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1、毕业设计(论文)外文资料翻译专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 外文题目： The Breadth and Depth of DSP 外文出处：The Scientist and Engineers Guide to DSP 1 DSP 的广度和深度数字信号处理是最强大的技术，将塑造二十一世纪的科学与工程之一。革命性的变化已经在广泛的领域：通信，医疗成像，雷达和声纳，高保真音乐再现，石油勘探，仅举几例。上述各领域已建立了深厚的 DSP 技术，用自己的算法，数学，和专门技术。这种呼吸和深度的结合，使得它不可能为任何一个人掌握所有已开发的 DSP 技术。 DSP 教育包含两个任务：学习一般适用于
2、作为一个整体领域的概念，并学习您感兴趣的特定领域的专门技术。本章开始描述DSP 已在几个不同领域的戏剧性效果的数字信号处理的世界，我们的旅程。革命已经开始。1.1 DSP 的根源独特的数据类型，它使用的信号，数字信号处理是区别于其他计算机科学领域。在大多数情况下，这些信号源于感觉来自现实世界的数据：地震的震动，视觉图像，声波等 DSP 是数学，算法，并用来操纵这些信号的技术后，他们已被转换成数字形式。这包括了各种目标，如：加强视觉图像识别和语音生成，存储和传输的数据压缩，等假设我们重视计算机模拟 - 数字转换器，并用它来获得一个现实世界的数据块。 DSP 回答了这个问题：下一步怎么办？DSP
3、的根是在 20 世纪 60 年代和 70 年代数字计算机时首次面世。电脑是昂贵的，在这个时代，DSP 是有限的，只有少数关键应用。努力开拓，在四个关键领域：雷达和声纳，国家安全风险是石油勘探，可以大量资金;太空探索，其中的数据是不可替代的;和医疗成像，可节省生活。 20 世纪 80 年代和 90 年代的个人电脑革命，引起新的应用 DSP 的爆炸。而不是由军方和政府的需求动机，DSP 的突然被带动的商业市场。任何人士如认为他们可以使资金在迅速扩大的领域突然一个 DSP 供应商。 DSP 的市民等产品达到：移动电话机，光盘播放器，电子语音邮件。这一技术革命，从自上而下的发生。在 20 世纪 80
4、年代初，DSP 是研究生水平的课程，在电气工程教授。十年后，DSP 已成为标准的本科课程的一部分。今天，DSP 是一种在许多领域的科学家和工程师所需要的基本技能。作为一个比喻，DSP 可以比以前的技术革命：电子。虽然仍是电气工程领域，几乎所有的科学家和工程师有一些基本的电路设计的背景。没有它，他们将失去在科技世界。 DSP 具有相同的未来。这最近的历史是超过了好奇，它有一个巨大的影响你的学习能力和使用DSP。假设你遇到一个 DSP 的问题，并把课本或其他出版物，以找到一个解决方案。你通常会发现什么是页后页方程，模糊的数学符号，不熟悉的术语。这是一场恶梦！ DSP 的文献多是令人费解，甚至在该领
5、域经验丰富的。这并不是说有什么错用这种材料，它只是一个非常特殊的观众。国家的最先进的研究人员需要这种详细的数学理解的工作的理论意义。这本书的一个基本前提是，可以学到最实用的 DSP 技术，并没有详细的数学和理论的传统障碍。科学家和工程师的数字信号处理指南是写给那些想要使用 DSP 作为一种工具，而不是一个新的职业生涯。本章的其余部分说明，其中 DSP 已经产生了革命性的变化的地区。当你通过每个应用程序，请注意，DSP 是非常跨学科，依托在许多相邻领域的技术工作。正如图。如果你想专注于 DSP，这是多领域，则还需要研究。1.2 通信通信是信息传输从一个位置到另一个。这包括各种形式的信息：电话交谈
6、，电视信号，计算机中的文件，和其他类型的数据。传输信息，你需要在两个地点之间的通道。这可能是一个线对无线电信号，光纤等电信公司接收他们的客户的信息转移支付，而他们一定要以建立和维护渠道。金融的底线很简单：信息越多，他们可以通过一个单一的通道，他们更多的钱。 DSP 已彻底改变电信业在许多领域：信号音的产生和检测，频带的转移，过滤，除去电源线的嗡嗡声，从电话网络等具体的例子将在这里讨论：复用，压缩和回声控制。1.2.1 复用在世界上大约有 10 亿电话。在按几个按钮，开关网络允许其中任何一项，只有几秒钟的任何其他连接。这项任务的艰巨，是超乎想象！直到 20 世纪 60年代，两个电话之间的连接需要
7、通过机械开关和放大器的模拟语音信号。一个连接需要一对导线。相比之下，DSP 音频信号转换成串行数字数据流。由于位可以轻松地交织在一起，后来分开，很多电话交谈可以传输渠道单一。例如，一个电话标准，被称为 T 载波系统可以同时传送 24 个语音信号。每个语音信号进行采样，每秒 8000 次，使用一个 8 位集成的（对数压缩）模拟到数字的转换。这个结果在 64,000 比特/秒，所有 24 个被包含在 1.544 兆比特/秒的渠道代表每个语音信号。这个信号可以传输，使用普通电话线，22 号铜线，一个典型的互连距离约 6000 英尺。数字传输的资金优势是巨大的。线和模拟开关是昂贵的数字逻辑门价格便宜。
8、1.2.2 压缩当语音信号数字化，在 8000 样本/秒，大多数的数字信息是多余的。也就是说，任何一个样本进行信息主要由邻近的样品重复。 DSP 算法已发展到几十个数字化语音信号转换成数据流，需要较少的比特/秒。这些被称为数据压缩算法。匹配解压缩算法，用于恢复其原来的形式的信号。这些算法不同的金额达到压缩和音质。在一般情况下，减少 64 千比特/秒的数据传输速率为 32 千比特/秒的结果，在不损失音质。当压缩到 8 千比特/秒的数据传输速率，声音明显受到影响，但仍然可用的长途电话网络。达到的最高压缩约 2 千比特/秒，高度扭曲的声音，但可用于某些应用，如军事和海底通信。1.2.3 回声控制回声
9、是一个严重的问题，在长途电话连接。当你走进一个电话，你的声音信号传播连接的接收器，它的一部分返回的回声。如果连接是几百公里内，接收回声所用的时间只有几毫秒。人类的耳朵习惯于听到这些小的时间延迟的回声，连接听起来很正常。随着距离变大，回声变得越来越明显和刺激性。延迟是几百毫秒洲际通信，特别是反感。数字信号处理攻击这类型的问题，通过测量返回信号，并产生适当的反信号取消违规回声。同样的技术，允许免提电话用户听取和不战而音频反馈（啸）在同一时间发言。它也可用于减少环境噪声，取消它与数字产生抗噪。1.3 音频处理主要的两个人的感官是视觉和听觉。相应地，许多 DSP 的有关图像和音频处理。人们听音乐和语音
10、。 DSP 已经在这两个领域取得了革命性的变化。1.3.1 音乐从音乐家的麦克风，高保真的扬声器的路径是相当长。数字数据表示，重要的是要防止通常与模拟存储和操作相关的退化。这是非常熟悉的人与光盘，录音带的音乐素质。在一个典型的场景，音乐作品在多个频道或曲目的录音室录制。在某些情况下，这甚至涉及个别乐器和歌手分别记录。这样做是为了给录音师更大的灵活性，创造的最终产品。被称为复杂的过程，结合到最终产品的个别曲目的缩混。 DSP 可以在组合提供几个重要的功能，包括：过滤，加法和减法信号，信号的编辑，等等。最有趣的音乐准备的 DSP 应用之一是人工混响。如果各个渠道的简单相加，导致一块听起来体弱及摊薄
11、，音乐家多，如果在户外玩耍。这是因为听众都深受影响的音乐，通常是在录音室最小的回声或混响内容。 DSP 允许人造回声和混响加在混合模拟各种理想的听音环境。几百毫秒延迟的回声，给像位置的大教堂的印象。 10-20 毫秒的延迟添加回声提供更多的适度规模聆听室的看法。1.3.2 语音生成语音生成和识别被用于人类和机器之间的沟通。而不是用你的双手和眼睛，你用你的嘴和耳朵。当你的手和眼睛应做别的东西，如：驾驶汽车，进行手术，或不幸敌人发射你的武器，这是非常方便。两种方法用于计算机生成的讲话：数码录音和声道模拟。在数码录音，一个人的扬声器的声音数字化处理和储存，通常在压缩形式。在播放过程中，存储的数据压缩
12、和转换成模拟信号。整个小时的录音讲话要求只有约 3 兆字节的存储空间，即使是小规模的计算机系统内的功能。这是今天使用的数字语音代最常用的方法。声道模拟器比较复杂，试图模仿人类创造讲话的物理机制。人类声道是声腔与商会的大小和形状确定的共振频率。声音源于声道声和摩擦音，在两种基本方式之一。浊音，声带振动产生周期脉冲附近的空气进入声乐腔。相比之下，摩擦音源于在嘈杂的空气湍流，如牙齿和嘴唇，窄缢。声道模拟器操作产生类似于激发这两种类型的数字信号。共鸣腔的特点是通过类似共振的激励信号，通过数字滤波器的模拟。这种方法是在一个非常早期的 DSP 成功故事，讲拼写，广泛销售的儿童电子学习援助。1.3.3 语音
13、识别人类语音的自动识别是非常多讲话一代困难。语音识别是一个经典的东西，人类的大脑好例子，但数码电脑做的很差。数码电脑可以存储和调用大量数据，在炽烈速度执行数学计算，并没有变得无聊或低效重复的任务。不幸的是，现今电脑执行得非常糟糕时，面临着与原始的感官数据。教学计算机发送给您每月的电费是很容易的。在同一台计算机教学，以了解你的声音，是一大创举。数字信号处理一般接近语音识别的问题，在两个步骤：特征提取，特征匹配。传入的音频信号中的每个单词是孤立的，然后分析激发和共鸣频率识别的类型。这些参数与前面的例子中，找出最接近的说话。通常情况下，这些系统只有几百字的限制，只能接受具有鲜明的字与字之间的停顿的讲
14、话，以及必须为各扬声器培训。虽然这是许多商业应用提供足够的，这些限制是震撼人心相比，人类的听觉能力。有巨大的财政奖励那些生产成功的商业产品，要在这方面做的大量工作。1.4 回声定位一个常用的方法是获得远程对象的信息，超生波的关闭。例如，雷达通过发射无线电波脉冲，并从飞机回声检查接收到的信号。声纳，通过水传播的声波探测潜艇和其他水下物体。地球物理学家已经长探测地球所设置的爆炸和听回声从岩石层深埋。虽然这些应用都有一个共同的线程，每个人都有自己的具体问题和需求。数字信号处理，在所有这三个领域产生革命性的变化。1.4.1 雷达雷达是无线电探测和测距的缩写。在最简单的雷达系统，无线电发射机产生的无线电
15、频率能量的脉冲长几微秒。此脉冲被送入一个高度定向天线，以光的速度在产生的无线电波传播距离。飞机在这一波的路径将反映能源回向接收天线的一小部分，位于附近的传输站点。脉冲传输和接收到的回波之间的运行时间从计算到物体的距离。发现对象的方向更简单地说，你知道你指出的定向天线时收到回音。经营范围的雷达系统是由两个参数决定：多少能源是在初始脉冲，无线电接收机的噪声水平。不幸的是，增加脉冲能量通常需要较长的脉搏。反过来，在较长的脉冲减少经过时间的测量准确度和精密度。这两个重要参数之间的冲突结果：能够在远距离探测的对象，并能准确地判断一个对象的距离。DSP 具有革命性的雷达三个方面，所有这些都涉及到这个基本问
16、题。首先，DSP 可以压缩后收到的脉冲，提供更好的距离决心，没有减少的经营范围。其次，DSP 可以过滤接收到的信号，以减少噪音。这扩大了范围，不降解的距离的决心。第三，DSP 能够快速选择不同的脉冲形状和长度和发电。除其他事项外，这使得脉冲为一个特定的检测问题进行了优化。现在这么多令人印象深刻的部分：是在采样率可比使用的无线电频率，高达几百兆赫的！当谈到雷达，DSP 硬件设计高速，因为它是算法。1.4.2 声纳声纳是一个声音导航和测距的缩写。它分为两大类，主动和被动。在主动声纳，声脉冲在 2 kHz 和 40 kHz 之间传送入水，和由此产生的回声的检测和分析。主动声纳的用途包括：海底机构的检测与定位，导航，通信，测绘海底。 10 至 100 公里的一个最大的经营范围是典型的。相比之下，被动声纳根本监听水下声音，其中包括：自然动荡，海洋生物，从潜艇和水面舰艇的机械声音。由于被动声纳发出能量，它是秘密行动的理想选择。你要检测的其他人，没
