Digitalna obrada signala se naglo razvila u poslednjih nekoliko decenija. Napredak je impresivan kako u teoriji tako i u domenu primene. Razvoj digitalne obrade signala povezan je sa prodorima koji su ostvareni u mikroelektronici i računarskim i softverskim tehnologijama. Zahvaljujući tom ukupnom napretku, razvoj savremenih sistema se zasniva uglavnom na digitalnoj tehnologiji. Digitalna obrada signala predstavlja osnovnu tehnologiju za mnoge grane tehnike kao što su: telekomunikacioni sistemi, mobilne komunikacije, radar, multimedija, obrada govora, audiotehnika, sonama tehnika, obrada slike, medicinska elektronika, seizmologija, tehnike merenja i upravljanja, robotika, kartografija i mnoge druge.
Kao rezultat važnosti naučne oblasti, ali i kao rezultat praktičnih potreba, nastava iz digitalne obrade signala postala je obavezna u okviru studija elektrotehnike i računarstva na skoro svim univerzitetima u svetu. Pored toga, digitalna obrada signala je uključena kao deo studijskih programa u oblastima koje u značajnoj meri koriste informacione tehnologije.
Posebna lepota digitalne obrade signala je u bliskoj povezanosti teorije i prakse. Ta činjenica ukazuje na potrebu da se i u nastavi uspostavi ravnoteža između teorije i njene primene. Softverske tehnologije pružaju mogućnost da se već u toku upoznavanja sa osnovnim algoritmima digitalne obrade signala stečeno znanje kreativno primenjuje u rešavanju praktičnih problema. Ovaj pristup je veoma popularan u savremenoj nastavi.
Digitalna obrada signala je oblast koja obuhvata širok spektar znanja i praktično je nemoguće da je pojedinac savlada u celini. Da bi se u oblasti digitalne obrade signala započeo uspešan rad i da bi se zatim dalje napredovalo, pre svega je neophodno temeljno poznavanje njenih osnova. Kasniji istraživački i razvojni rad, kao i profesionalna inženjerska praksa, podrazumevaju neprekidno nastavljanje učenja novog.
Prilikom izrade knjige "Uvod u digitalnu obradu signala" autori su težili da uspostave ravnotežu između izlaganja teorijskih postavki oblasti, sa jedne strane, i ilustracije izložene teorije sa naglašavanjem praktične primene, sa druge strane. Teorijska izlaganja su ilustrovana velikim brojem rešenih primera. Na kraju svake glave dati su zadaci za rad na računaru koji imaju ulogu da podstaknu čitaoca na samostalnu potvrdu teorijskih postavki izloženih u tekstu. Za jedan broj reprezentativnih zadataka u knjizi su data rešenja sa komentarima, pri čemu je primenjen softverski paket MATLAB® koji je u ovoj knjizi korišćen sa odobrenjem proizvođača MathWorks™ . Reč je o poznatom alatu za rad u digitalnoj obradi signala koji je primenjen sa ciljem da se kroz zadatke čitalac istovremeno upozna i sa osnovama alata koji se koristi u praksi.
Tekst knjige je podeljen u jedanaest glava i dva dodatka u kojima je obrađeno: predstavljanje diskretnih signala i sistema u vremenskom i frekvencijskom domenu, z-transformacija, diskretizacija kontinualnih signala, diskretna Furijeova transformacija (DFT) i biza Funjeova transfbrmac.ja (FFT), fimkcija prenosa i ftekveneijski odziv lineamih vremenski mvanjantmh sistema, digitalni filtri beskonačnog impulsnog odziva (IIR digitalni filtri), digitalni filtri konačnog impulsnog odziva (FIR digitalni filtri), realizacione strukture diskretnih sistema, diskretni slučajni signali i softverska implementacija sistema digitalne obrade signala primenom programskog paketa MATLAB®.
Knjiga pod naslovom "Uvod u digitalnu obradu signala" autora Ljiljane Milić i Zorana Dobrosavljevića u izdanju Akademske misli pojavila se prvi put krajem 1999. godine i do sada je imala ukupno četiri izdanja. Sada je pred čitaocima nova knjiga pod istim naslovom čiji su autori Ljiljana Milić, Zoran Dobrosavljević i Jelena Certić. U novu knjigu, autori su uneli iskustvo stečeno u nastavi, u saradnji sa studentima i inženjerima iz prakse. Osim toga, softverski paket MATLAB je evoluirao tokom vremena što je zahtevalo da se delovi teksta koji su se odnosili na softver kao i primeri namenjeni za vežbu modemizuju i usklade sa novim verzijama softvera.
Knjiga "Uvod u digitalnu obradu signala" dopunjena je Zbirkom rešenih zadataka u programskom jeziku MATLAB® koja je data u elektronskoj formi na kompakt disku. Autori su Jelena Ćertić i Dragana Šumarac Pavlović, predmetni nastavmci za digitalnu obradu signala na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Pored rešenja za zadatke koji su postavljeni na kraju svake glave u knjizi, kompakt disk sadrži i poseban softverski alat: Paket za osnovnu obuku iz obrade signala - 3oS koji je takođe izrađen u MATLAB®-u. Cilj je da se kroz korišćenje datog softvera, kako rešenja zadataka, tako i paketa 3oS, čitalac podstakne na samostalan kreativan rad.
Knjiga "Uvod u digitalnu obradu signala" je prvenstveno namenjena studentima osnovnih studija, ali može da bude korisna i svima ostalima koji su za ovu oblast zainteresovani, posebno stručnjacima i istraživačima koji u toku studija nisu imali prilike da savladaju ovu za savremenu nauku i inženjersku praksu veoma značajnu oblast.
Ovom prilikom, autori zahvaljuju kolegama i studentima koji su sugestijama, zapažanjima i primedbama pomogli da se poboljšaju i prošire delovi teksta i oilone neki od nedostataka. Posebnu zahvalnost autori duguju recenzentima Miodragu Popoviću i Irini Reljin, redovnim profesorima Elektrotehničkog fakulteta Univerziteta u Beogradu, za temeljitu analizu i stmčnu ocenu podnetog materijala.
Beograd, septembar 2015. Autori
SADRŽAJ
1. Diskretni signali i sistemi: analiza u vremenskom domenu, 1 1.1 Uvod, 1 1.2 Diskretni signali i nizovi, 2 1.2.1 Računske operacij e sa nizovima, 4 1.2.2 Elementami signali, 4 1.3 Diskretni sistemi, 10 1.3.1 Lineami vremenski invarijantni sistemi, 14 1.3.2 Stabilnost i kauzalnost lineamih vremenski invarijantnih sistema.17 1.3.3 Lineame diferencne jednačine sa konstantnim koeficijentima, 19 1.3.4 Predstavljanje diskretnih sistema pomoću blok dijagrama, 21 Zadaci za rad na računam, 23
2. Analiza diskretnih signala i sistema u frekvencijskom domenu: Furijeova transformacija, 27 2.1 Uvod, 27 2.2 Odziv lineamog, vremenski invarijantnog sistema na kompleksni eksponencijalni signal, 28 2.3 Furijeova transformacija diskretnih signala, 31 2.4 Osobine Furijeove transformacije, 32 2.5 Konvolucija, 42 2.5.1 Konvolucija u vremenskom domenu, konvoluciona teorema, 42 2.5.2 Konvolucija u frekvencijskom domenu, Furijeova transformacija proizvoda dva niza, 44 2.6 Parsevalova teorema, 45 Zadaci za rad na računaru, 47
3. Z transformacija, 51 3.1 Uvod, 51 3.2 Definicija z transformacije, 51 3.3 Oblast konvergencije, 53 3.4 Inverzna z transformacija, 59 3.5 Osobineztransformacije, 65 3.6 Konvolucija, 67 3.6.1 Konvolucij a nizova, 67 3.6.2 Kompleksna konvoluciona teorema, 69 3.7 Parsevalova teorema, 71 Zadaci za rad na računaru, 73
4. Digitalna obrada kontinualnih signala, 77 4.1 Uvod, 77 4.2 Diskretizacija kontinualnog signala, 77 4.2.1 Predstavljanje procesa odabiranja u frekvencijskom domenu, 80 4.2.2 Teorema o odabiranju, 85 4.3 Rekonstrukcija ffekvencijski ograničenog signala iz njegovih odbiraka.87 4.4 Ekvivalentni analogni filtar, 91 4.5 Realni sistemi za diskretizaciju i rekonstrukciju signala, 93 4.5.1 Ograničenje spektra ulaznog signala, 94 4.5.2 Analogno-digitalna konverzija, 95 4.5.3 Digitalno-analogna konverzija, 106 4.5.4 Ograničenje spektra izlaznog signala, 107
5. Diskretna Furijeova transformacija, 109 5.1 Uvod, 109 5.2 Definicija DFT, 110 5.3 Predstavljanje i izračunavanje DFT, 113 5.4 Rotacioni faktori, matrični oblik DFT, ortogonalnost, 119 5.5 Odnos DFT prema drugim transformacijama, 122 5.6 Osobine DFT, 124 5.7 Ciklična konvolucija, 129 5.8 Parsevalova teorema, 133 5.9 Analiza signala primenom DFT, 133 Zadaci za rad na računaru, 140
6. Brza Furijeova transformacija, 145 6.1 Uvod, 145 6.2 Složenost izračunavanja DFT, princip dekompozicije, 146 6.3 FFT algoritam sa razbijanjem po vremenu, 148 6.4 FFT algoritam sa razbijanjem po ffekvenciji, 155 6.5 Efikasnost FFT algoritma, 157 6.6 Prekoračenje opsega kod FFT algoritma, 159
7. Linearni vremenski invarijantni sistemi: funkcija prenosa i frekvencijski odziv, 161 7.1 Uvod, 161 7.2 Funkcija prenosa diskretnog sistema, 162 7.2.1 Definicija fiinkcije prenosa, 162 7.2.2 Funkcija prenosa sistema predstavljenog diferencnom j ednačinom, 163 7.3 Nule i polovi funkcije prenosa, 165 7.4 Stabilnost i kauzalnost, 167 7.5 Frekvencijski odziv, 168 7.5.1 Definicija frekvencijskog odziva, 168 7.5.2 Uticaj nula i polova funkcije prenosa na frekvencijske karakteristike, 171 7.5.3 Karakteristike idealnog filtra , 173 7.5.4 Idealni diferencijator i Hilbertov transformator, 175 7.5.5 Ostvarive karakteristike diskretnih sistema, 177 7.6 Funkcija prenosa lineame faze, 179 7.7 Propusnik svih ffekvencija, 182 7.8 Funkcija prenosa minimalne faze, 185 7.9 Postupak projektovanja lineamih vremenski invarijantnih sistema, 190 Zadaci za rad na računaru, 191