativă) a semnalului

numeric, 70 putere medie a semnalului, 46

R RADAR, 33, 190 rafală radio (radio burst), 182 răspuns

al sistemului, 90 de intrare zero al sistemului (zero-input

response), 213 de stare zero al sistemului (zero-state

response), 213 forţat al sistemului (forced response),

213 impuls al sistemului, 114, 141, 205,

215 natural al sistemului (natural response),

213

treaptă al sistemului, 114 rată

de eşantionare, 63 Nyquist, 67

relaţie intrare-ieşire, 91 intrare-ieşire explicită, 214 intrare-ieşire implicită, 214

reprezentare a semnalelor complexe, 43, 44 funcţională, 37 grafică, 37 secvenţială, 38 tabelară, 38

reprezentare a sistemelor schemă-bloc, 94

rezoluţie a conversiei analog-numerice, 61, 73 a imaginii, 29 de cuantizare, 73

RGB (Red, Green, Blue), 32

S secvenţă

aleatoare (zgomot), 161 binară (cod binar), 178 de antrenare, 182 numerică, 28 pseudoaleatoare (pseudozgomot), 184 pseudoaleatoare de lungime maximă

(m-secvenţă), 185 semnal

acustic, 29 aleator (zgomot), 161 analogic, 60 anticauzal, 200 antisimetric (impar), 48 aperiodic, 47 audio, 29 bipolar, 81 cauzal, 124, 200 complex, 42 continuu în raport cu timpul, 28, 60 de energie finită, 46, 157 de ieşire, 90 de intrare, 90

Index 245

de putere finită, 46, 162 discret, 28 discret în raport cu timpul, 28 exponenţial, 42 exponenţial complex, 43 impuls unitate, 39, 140, 201, 215 multicanal, 32 multidimensional, 29 necauzal, 200 numeric, 28 numeric elementar, 39 periodic, 47, 162 radio, 33 rampă unitate, 40 simetric (par), 47 sinusoidal, 40 tip zgomot, 161 tipar (martor), 158 treaptă unitate, 39, 202 ultrasonic, 34 unipolar, 80 video, 29 vocal, 29, 67

senzor, 4 sistem

acumulator, 93, 201, 208 cauzal, 105, 199 corelator (correlator), 179 cu ecou simplu, 108 cu lege pătratică, 104 cu răspuns impuls finit (FIR), 205 cu răspuns impuls infinit (IIR), 205 de achiziţie a datelor (SAD), 3 de achiziţie şi prelucrare numerică a

semnalelor (SAPNS), 3 de mediere dinamică (moving average),

92, 209 de prelucrare numerică a semnalelor

(SPNS), 4 de reflexie, 101 descris prin ecuaţie liniară cu diferenţe

cu coeficienţi constanţi, 211 diferenţiator, 101 dinamic cu memorie finită, 98 dinamic cu memorie infinită, 98 discret în raport cu timpul, 90

fără memorie (memoryless), 98 identitate, 91 instabil, 107 integrator digital, 93 invariabil în timp, 100 inversabil, 114 liniar, 102 liniar şi invariabil în timp (LTI), 105,

141 modulator, 101 multiplicator de timp, 104 necauzal, 93, 105 neliniar, 104 nerecursiv, 207 numeric, 90 proprietate de însumare, 103 proprietate de scalare, 103 proprietate multiplicativă, 103 recursiv, 208 relaxat iniţial, 93, 200 stabil, 107, 202 static, 98 variabil în timp, 100

SONAR, 33, 190 structură de realizare a unui sistem

numeric forma canonică, 219 forma directă I, 216 forma directă II, 218

sumă de convoluţie, 116

T TDMA (Time Division Multiple Access),

181 teorema

eşantionării, 65 timeslot (interval de timp), 181 traductor de semnal, 4 Transformata

Fourier Discretă (DFT), 130 Fourier Discretă Inversă (IDFT), 130 Fourier Rapidă (FFT), 14, 131

TSC (Training Sequence Code), 182

246 Index

U USB (Unipolar Straight Binary coding), 80

V variabilă

complexă, 42 de timp continuu, 62

de timp discret, 28, 62

Z zgomot, 34, 161, 162, 172, 178

acustic, 19 anti-, 19 rezidual, 19