Przedmowa Celem niniejszej książki jest w miarę

Przedmowa
Celem niniejszej książki jest w miarę całościowe przedstawienie podstaw cyfrowego przetwarzania
sygnałów. Ich znajomość jest niezwykle istotna w czasach, w których obserwuje się zdecydowane
preferowanie rozwiązań opartych na technice cyfrowej a nie analogowej. Tendencja ta jest wyraźnie
obserwowana od wielu lat i jest wynikiem coraz większej dostępności, także cenowej, bardzo
wydajnych układów cyfrowych (mikroprocesorów i mikrokontrolerów, pamięci oraz układów
peryferyjnych, takich jak przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe) oraz zalet
przetwarzania cyfrowego nad analogowym (niezmienności czasowej sposobu przetwarzania
danych, spowodowanej brakiem zależności od starzejących się i zmieniających swoje właściwości
elementów elektronicznych). W związku z tym coraz częściej obserwuje się projektowanie układów
elektronicznych, w których jak najwcześniej następuje przetworzenie sygnałów analogowych na
postać cyfrową i realizowanie algorytmu przetwarzania całkowicie w postaci operacji
arytmetycznych na liczbach, reprezentujących wartości chwilowe spróbkowanych sygnałów
analogowych. Ten scenariusz jest powszechny wszędzie. Przykładem mogą być różnorakie systemy
sterowania i nadzoru: przemysłowe, wojskowe, medyczne. Dodatkowo w epoce multimedialnej
szeroko przetwarzane i analizowane są cyfrowe sygnały mowy, muzyki (audio), obrazy i ich
sekwencje (wideo, telewizja).
Wszędzie tam, gdzie znajduje się procesor przetwarzający cyfrowe dane pomiarowe mamy do
czynienia z cyfrowym przetwarzaniem sygnałów. Okazuje się jednak, że niezależnie od źródła tych
sygnałów podstawowe metody ich przetwarzania i analizy są identyczne lub bardzo podobne.
Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ w każdym przypadku patrzymy na sygnał jako na funkcję
zmienną w czasie, lub przestrzeni, i wykorzystujemy znane, ogólnie dostępne narzędzia analizy
matematycznej tych funkcji, czyli na przykład stosujemy osiemnastowieczne przekształcenie
Fouriera lub mającą dopiero kilkanaście lat transformację falkową do częstotliwościowej analizy
sygnałów.
Zdaniem autora nie można mówić o przetwarzaniu sygnałów cyfrowych bez nawiązania do teorii
(analizy i przetwarzania) sygnałów analogowych, czyli teorii funkcji ciągłych. Analiza i
przetwarzanie danych cyfrowych są nierozerwalnie związane z analizą i przetwarzaniem sygnałów
analogowych. Najczęściej dane cyfrowe są spróbkowaną wersją ("kopią') danych analogowych i ich
analiza ma nam dać informacje nie o "kopii", ale o "oryginale". Narzędzia stosowane w obu
przypadkach i ich właściwości wzajemnie się przy tym przenikają. Filtry cyfrowe wywodzą się z
filtrów analogowych, implementowana na komputerach dyskretna transformacja Fouriera
(stosowana przykładowo w bardzo popularnym obecnie standardzie kompresji muzyki mp3)
powstała z "całkowego" szeregu Fouriera, zaś transformacja Z pełni podobną rolę w świecie
liniowych, niezmiennych w czasie układów dyskretnych jak transformacja Laplace'a w świecie
układów analogowych.
Z tego powodu niniejsza książka będzie podróżą po wielu kontynentach. Znajdą się w niej:
elementy teorii sygnałów analogowych i obwodów elektrycznych (rozdziały l - 6), podstawowe
(rozdziały 7 - 13) i bardziej zaawansowane (rozdziały 14 - 18) metody cyfrowej analizy i
przetwarzania sygnałów oraz ich wybrane, ciekawe zastosowania (rozdziały 19 - 23). Autorowi
zawsze będzie przyświecał podstawowy cel, aby pokazać związki i przenikanie się świata
"analogowego" i "cyfrowego". Równocześnie nacisk zostanie położony nie na istniejące "wzory
mnemotechniczne", dające inżynierowi gotowe recepty ,jak żyć" dzisiaj, ale zamykające drogę
dalszego rozwoju jutro, tylko na staranne matematyczne wytłumaczenie rozpatrywanych kwestii,
które pozwoli na dalsze, samodzielne, świadome poruszanie się Czytelnika w dziedzinach dla niego
nowych.
Pierwsze wytłumaczenie zawsze będzie jak najprostsze. Główną intencją autora jest
"odczarowanie" tematów pozornie trudnych i "rzucenie mostów" pomiędzy brzegami z pozoru
odległymi.
W książce tej nie ma nic nowego. Wszystko już było. W dużej części składa się ona z prostych
wyprowadzeń i przekonywujących wytłumaczeń, które zostały wyłowione z setek książek i
artykułów - morza słów - i skrzętnie zapamiętane. Więc po co ją napisano? Autor z przykrością
stwierdza, że sam mozolnie całymi latami odkrywał niektóre proste prawdy. I tak jak podczas
wspinaczki w górach, po każdym "podejściu" odsłaniał mu się "nowy widok". Wędrówka ta już
trwa ponad dwadzieścia lat. I na pewno do szczytu jest jeszcze bardzo daleko. Ale może warto
pokazać innym drogę "na skróty", podjąć próbę dopasowania elementów "łamigłówki" oraz syntezy
własnych przemyśleń.
Książka jest podręcznikiem akademickim. W zamierzeniu autora każdy z rozdziałów stanowi
zamkniętą całość, odpowiednią do oddzielnej lektury, dlatego część przedstawionego materiału
będzie się w niewielkim stopniu powtarzać, ale zazwyczaj w nieco innej formie.
...
Autor ma nadzieję, że choć w niewielkiej części udało mu się zrealizować swoje ambitne
zamierzenia. Dlatego z zawstydzeniem i pokorą przedstawia Czytelnikowi skromny wynik swojej
pracy.
Kraków, wrzesień 2005 Tomasz P. Zieliński