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乐鱼体育直播:信息与通信工程专业英语课文翻译
  发表时间:2022-08-12 10:29:12 |来源:乐鱼体育直播下载 作者:乐鱼体育app靠谱 

  信息与通信工程专业英语课文翻译第一课现代数字设计及数字信号处理课文A数字信号处理简介1什么是数字信号处理数字信号处理或DSP如其名称所示是采用数字方式对信号进行处理在这种情况下一个信号可以代表各种不同的东西从历史的角度来讲信号处理起源于电子工程信号在这里意味着在电缆或电话线或者也有可能是在无线电波中传输的电子信号然而更通用地说一个信号是一个可代表任何东西--从股票价格到来自于远程传感卫星的数据的信息流术语ldquodigitalrdquo来源于ldquodigitrdquo意思是数字代可以用你的手指计数因此ldquodigitalrdquo的字面意思是ld

  第一课现代数字设计及数字信号处理课文A数字信号处理简介1什么是数字信号处理数字信号处理或DSP如其名称所示是采用数字方式对信号进行处理在这种情况下一个信号可以代表各种不同的东西从历史的角度来讲信号处理起源于电子工程堤防工程项目划分路基工程安全技术交底建筑工程成本控制管理工程项目施工成本控制工程量增项单信号在这里意味着在电缆或电话线或者也有可能是在无线电波中传输的电子信号然而更通用地说一个信号是一个可代表任何东西--从股票价格到来自于远程传感卫星的数据的信息流术语ldquodigitalrdquo来源于ldquodigitrdquo意思是数字代可以用你的手指计数因此ldquodigitalrdquo的字面意思是ldquo数字的用数字表示的rdquo其法语是ldquonumeriquerdquo一个数字信号由一串数字流组成通常但并非一定是二进制形式对数字信号的处理通过数字运算来完成数字信号处理是一个非常有用的技术将会形成21世纪的新的科学技术数字信号处理已在通信医学图像雷达和声纳高保真音乐产生石油开采等很广泛的领域内引起了革命性的变革这些领域中的每一个都使得DSP技术得到深入发展有该领域自己的算法数学基础以及特殊的技术DSP发展的广度和深度的结合使得任何个人都不可能掌握已发展出的所有的DSP技术DSP教育包括两个任务学习应用数字信号处理的通用原则及学习你所感兴趣的特定领域的数字信号处理技术2模拟和数字信号在很多情况下所感兴趣的信号的初始形式是模拟电压或电流例如由麦克风或其它转换器产生的信号在有些情况下例如从一个CD播放机的可读系统中输出的信号信号本身就是数字的在应用DSP技术之前一个模拟信号必须转换成数字信号例如一个模拟电压信号可被一个称为模数转换器或ADC的电路变换成数字信号该转换器产生一系列二进制数字作为数字输出其值代表每个采样时刻的输入模数转换设备的电压值3信号处理通常信号需要以各种方式处理例如来自于传感器的信号可能被一些没用的电子ldquo噪声rdquo污染测心电图时放在病人胸部的电极能测量到当心脏及其它肌肉活动时微小的电压变化信号也常会被来自于电源的电磁干扰所影响采用滤波电路处理信号至少可以去掉不需要的信号部分如今对信号滤波以增加信号的质量或抽取重要信息的任务越来越多地由DSP技术完成而不是采用模拟电路完成4DSP的发展和应用数字信号处理的发展起源于60年代大型数字计算机进行数字处理的应用如使用快速傅立叶变换FFT可以快速计算信号的频谱这些技术在当时并没有被广泛应用因为通常只有在大学或者其它的科研机构才有合适的计算机由于当时计算机很贵DSP仅仅局限于少量的非常重要的应用先驱们的探索工作主要集中在4个关键领域雷达和声纳用于保卫国家安全石油开采可以赚大量的钱空间探索其中的数据是不能重复产生的及医学图像可以救治生命20世纪80年代到90年代个人电脑的普及使得DSP产生了很多新的应用与以往由军方或政府的需求驱动不同DSP突然间由商业市场的需求驱动了任何认为自己能在这个飞速发展的领域赚钱的人都会立即成为DSP供应商DSP通过在移动电话CD播放器及语音邮件等产品中应用进入了公共应用领域这些技术革命是自上而下发生的在20世纪80年代早期DSP是电子工程专业的研究生课程10年后DSP成为了本科生课表中的一部分今天DSP是很多领域的科学家及工程师需要掌握的标准excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载格式标准下载技能DSP可以与以前的电子技术的发展相类比在电子工程领域几乎每个科学家和工程师都具有基本的电路设计背景否则他们将在技术界落伍DSP的将来也会如此DSP已在科学及工程的许多领域掀起了变革其中的一些扩展应用如图1所示5数字信号处理器DSPs20世纪70年代后期及80年代前期微处理器的出现使得DSP技术在更广泛的范围内应用成为可能然而通用的微处理芯片如Intel的X86系列用于对数字敏感的DSP应用并不理想在20世纪80年代DSP变得越来越重要这导致了很多主要的电子元件制造商如德州仪器ADI及摩托罗拉等开始重视开发数字信号处理器芯片mdash一种专用的微处理器具有专为数字信号处理需求操作而设计的系统结构这里要注意的是DSP的缩写可指数字信号处理这个术语表示广泛应用的用于数字化地处理信号的技术或者数字信号处理器一种特殊的微处理芯片与通用的微处理芯片一样一个DSP是一个可编程设备具有私有的指令码DSP芯片每秒可以执行上百万次的浮点数运算像其它更广为人知的通用微处理器一样更快更强大的DSP在不断地出现DSPs可以被嵌入到其它通常包括模拟和数字电路的复杂片上系统设备中空间空间图像增强数据压缩通过空间探索进行智能传感分析定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析医学诊断图像CTMRI超声波及其它心电图分析医学图像存储恢复商业多媒体展示的图像和声音压缩电影特效视频会议DSP电话语音及数据压缩去回声信号复用滤波军事雷达声纳军火指挥安全通信工业石油和采矿预测过程监视控制非破坏性测试CAD设计工具科学地震记录混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载及分析数据采集频谱分析仿真和建模虽然DSP技术所依赖的一些数学理论如傅立叶变换及希尔伯特变换数字滤波器设计及信号压缩等可能相当复杂而实际中实现这些数字运算的技术却非常简单其包括的主要运算可由一个廉价的具有加减乘除功能的四则运算器实现DSP芯片的结构设计使得这些运算的速度快得不可思议每秒钟可处理上亿次的采样值从而具有实时性也就是说当其处理一个信号时使之像刚刚采样并输出一样具有实时性如一个扬声器或一个视频显示以前所提到的所有的DSP的应用实例如硬盘驱动器和移动电话都需要实时操作主要的电子元件制造商都在DSP技术领域大量投资因为他们发现在具有大规模市场的应用产品中DSP芯片在全世界电子设备中占了很大的比例现在每年的销售额在10亿美元左右并且看来会持续快速增长6DSP的深度如同你从每个应用中所注意到的一样DSP是非常交叉的学科依赖于许多相邻领域的技术工作如图2所示DSP与其它技术学科之间的边界不是非常精确或明确定义的而是非常模糊或相互重叠的如果你想精通DSP就需要同时学习相关的科学工程及数学领域的知识7DSP影响的领域1电信DSP在很多领域对电信工业具有革命性的影响信号音调的产生和检测频带搬移滤波以去除电源噪声等这里将要讨论来自电话网的三个特例复用压缩及回声控制1复用世界上大约有10亿部电话只要按下很少的一些按钮交换网允许其中的一部与任何别的电话在几秒之内连接这项工作的复杂性是人脑所不能想象的直到20世纪60年代两个电话之间的连接还需要将模拟话音信号通过机械开关及放大器进行传送一个连接需要一对线相比较而言DSP将音频信号转换成一串数字信号流由于比特流可以很容易地被混放在一起并且事后可以分开因此许多路话音可以在一条信道上传输该技术称为复用2压缩当以8000个采样值秒的速度对一个话音信号进行数字化时大多数的数字信息是冗余的也就是说由一个采样携带的信息与其相邻采样在很大程度上是重复的很多DSP算法用于将数字化的语音转换成需要较少的bitssec的数据流这称为数据压缩算法对应的解压缩算法用于将信息恢复成其原始形式这些算法根据压缩比及最后的话音质量来区分优劣通常来说这些算法可以使数据率从64kbsec减少到32kbs而不会导致线回声控制回声是长距离电话连接中的一个严重的问题快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题当你对一个电话讲话时一个代表你声音的信号会被传输到所连接的接收端而其中的一部分会以回声的形式返回如果连接只有几百米收到回音的时间间隔仅有几毫秒人的耳朵习惯于收到这么短时间延迟的回声连接听起来相当正常当距离增大时回声会变得非常惹人注意并且让人无法忍受洲际通信的回声间隔可达几百毫秒这是相当让人讨厌的数字信号处理技术通过测量返回信号并产生一个相应的相反信号以抵消这些令人讨厌的回声来处理这类问题同样的技术还用于令使用话筒的人能边听边说而不会觉得有回音这也可用于通过产生数字相反噪音来减少环境噪音2语音处理人类的两个最基本的感观是视觉和听觉相应地许多DSP是与图像及声音处理有关的人们可以听到音乐和话音DSP在这两个领域都曾带来革命性的变化1音乐从音乐家的麦克风到高保真音响之间的距离是相当长的用数字信号代表数据是很重要的目的是防止模拟话音存储及处理中常有的话音衰退现象这与任何一个人将磁带的声音质量与CD的声音质量进行对比的结果是一样的一个典型的场景是一段音乐在录音棚中是通过不同的声道进行录制的有些情况下这甚至包括分别录制各个乐器及歌唱者的声音这样做的目的是给声音工程师以极大的灵活性去制作最后的产品将单独声道的音乐合成为最终音乐的过程被称为合成DSP在音乐合成中可以提供多种重要功能包括滤波信号附加及截断信号编辑等在音乐合成中DSP最有趣的一个应用是人工回放如果各个信道仅仅是简单地叠加在一起最后听到的音乐是脆弱无力的就如同音乐家在门外演奏一样这就是为什么听众被音乐的回声或回音深深影响着而这些常在演播室中被最小化了DSP使得人工回声在混合过程中被加到音乐中以仿真不同的听觉环境具有几百毫秒的延迟的回声会让人觉得像是大教堂一样的环境而加上10-20毫秒延迟的回声可以产生更加现代的听觉感受2话音产生话音产生和识别用于人和机器之间的通信不是用手和眼睛而是用嘴和耳朵当你的手和眼睛需要做别的如开车进行外科手术或对敌人开枪等事情时这项技术将给你带来极大的方便有两种计算机产生话音的方式数字录音或声道仿线语音识别对人类声音的自动识别要比话音产生难得多数字信号处理通常通过两步解决话音识别的问题特征抽取及特征匹配来自于音频信号的每个单词都被隔离开并与先前所输的单词相比较以确认与那个最接近通常这种系统仅限于很少的几百个单词仅能接受在单词间具有明显停顿的话音对每个说线图像处理图像是具有特殊特点的信号首先是在空间对参数的测量而大多数信号是在时间上对参数的测量其次图像包含了大量的信息例如存储一秒钟的电视图像需要10M的空间这要比同样长度的线倍第三最后对于图像质量的判断常通过人类的主观评估而非客观标准来判断这些特殊的特点使得图像处理成为DSP中非常独特的一个子集第二课嵌入式系统及应用课文A嵌入式系统的特点什么是嵌入式系统嵌入式系统是计算机工程的一个全新分支它是对传统不可用户编程的专用计算机设备的一种发展仅应用于某一专用领域例如医疗设备将计算机技术与机械工程设计结合了起来嵌入式系统是一个有专用用途的计算机嵌入在设备的内部例如微波炉中就含有一个嵌入式系统它接收来自面板的输入进而控制液晶显示器进行显示控制加热元件的开关以煮熟食物嵌入式系统通常采用微控制器这种微控制器是一个单一器件但具有电脑的许多功能摩托罗拉公司和英特尔公司生产的微控制器最受专业人士欢迎嵌入式系统的市场正在逐步扩大因为工程师们认识到许多其他工程项目也可受益于嵌入式系统技术现在到处都有嵌入式系统的身影从食品加工到汽车生产以及更多的领域生活在计算机时代意味着在这十年内在任何情况下我们都将很难再找到一个机械设备没有或多或少以某种形式涉及到嵌入式系统嵌入式系统分不同的级别电脑玩具和厨房用具只是嵌入式系统的非常简单的表现形式许多更复杂的医疗设备具有更强大的功

  能实际上其受益于使用了不止一个嵌入式系统虽然这意味着我们在日常生活中随手拿来用的一些设备通常会变得更便捷更好用但这也意味着这些嵌入式设备的维修将会是更困难更昂贵的但同时这还意味着我们的许多时间被嵌入式设备解放出来我们有更多的时间做我们所喜欢做的例如我们都使用带有嵌入式系统的洗衣机我们买的汽车也越来越多的拥有嵌入式系统甚至是我们使用的制造工具也和嵌入式系统息息相关显而易见非常多的公司致力于嵌入式系统的开发或独立进行或按需要联合机械制造厂家共同开发越来越多的工程公司申请使用嵌入式技术从能设想到的所有方向来升级自己的产品如果没有嵌入式系统helliphellip你走进你的车并用钥匙发动你需要用到贮物箱的一个英寸软盘把它插到仪表盘上的插槽里拍打方向盘直到操作系统很快在液晶仪表板显示出来用中心控制台的光标键选择电子点火程序然后转动钥匙启动发动机在上班路上你想听一些音乐那你就往播放机里输入CD程序等待表明播放器的数字信号处理器已经准备就绪的绿灯闪烁然后放入你的音乐CD拥有嵌入式系统你不需要传统的用户界面来决定运行哪些程序汽车电子点火装置会随着车钥匙做出响应你不需要加载程序进你的设备那些需要帮助运转工作的应该已经被加载完成了尽管一些新型的移动电话可以下载其他的程序你不必浪费时间等待OS的加载-如果需要加载那么它也不会因为绑定而使加载缓慢你不需要从一个缓慢的磁盘驱动器来加载程序或数据ndash绝大部分需要的信息都在FastROM里嵌入式系统大致可定义为ldquo一种不一定是计算机但包含一个处理器的系统rdquo但是不要只集中一个定义上去思考绝大部分嵌入式系统的这些共同特点至少从某种程度上看那是十分有益的1嵌入式系统往往在价格和尺寸上差异较大许多嵌入式系统如PDA或手机都是高容量低成本和低利润的这需要用到尽可能便宜的部件而这通常意味着简单的处理器和小内存RAM和NVRAMflash的使用这将导致嵌入式系统软件牺牲可维护性如可移植性透明度模块化来换取性能的最优化如一个小的引导镜像区一块小RAM空间小周期循环需求日益增加的前期软件开发成本和定期保养费用摊销在大批量销售上并被日新月异的较便宜组件构成的硬件优化节省了成本许多其它的嵌入式系统价格方面虽然不是主要考虑的因素但要考虑到外形的限制或重量等因素需要用最小的器件来满足要求需要再提的是这些性能的优化是以牺牲系统的可维护性为代价的除了在可移植性透明度模块化方面权衡外嵌入式系统还需要使用一种低层次的语言的优化这种语言不是C语言也不是从一个UML模型自动生成的C语言代码比如说用汇编语言而不用C语言或者是用C语言而不是从UML模型自动生成的代码但是这种手工调整通常只适用于在ldquo9010rdquo准则确定下的小部分软件这是主要的性能瓶颈2嵌入式系统通常有电源的限制许多嵌入式系统的运行依靠电池无论是持续供电还是在紧急情况下因此功耗性能在复杂性和可维护性的成本方面是被许多嵌入式系统青睐的许多嵌入式系统的低功耗性能往往是牺牲了复杂性和可维护性为代价的3嵌入式系统往往是实时的从本质上看大多数嵌入式系统在往数据流的反应对流向和通过系统的数据实时做出反应的方向建设实时限制又偏向可维护性方面的性能方向使得系统偏向于性能表现而不是可维护性方面尤其是循环使用嵌入式系统一般包括硬件实时约束和软件实时约束硬件实时约束要求事件在给定的时间内得到处理软件实时约束用于限制事件平均响应时间实时操作系统使用先发制人的优先优先级式调度以确保达到实时要求但需要仔细考虑到执行上下文线程来划分的处理设置执行上下文的相对优先次序并在上下文中管理控制数据流之间执行文本的划分执行文本的优先级设置以及执行文本之间的数据流管理和控制4嵌入式系统经常使用自定义硬件嵌入式系统往往由现成处理器和现成的外围设备相结合而成即使组件可能是标准的但是自定义混合和匹配需要硬件和软件的高度凝聚ndash大多数嵌入式系统的软件都是设备驱动程序的操作系统软件操作系统和设备驱动程序通常会占嵌入式系统软件非常大的比例虽然这种低层次的软件经常是可购买受许可或者可免费使用的但是嵌入式系统中的很大一部分操作系统是内部自定义开发的要么是精确匹配使用中的硬件系统要么是在自定义配置中粘合现成的软件通常嵌入式系统的功能是分布在多个同类处理器和或一个分层次的主从处理器这就需要在处理器的处理任务分配以及处理器之间的程度方式和沟通时间上多加考虑此外许多嵌入式系统利用专门的可编程器件或特定用途集成电路技术因此需要低层次的软件与自定义硬件进行交互5嵌入式系统主要会从视图中隐藏通常是不可视的或对用户透明的从本质上看嵌入式系统通常与他们的ldquo用户rdquo有一个有限的界面实际用户或另一个超级系统的组件因此大多数这种系统的开发是为了满足在建筑规格和高层次的设计开发的各种软件功能规格发展的需要而不是适应用户的需求6嵌入式系统通常具有单片功能大多数嵌入式系统是为了一个初始主要目的而建的它们可以被分解成几个部分并且这些组成部分很可能可以有低跨凝聚力和交叉耦合也就是说每个部分都可以成为一个单独的目的独立服务于不同的目的而且组件之间的相互作用可能只限于少数明确界定的问题然而除非大部分或整体都正常工作否则整个系统将无法运作一个系统需要所有组件运作正常来使得整个系统实现有用的功能性这就是ldquo单片系统rdquo这作为部件功能作用的一个功能在系统功能的非线性方面与其他种类的软件相反那些系统可能当软件完成50的时候系统能够实现50或更多的功能例如建立一个太空探测器进行空间旅行或去其他行星将它们的信息发送回来尽管有许多低级别的空间探测器组件用于定位登陆自展传感和太阳能电池板以及通信每个低层次的响应功能都是涵盖范围广泛而功能整体功能实现不可缺少的组成部分如果有任何一个重要组件缺失即使所有其他的组件都完全正常工作空间探测器还是会出故障手机是另外一个例子手机的所有子功能如用户界面蜂窝基站的选择声码器通信协议等都是实现用户和特定的远程节点间的双向音频信息传递这一整体目标实现双向音频信息的涵盖范围广泛的目标转移中都是的十分重要的方面这与其他软件制度不同如Web服务或桌面工具里这种低层次的响应可能更独立的服务总系统的功能而不是作为一个单片整体不可缺少的部分虽然一个嵌入式系统的软件组件组合成一个单片功能体那些组件本身往往差别很大嵌入式系统经常联合起软件组件进行信号处理运行低级别的设备驱动程序实现IO通信协议引导和控制以及建立用户接口等活动这些专门的组件都需要一个不同的开发技能器7嵌入式系统往往是有限的开发工具和一些有着一整套辅助开发工具的软件制度不同虽然有一些软件制度有一大堆工具来协助软件开发但是嵌入式系统软件的发展更有限开发具有更多的局限性而且经常只使用基本的编译工具这一部分是由于嵌入式系统通常使用自定义硬件这可能没有工具支持且嵌入式系统往往是实时的而且性能受限制难以在调试器的控制下冻结整个执行链也难以在嵌入目标和一个基于主机工作的工具之间进行控制和数据的转换以及捕捉广泛的执行跟踪数据的记录由于适用于嵌入式系统软件开发的商业工具选择很有限许多嵌入式系统项目建设自己的工具用于调试和测试至少是增加与内部工具的商业工具或者至少会在商业工具的基础上改变其内部结构以满足自己的要求8嵌入式系统通常有严格的强度可靠性稳定性鲁棒性要求嵌入式系统通常用在恶劣的环境中和关键任务里使用或用于医疗用途因此嵌入式系统在可靠性上的要求正确处理异常的能力平均无故障工作时间上严格程度远甚于许多其他类型的软件这些又转化到严格的开发流程和测试要求反过来说这也大大增加了发行一个软件版本所需的开销有些类型的嵌入式系统受到一些监管要求的影响而这些要求旨在通过强制软件开发过程来降低故障率或者至少指明哪些文件必须附有嵌入式系统产品此外个别嵌入式系统很难甚至不可能升级固件因此这种系统初始上市的时候必须要有正确的设计9嵌入式系统往往寿命很长嵌入式系统通常可使用多年通常情况下嵌入式系统的支持时间远远超过了原来的软件开发人员流失率这使得它具有完善的理由来阐述嵌入式系统软件这使得保存完善的关于解释嵌入式系统软件的记录变得至关重要特别是因为源代码本身可能由于性能权衡使自身文件的质量受到影响第三课虚拟仪器课文A关于虚拟仪器美国国家仪器有限公司NI在虚拟仪器领域已处于世界领先地位仅去年就销售了600多万台新测量仪器工程师使用虚拟仪器的时间已经超过25年他们将灵活的软件和PC技术应用于测试控制和设计领域从而使精确的模拟和数字测量从直流发展到的交流这篇文章很好地介绍了虚拟仪器并为后续研究提供资料什么是虚拟仪器通过虚拟仪器基于用户需求的软件定义了通用测量和控制硬件功能虚拟仪器将主流商业技术比如PC机与灵活的软件和多种测量控制硬件相结合使得工程师和科学家能根据用户的确切应用需求组成用户自定义系统见图1虚拟仪器能使工程师和科学家减少开发时间设计更优质的产品并降低产品的设计成本模块化I0NI公司在25年前引进了虚拟仪器改变了工程师和科学家们测量以及实现周围世界自动化的方式2004年NI公司在90个国家售出了600多万虚拟仪器信道目前虚拟仪器已经被广泛认可在世界工业领域从汽车到消费者电子仪器再到石油和汽油已有数千个应用领域为什么我们需要虚拟仪器虚拟仪器之所以必要是因为它提供了与今天的理念产品要求相适应的快速检测仪器和过程的设计开发和交付只有采用虚拟仪器工程师和科学家们才能适应不断变化的需求组成由用户定义的设备为了满足不断增长的需求更快地创新理念和交付产品科学家和工程师们求助于先进的电子设备处理器和软件想想大多数现代手机都包含上一代的最新特征包括录音电话薄和文本消息功能新一代的版本则包含了相机MP3播放器蓝牙网络和英特网浏览功能由于软件在这些设备中起到了越来越重要的作用使得先进电子设备功能不断增加成为可能工程师和科学家不用改变硬件就能在设备中增加新功能因此无需进行大成本的硬件重开发便可改进理念和产品并延长了产品寿命和使用缩短了产品交付时间工程师和科学家们可通过软件改进设备功能而不用为具体的工作进一步开发专门的电子设备然而功能的增加也带来了价格的提高功能升级可能会引入了不可预见的交互和错误设备级的软件能快速开发扩展系统功能而设计与测试设备必须为这些功能提供验证工具满足上述需要的唯一方法是仍采用以软件为中心的测试和控制系统虚拟仪器使用高效的软件模块化的IO和商业平台所以对保持与新概念和产品开发速度同步有独特的定位NI公司开发的软件平台LabVIEW是最初的虚拟仪器图形化开发环境它使用标志或者图标加速开发该软件形象地反映了功能可以通过快速调用图块实现功能强化其次虚拟仪器单元是模块化的IO设计成能以任何顺序和数量快速地进行合并来确保虚拟仪器能够监视控制开发中的任何问题工程师和科学家使用优秀的软件来驱动模块化IO能在并行操作中快速存取功能块再者使用商业平台的虚拟仪器单元通常能加强精确同步保证虚拟仪器利用最近的计算机能力和数据传输技术这些因素使

  得虚拟仪器成为一种影响处理器总线等产业技术投资力度的长线技术总之技术创新要求软件加速新概念和产品的开发同时需要仪器快速适应新功能由于虚拟仪器使用了有关软件模块化IO和商业平台使得它具有与目前的概念和产品研发保持同步的独一无二的性能为什么虚拟仪器如此成功虚拟仪器为建立测量和自动化系统提供了一个新模型因此被广泛采用成功的关键包括个人电脑的快速发展激增的低成本高性能数据转换器半导体的开发以及系统设计软件的出现这些因素使得虚拟仪器系统可以具有非常广泛的用户基础特别地PC机的性能在过去的20年间提高了10000x以上见图2虚拟仪器利用PC性能的提高来进行分析测量并解决了新一代PC处理器硬驱动显示和IO总线应用时出现的新问题基于电脑的虚拟仪器能够被成功采纳就得益于这些快速进步以及在学校及早开设电脑技术课程的总体趋势虚拟仪器的另一个动力是高性能低成本的模数转换器ADC和数模转换器DAC的增多例如无线通讯和高清视频等应用持续不断地影响着这些技术而传统的专利转换技术似乎前进得很慢商用半导体技术趋于遵循摩尔氏定律即每18个月性能翻倍虚拟仪器硬件使用这些广泛可行的半导体从而递送到高性能测量前端系统设计软件促进了虚拟仪器的发展这些软件为设计特定仪器系统提供了直观的接口LabVIEW就是这种软件的一个例子LabVIEW的图形开发环境提供了灵活有效的编程语言同时也提供了用于测量和自动化应用的高级功能模块和配置工具程序什么使得NI公司成为虚拟仪器的领导者一言以蔽之答案是软件软件使得工程师和科学家创造用户定义的仪器成为可能处于任何虚拟仪器中心位置的都是灵活的软件NI公司发明了世界最好的虚拟仪器软件平台之一的LabVIEWLabVIEW对信号采集测量分析和数据表达来说是有力的图形开发环境它给予编程语言灵活性而不是传统开发工具的复杂性自从1986年当时NI公司为苹果公司引入LabVIEW很快并不断地吸引工程师和科学家寻求高效强健的编程语言以便在测试控制和设计应用中使用LabVIEW是被数千工程师和科学家钟爱的图形开发环境见图3为满足喜爱基于文本编程的工程师NI也提供了LabWindowsCVI这是一个ANSIC的应用开发环境同时为使用Visual进行虚拟仪器开发提供了工具MeasurementStudio虽然软件是每个虚拟仪器的心脏但是几乎每个虚拟仪器都需要对硬件进行精确测量虚拟仪器软件独立于所选的编程环境所以它必须为系统测量硬件提供出色的综合能力包括LabVIEW在内的NI软件为来自于第三方硬件提供商的千万传感器相机传动装置传统仪器和插入式器件USBPCI等等提供开放式连接2004年NI测量硬件为客户提供了超过6000000的虚拟仪器测量信道从低成本的USB数据采集图像采集和过程控制可视系统到的RF测量再到GPIB总线通讯NI为测量硬件和完善虚拟仪器需要的可扩展的硬件平台提供测量硬件并将它展示给25000多家公司为什么NI区别于其他的虚拟仪器公司在过去的25年里NI公司一直是虚拟仪器的领导者这种领先地位在持续的革新中得以加强和巩固因为NI公司发明和创造了最初的虚拟仪器图形化开发环境LabVIEW它吸引了数千万工程师和科学家构建虚拟设备NI通过理解客户的项目开发需求持续地进行重要的软件革新包括Express技术LabVIEW实时模块和LabVIEWPDA模块以及SignalExpress软件1Express技术NI公司在2003年为LabVIEWLabWindowsCVI和MeasurementStudio创造了Express技术以此减少保存动力和功能时的编码复杂性目前已有超过50的数据采集用户使用DAQ助手简化数据采集任务2LabVIEW实时模块和LabVIEWPDA模块NI公司为使用LabVIEW实时模块时的确定性执行拓展了LabVIEW功能并开发了配套的硬件开发平台以使嵌入式应用程序部署成为现实LabVIEWPDA模块将虚拟仪器和LabVIEW平台拓展到手持式设备3NISignalExpress软件设计和测试工程师要求NI提供能进行交互性测量和数据分析的虚拟仪器软件作为回应NI公司创造了SignalExpress这是可进行探测性测量的拖放式无编程要求的理想环境NI公司除了提供强大的软件微分器外还提供在虚拟仪器公司中最广和最革新的I/O选择为了满足工程师和科学家们不断增加的需求NI不断延伸产品的范围一些NI硬件革新的最近的例子包括USBDAQ设备M系列DAQ设备和NICompactRIO1USBDAQ设备在最近的调查中70%的NI数据采集DAQ客户说他们不久将会购买多功能的USBDAQ那一月NI推出了USB-6008售价145美元这是多功能DAQ的最低价2M系列DAQ设备在2004年底NI发行M系列DAQ产品这帮助它确立了在插入式数据采集中的领导地位这些产品有很多区别于其他产品的特征其中一小部分特征包括第一批18位PCI设备第一批有最大吞吐量的6个DMA信道的PCI数据采集设备和申请专利的设备标准计划3CompactRIO可重构的控制和IONI最具革命性的另一些IO产品是CompactRIO在这些IO平台的中心有了FPGA芯片工程师就能创建自定义硬件并可重复使用LabVIEWFPGA对其进行重定义谁在使用NI虚拟仪器NI客户包括工程师科学家和广泛的工业领域中的专业技术人员从测试DVD录像机到研究先进医学他们使用NI软硬件开发用户定义的仪器更快更低成本地交付各种各样的产品和服务这是一些客户如何使用NI虚拟仪器产品的实例1美联社赛车mdashmdash打造F1刹车钳和制动试验测力机在30多年时间里美联社赛车在刹车钳比赛离合器技术和制造方面一直居于世界领先水平美联社赛车提出的一款独特的新型测力器有显着的优势而使用NIDAQ设备和LabVIEW的虚拟仪器将在这个创新市场中提供必需的灵活性2利盟墨盒电试验利盟国际的爱德科曼说ldquo在基于PC的模型仪器和行业标准软件辅助下我们继续使用现有的测试系统来满足最新的需求这种方式所需的开发时间是最短的将软件升级到NI5122NI6552和LabVIEW7Express后产品的质量和产量得到提高我们用最小的研发代价提高了测试系统的性能rdquo3德州仪器mdashmdash射频和无线元件表征德州仪器TI是最重要的无线亿美元的税收为了使表征过程呈流线型TI利用NITestStand和LabVIEW开发了测试管理和自动化软件使用NI的产品后TI公司在没有降低质量和资源的同时扩展了业务4Drivvenmdashmdash机车引擎控制单元ECU原型在过去的项目中Drivven花费了至少2年的时间和50万美元在自定义硬件上开发ECU制模系统这个项目的设备成本包括摩托和CompactRIO总计15000美元开发时间大约3个月基于FPGA的可重构硬件CompactRIO和LabVIEW实时模型提供了可靠性和精确的定时资源保证系统足够健壮能支持在高温强震环境下作业课文A数字图像处理入门1简介数字图像处理技术仍是程序设计中一个极具挑战性的领域有以下几个原因首先数字图像处理在计算机发展史上出现得相对较晚直到第一个图形操作系统出现后它才真正得以应用其次数字图像处理尤其是实时处理时需要最细致的优化将图像处理与音频处理相比较是提供思路的好方法我们考虑按每秒30次的速度检测一副320times240的32位位图上的所有像素点所必需的内存带宽10Mosec要达到相同的质量标准立体声音频波的实时处理需要44100采样每秒times2字节每采样每信道times2信道176Kosec这要比图像处理少50倍显然我们不能使用相同的技术来处理音频和图像最后因为数字图像处理是一个二维域所以要精心制作一个数字滤波器还是有些复杂的我们将从颜色表示这一基本方法开始探讨一些用于图像处理的现行方法然后是更为先进的卷积矩阵和数字滤波器最后我们概述图像处理的应用这篇文章的目的是让读者对目前的数字图像处理技术有所了解我们既不会深入研究理论也不会研究编码我们更关注的是算法本身也就是方法总之这篇文章应该仅仅用做思想源泉而不是代码之源2一种简单的图像处理方法颜色数据矢量表示a位图在计算机内存中位图是表示数字彩色图像最原始也是最基本的方式位图由一行行的像素组成像素是ldquo图像元素rdquo的缩写每个像素所呈现的颜色都由一个特定的值来决定由三个数字定义该值而这些数字是将颜色分解为三原色红绿蓝后得到的任何一种人眼可见的颜色都由这三种颜色合成三原色由0255之间的值来量化例如白色的值为R255G255B255黑色可表示为RGB000粉红色2550255这就是说一幅图像是一个巨大的二维颜色阵列而每个像素都被编码成3个字节代表三原色这允许图像包含256times256times256个不同的颜色这一技术就是RGB编码特别适用于人类视觉有了照相机和其他的测量仪器我们能看到数以千计的颜色但在这种情况下RGB编码就显得不适用选择0-255作为量化范围有两个很好的理由第一人眼不够敏感难以识别超过256个亮度等级1256的颜色也就是说对于人类观察者而言采用超过256个灰度等级黑白之间的256个灰度级并不能提高图像质量因此256个灰度级足够了第二255这个值便于计算机存储事实上作为计算机的存储单元一个字节最多可以有256个编码值不同于音频信号在时间域中进行编码图像信号的编码是在二维空间域中进行的原始图像数据要比音频信号时域数据更容易理解这就是我们能对图像进行大量填充滤波处理而无需变换原始数据的原因而对于音频信号来说这是不可能的这一部分只需分析原始图像信号做些简单的效果和滤波处理而无需改变原始数据标准维度也叫分辨率一个位图大约有500行500列这一分辨率用于模拟式的电视机和计算机应用你能够很容易地计算出这种尺寸的位图所需的内存空间我们有500times500个像素每一个像素由三个字节进行编码构成750Ko同硬盘大小相比这并不算很大但是当你要实时处理一幅图像时事情就显得很困难事实上流畅地渲染图像需要每秒至少传输30幅图像所需的10Mosec带宽是巨大的我们将注意到RAM中数据访问与传输能力的限制对图像处理影响巨大有时它的影响甚至超过了由于CPU处理能力的限制而带来的影响这与我们习惯的优化思路大不相同值得注意的是使用JPEG2000这样的现代压缩技术可以很容易地将图像大小缩小50倍而不会引起太严重的失真但这是另一课题b颜色的矢量表示正如我们所见在位图中颜色由3字节进行编码来代表其三原色的构成很明显一个数学家会立刻将颜色定义为三维空间矢量三维空间的每条坐标轴代表一种基色因此我们可利用大部分的几何数学概念来表示颜色例如定量内积投影循环或间距我们将在一些滤波器中看到这个极其有趣的想法图1说明了这一新的解释方式滤波器的应用a边缘检测之前我们说过通过计算两个颜色矢量之间的几何距离就能分辨出这两种不同的颜色若给定两种颜色C

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