Корни ЦОС

Цифровая обработка сигналов отличается от других областей компьютерной техники уникальным типом используемых данных – сигналами. В большинстве случаев, эти сигналы поступают из реального мира от датчиков сейсмических колебаний, изображений, звуковых волн и т.д. ЦОС есть математика, алгоритмы и устройства, которые используются для манипуляции этими сигналами после их преобразования в цифровую форму. Это делается ради многих целей: повышения качества изображений, распознавания и генерации речи, сжатие данных для передачи и хранения, и т.д. Предположим, мы подсоединили аналого-цифровой преобразователь к компьютеру и используем его для получения кусочка данных из реального мира. ЦОС отвечает на вопрос: Что делать дальше?

Корни ЦОС уходят в 1960 и в 1970 годы, когда появились первые цифровые компьютеры. Компьютеры были дороги в то время, поэтому ЦОС применялась только в особо важных приложениях. Первые усилия по внедрению ЦОС были сделаны в четырех ключевых областях: радарах и сонарах, областях связанных с национальной безопасностью; поисках нефти, где делаются большие деньги; космических исследованиях, где данные являются невосполнимыми; и медицинской диагностики, связанной с жизнью пациента. Компьютерная революция в 1980 и в 1990 годах стала причиной настоящего взрыва по применению ЦОС в различных приложениях. Причем, мотивация для использования ЦОС со стороны коммерческих предприятий оказалась даже сильнее, чем со стороны государственных и оборонных учреждений. Всякий, кто надеялся сделать деньги в быстро развивающейся области, неожиданно становился продавцом ЦОС. ЦОС пришла к широкой публике с такими продуктами, как мобильные телефоны, проигрыватели компакт дисков и электронная голосовая почта. Рисунок 1-1 показывает некоторые из этих применений цифровой обработки сигналов.

РИСУНОК 1-1

ЦОС произвела революцию во многих областях науки и техники. Некоторые из этих различных применений показаны здесь.

Революция произошла сверху вниз. В начале 1980-х ЦОС изучалась выпускниками университетов на курсах электроники. Десятилетием позже ЦОС стала обычным курсом для студентов. Сегодня ЦОС основа мастерства для ученых и инженеров во многих областях. В качестве аналогии, цифровую обработку информации можно сравнить с предыдущей технологической революцией – электроникой. Сейчас царство электротехники, поэтому почти каждый ученый и инженер владеет некоторыми основами создания схем. Без этого они потеряются в мире техники. ЦОС ожидает такое же будущее.

Эта последняя история более чем любопытна; она имеет громадное влияние на вашу способность к изучению и использованию ЦОС. Предположим, вы столкнулись с проблемой ЦОС и обратились к книгам или другим публикациям, чтобы найти решение. Обычно, от страницы к странице вы будете встречать формулы, обескураживающие математические символы и незнакомую терминологию. Это кошмар! Многое в литературе по ЦОС ставит в тупик даже опытных в этой области специалистов. Ничего ошибочного нет в этих материалах, просто они рассчитаны на очень специализированную аудиторию. В такой математической детализации нуждаются очень искусные исследователи, чтобы понять теоретическую сторону работы.

Основная предпосылка этой книги заключается в том, что большинство практических способов ЦОС может быть изучено и использовано без обычных ограничений со стороны теории и математических подробностей. Научно-техническое руководство по цифровой обработке сигналов написано для тех, кто хочет использовать ЦОС как инструмент, а не как новую карьеру.