2022年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解决课文A:数字信号解决简介什么是数字信号解决？数字信号解决，或DSP，如其名称所示，是采用数字方式对信号进行解决。在这种状况下一种信号可以代表多种不同的东西。从历史的角度来讲，信号解决来源于电子工程，信号在这里意味着在电缆或电话线或者也有也许是在无线电波中传播的电子信号。然而，更通用地说，一种信号是一种可代表任何东西--从股票价格到来自于远程传感卫星的数据的信息流。术语“digital”来源于“digit”，意思是数字（代可以用你的手指计数），因此“digital”的字面意思是“数字的，用数字表达的”，其法语是“numerique”。一种数字信号由一串数字流构成，一般（但并非一定）是二进制形式。对数字信号的解决通过数字运算来完毕。数字信号解决是一种非常有用的技术，将会形成21世纪的新的科学技术。数字信号解决已在通信、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。这些领域中的每一种都使得DSP技术得到进一步发展，有该领域自己的算法、数学基本，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也许掌握已发展出的所有的DSP技术。DSP教育涉及两个任务：学习应用数字信号解决的通用原则及学习你所感爱好的特定领域的数字信号解决技术。模拟和数字信号在诸多状况下，所感爱好的信号的初始形式是模拟电压或电流，例如由麦克风或其他转换器产生的信号。在有些状况下，例如从一种CD播放机的可读系统中输出的信号，信号自身就是数字的。在应用DSP技术之前，一种模拟信号必须转换成数字信号。例如，一种模拟电压信号，可被一种称为模数转换器或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。信号解决一般信号需要以多种方式解决。例如，来自于传感器的信号也许被某些没用的电子“噪声”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他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。采用滤波电路解决信号至少可以去掉不需要的信号部分。如今，对信号滤波以增长信号的质量或抽取重要信息的任务越来越多地由DSP技术完毕而不是采用模拟电路完毕。DSP的发展和应用数字信号解决的发展来源于60年代大型数字计算机进行数字解决的应用，如使用迅速傅立叶变换（FFT）可以迅速计算信号的频谱。这些技术在当时并没有被广泛应用，由于一般只有在大学或者其他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。先驱们的摸索工作重要集中在4个核心领域：雷达和声纳，用于保卫国家安全；石油开采，可以赚大量的钱；空间摸索，其中的数据是不能反复产生的；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产生了诸多新的应用。与以往由军方或政府的需求驱动不同，DSP忽然间由商业市场的需求驱动了。任何觉得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年代初期，DSP是电子工程专业的研究生课程，后，DSP成为了本科生课表中的一部分。今天，DSP是诸多领域的科学家及工程师需要掌握的原则技能。DSP可以与此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，她们将在技术界落伍。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。其中的某些扩展应用如图1所示。数字信号解决器(DSPs)20世纪70年代后期及80年代前期微解决器的浮现使得DSP技术在更广泛的范畴内应用成为也许。然而，通用的微解决芯片，如Intel的X86系列用于对数字敏感的DSP应用并不抱负，在20世纪80年代，DSP变得越来越重要，这导致了诸多重要的电子元件制造商（如德州仪器,ADI及摩托罗拉等）开始注重开发数字信号解决器芯片—一种专用的微解决器，具有专为数字信号解决需求操作而设计的系统构造。（这里要注意的是，DSP的缩写可指数字信号解决，这个术语表达广泛应用的用于数字化地解决信号的技术，或者数字信号解决器，一种特殊的微解决芯片）。与通用的微解决芯片同样，一种DSP是一种可编程设备，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，像其他更广为人知的通用微解决器同样，更快更强大的DSP在不断地浮现。DSPs可以被嵌入到其他一般涉及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；通过空间摸索进行智能传感分析医学：诊断图像（CT，MRI，超声波及其他）；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技术所依赖的某些数学理论，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，也许相称复杂，而实际中实现这些数字运算的技术却非常简朴，其涉及的重要运算可由一种便宜的具有加减乘除功能的四则运算器实现。DSP芯片的构造设计使得这些运算的速度快得不可思议，每秒钟可解决上亿次的采样值，从而具有实时性：也就是说，当其解决一种信号时，使之像刚刚采样并输出同样具有实时性。如一种扬声器或一种视频显示。此前所提到的所有的DSP的应用实例，如硬盘驱动器和移动电话，都需要实时操作。重要的电子元件制造商都在DSP技术领域大量投资。由于她们发目前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。目前每年的销售额在10亿美元左右，并且看来会持续迅速增长。DSP的深度犹如你从每个应用中所注意到的同样，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与其他技术学科之间的边界不是非常精确或明拟定义的，而是非常模糊或互相重叠的。如果你想精通DSP，就需要同步学习有关的科学、工程及数学领域的知识。DSP影响的领域1）电信DSP在诸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、滤波以清除电源噪声等。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。复用世界上大概有10亿部电话。只要按下很少的某些按钮，互换网容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。一种连接需要一对线。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播。该技术称为复用。压缩当以8000个采样值/秒的速度对一种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，由一种采样携带的信息与其相邻采样在很大限度上是反复的。诸多DSP算法用于将数字化的语音转换成需要较少的bits/sec的数据流，这称为数据压缩算法。相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辨别优劣。一般来说，这些算法可以使数据率从64kb/sec减少到32kb/s而不会导致话音质量的损失。回声控制回声是长距离电话连接中的一种严重的问题。当你对一种电话发言时，一种代表你声音的信号会被传播到所连接的接受端，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样短时间延迟的回声，连接听起来相称正常。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，这是相称让人讨厌的。数字信号解决技术通过测量返回信号，并产生一种相应的相反信号以抵消这些令人讨厌的回声来解决此类问题。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。语音解决人类的两个最基本的感观是视觉和听觉。相应地，许多DSP是与图像及声音解决有关的。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。音乐从音乐家的麦克风到高保真音响之间的距离是相称长的。用数字信号代表数据是很重要的，目的是避免模拟话音存储及解决中常有的话音衰退现象。这与任何一种人将磁带的声音质量与CD的声音质量进行对比的成果是同样的。一种典型的场景是，一段音乐在录音棚中是通过不同的声道进行录制的。有些状况下，这甚至涉及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后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，涉及:滤波、信号附加及截断、信号编辑等。在音乐合成中DSP最有趣的一种应用是人工回放。如果各个信道仅仅是简朴地叠加在一起，最后听到的音乐是脆弱无力的，就犹如音乐家在门外演奏同样。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同样的环境，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。话音产生话音产生和辨认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以便。有两种计算机产生话音的方式：数字录音或声道仿真。语音辨认对人类声音的自动辨认要比话音产生难得多。数字信号解决一般通过两步解决话音辨认的问题：特性抽取及特性匹配。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。一般，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止的话音；对每个说话的人都需要重新学习。图像解决图像是具有特殊特点的信号。一方面，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。另一方面，图像涉及了大量的信息。例如，存储一秒钟的电视图像需要10M的空间。这要比同样长度的话音信号大1000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原则来判断。这些特殊的特点使得图像解决成为DSP中非常独特的一种子集。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种全新分支。它是对老式不可顾客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。嵌入式系统是一种有专用用途的计算机，嵌入在设备的内部。例如，微波炉中就具有一种嵌入式系统，它接受来自面板的输入，进而控制液晶显示屏进行显示，控制加热元件的开关以煮熟食物。嵌入式系统一般采用微控制器，这种微控制器是一种单一器件，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渐扩大，由于工程师们结识到许多其她工程项目也可受益于嵌入式系统技术。目前，到处均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，在任何状况下，我们都将很难再找到一种机械设备没有或多或少以某种形式波及到嵌入式系统。嵌入式系统分不同的级别。电脑玩具和厨房用品只是嵌入式系统的非常简朴的体现形式。许多更复杂的医疗设备具有更强大的功能，事实上其受益于使用了不止一种嵌入式系统。虽然这意味着我们在平常生活中随手拿来用的某些设备一般会变得更便捷、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。但同步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有关。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……你走进你的车并用钥匙发动。你需要用到贮物箱的一种3.5英寸软盘，把它插到仪表盘上的插槽里，拍打方向盘，直到操作系统不久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。在上班路上你想听某些音乐，那你就往播放机里输入CD程序，等待表白播放器的数字信号解决器已经准备就绪的绿灯闪烁，然后放入拥有嵌入式系统......你不需要老式的顾客界面来决定运营哪些程序，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，那些需要协助运转工作的应当已经被加载完毕了（尽管某些新型的移动电话可如下载其她的程序）你不必挥霍时间等待O/S的加载-如果需要加载，那么它也不会由于绑定而使加载缓慢。你不需要从一种缓慢的磁盘驱动器来加载程序或数据–绝大部分需要的信息都在FastROM里。嵌入式系统大体可定义为“一种不一定是计算机，但涉及一种解决器的系统”。但是不要只集中一种定义上，去思考绝大部分嵌入式系统的这些共同特点，至少从某种限度上看，那是十分有益的。嵌入式系统，往往在价格和尺寸上差别较大。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。这需要用到尽量便宜的部件，而这一般意味着简朴的解决器和小内存（RAM和NVRAM/flash）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（如一种小的引导镜像区、一块小RAM空间、小周期循环需求）。日益增长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。许多其他的嵌入式系统价格方面虽然不是重要考虑的因素，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规定。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，也不是从一种UML模型自动生成的C语言代码。（例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，这种手工调节一般只合用于在“90/10”准则拟定下的小部分软件，这是重要的性能瓶颈。

2）嵌入式系统一般有电源的限制。许多嵌入式系统的运营依托电池，无论是持续供电还是在紧急状况下。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）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映（对流向和通过系统的数据实时做出反映的）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体现而不是可维护性方面)（特别是循环使用）。嵌入式系统一般涉及硬件实时约束和软件实时约束。硬件实时约束规定事件在给定的时间内得到解决；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，以保证达到实时规定，但需要仔细考虑到执行上下文（线程）来划分的解决，设立执行上下文的相对优先顺序，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立以及执行文本之间的数据流管理和控制。）嵌入式系统常常使用自定义硬件。嵌入式系统，往往由现成解决器和现成的外围设备相结合而成。虽然组件也许是原则的，但是自定义混合和匹配需要硬件和软件的高度凝聚–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一般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常常是可购买，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，要么是在自定义配备中粘合现成的软件。一般，嵌入式系统的功能是分布在多种同类解决器和/或一种分层次的主/从解决器。这就需要在解决器的解决任务分派以及解决器之间的限度、方式和沟通时间上多加考虑。此外，许多嵌入式系统运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。嵌入式系统重要会从视图中隐藏（一般是不可视的或对顾客透明的）从本质上看，嵌入式系统一般与她们的“顾客”有一种有限的界面（实际顾客或另一种超级系统的组件）。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多种软件功能规格发展的需要，而不是适应顾客的需求。嵌入式系统一般具有单片功能。大多数嵌入式系统是为了一种初始（重要）目的而建的。它们可以被分解成几种部分，并且这些构成部分很也许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种单独的目的（独立服务于不同的目的），并且组件之间的互相作用也许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。一种系统需要所有组件运作正常来使得整个系统实既有用的功能性，这就是“单片系统”。这作为部件功能作用的一种功能在系统功能的非线性方面与其她种类的软件相反，那些系统也许当软件完毕50%的时候系统可以实现50%或更多的功能。例如，建立一种太空探测器进行空间旅行或去其她行星将它们的信息发送回来。尽管有许多低档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）都是涵盖范畴广泛而功能（整体功能实现）不可缺少的构成部分。如果有任何一种重要组件缺失，虽然所有其她的组件都完全正常工作，空间探测器还是会出故障。手机是此外一种例子，手机的所有子功能，如顾客界面，蜂窝基站的选择，声码器，通信合同等都是实现顾客和特定的远程节点间的双向音频信息传递这一整体目的实现（双向音频信息的涵盖范畴广泛的目的转移中都是）的十分重要的方面。这与其她软件制度不同，如Web服务或桌面工具里，这种低层次的响应，也许更独立的服务总系统的功能，而不是作为一种单片整体不可缺少的部分。虽然一种嵌入式系统的软件组件组合成一种单片功能体，那些组件自身往往差别很大。嵌入式系统常常联合起软件组件进行信号解决、运营低档别的设备驱动程序、实现I/O通信合同、引导和控制，以及建立顾客接口等活动。这些专门的组件都需要一种不同的开发技能器。嵌入式系统往往是有限的开发工具。（和某些有着一整套辅助开发工具的软件制度不同）虽然有某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），并且常常只使用基本的编译工具。这一部分是由于嵌入式系统一般使用自定义硬件，这也许没有工具支持，且嵌入式系统往往是实时的并且性能受限制，难以在调试器的控制下冻结整个执行链，也难以在嵌入目的和一种基于主机工作的工具之间进行控制和数据的转换，以及捕获广泛的执行跟踪数据的记录。由于合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，至少是增长与内部工具的商业工具（或者至少会在商业工具的基本上变化其内部构造以满足自己的规定）。嵌入式系统一般有严格的强度（可靠性、稳定性、鲁棒性）规定。嵌入式系统一般用在恶劣的环境中和核心任务里使用，或用于医疗用途。因此，嵌入式系统在可靠性上的规定，对的解决异常的能力，平均无端障工作时间上严格限度远甚于许多其她类型的软件。这些又转化到严格的开发流程和测试规定。反过来说，这也大大增长了发行一种软件版本所需的开销。有些类型的嵌入式系统受到某些监管规定的影响，而这些规定旨在通过强制软件开发过程来减少故障率，或者至少指明哪些文献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也许升级固件，因此这种系统初始上市的时候必须要有对的的设计。嵌入式系统往往寿命很长。嵌入式系统一般可使用近年。一般状况下，嵌入式系统的支持时间远远超过了本来的软件开发人员流失率。这使得它具有完善的理由来论述嵌入式系统软件，（这使得保存完善的有关解释嵌入式系统软件的记录变得至关重要，特别是由于源代码自身也许由于性能权衡使自身文献的质量受到影响。第三课虚拟仪器课文A：有关虚拟仪器美国国家仪器有限公司（NI）在虚拟仪器领域已处在世界领先地位，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，她们将灵活的软件和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2.7GHz的交流。这篇文章较好地简介了虚拟仪器，并为后续研究提供资料。什么是虚拟仪器？通过虚拟仪器，基于顾客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，例如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顾客的确切应用需求构成顾客自定义系统（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，并减少产品的设计成本。模块化I/0NI公司在25年前引进了虚拟仪器，变化了工程师和科学家们测量以及实现周边世界自动化的方式。，NI公司在90个国家售出了600模块化I/0为什么我们需要虚拟仪器？虚拟仪器之因此必要，是由于它提供了与今天的理念、产品规定相适应的迅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干适应不断变化的需求，构成由顾客定义的设备。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、解决器和软件。想想大多数现代手机都涉及上一代的最新特性，涉及录音、电话薄和文本消息功能。新一代的版本则涉及了相机、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长成为也许。工程师和科学家不用变化硬件就能在设备中增长新功能，因此无需进行大成本的硬件重开发便可改善理念和产品，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善设备功能，而不用为具体的工作进一步开发专门的电子设备。然而，功能的增长也带来了价格的提高。功能升级也许会引入了不可预见的交互和错误。设备级的软件能迅速开发、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措施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I/O和商业平台，因此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，可以通过迅速调用图块实现功能强化。另一方面，虚拟仪器单元是模块化的I/O，设计成能以任何顺序和数量迅速地进行合并来保证虚拟仪器可以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I/O，能在并行操作中迅速存取功能块。再者，使用商业平台的虚拟仪器单元一般能加强精确同步，保证虚拟仪器运用近来的计算机能力和数据传播技术。这些因素使得虚拟仪器成为一种影响解决器、总线等产业技术投资力度的长线技术。总之，技术创新规定软件加速新概念和产品的开发，同步需要仪器迅速适应新功能。由于虚拟仪器使用了有关软件、模块化I/O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种新模型，因此被广泛采用。成功的核心涉及个人电脑的迅速发展；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浮现。这些因素使得虚拟仪器系统可以具有非常广泛的顾客基本。特别地，PC机的性能在过去的间提高了10000x以上（见图2）。虚拟仪器运用PC性能的提高来进行分析测量，并解决了新一代PC解决器、硬驱动、显示和I/O总线应用时浮现的新问题。基于电脑的虚拟仪器可以被成功采纳就得益于这些迅速进步，以及在学校及早开设电脑技术课程的总体趋势。虚拟仪器的另一种动力是高性能、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。而老式的专利转换技术似乎迈进得很慢，商用半导体技术趋于遵循摩尔氏定律，即每18个月性能翻番。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。系统设计软件增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就是这种软件的一种例子。LabVIEW的图形开发环境提供了灵活、有效的编程语言，同步也提供了用于测量和自动化应用的高档功能模块和配备工具程序。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发明顾客定义的仪器成为也许。处在任何虚拟仪器中心位置的都是灵活的软件，NI公司发明了世界最佳的虚拟仪器软件平台之一的LabVIEW。LabVIEW对信号采集、测量分析和数据体现来说是有力的图形开发环境，它予以编程语言灵活性，而不是老式开发工具的复杂性。自从1986年，当时NI公司为苹果公司引入LabVIEW，不久并不断地吸引工程师和科学家谋求高效、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）。为满足爱慕基于文本编程的工程师，NI也提供了LabWindows/CVI，这是一种ANSIC的应用开发环境，同步为使用VisualStudio.NET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，因此它必须为系统测量硬件提供杰出的综合能力，涉及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、老式仪器和插入式器件（USB，PCI等等）提供开放式连接。，NI测量硬件为客户提供了超过6，000，000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2.7GHz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区别于其她的虚拟仪器公司？在过去的25年里，NI公司始终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。由于NI公司发明和发明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，涉及Express技术，LabVIEW实时模块和LabVIEWPDA模块以及SignalExpress软件。Express技术NI公司在为LabVIEW，LabWindows/CVI和MeasurementStudio发明了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%的数据采集顾客使用DAQ助手简化数据采集任务。LabVIEW实时模块和LabVIEWPDA模块NI公司为使用LabVIEW实时模块时的拟定性执行拓展了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。NISignalExpress软件设计和测试工程师规定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公司发明了SignalExpress，这是可进行探测性测量的拖放式、无编程规定的抱负环境。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长的需求，NI不断延伸产品的范畴。某些NI硬件革新的近来的例子，涉及USBDAQ设备，M系列DAQ设备和NICompactRIO：USBDAQ设备在近来的调查中，70％的NI数据采集（DAQ）客户说她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。M系列DAQ设备在底，NI发行M系列DAQ产品，这协助它确立了在插入式数据采集中的领导地位。这些产品有诸多区别于其她产品的特性，其中一小部分特性涉及第一批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原则筹划。CompactRIO可重构的控制和I/ONI最具革命性的另某些I/O产品是CompactRIO。在这些I/O平台的中心有了FPGA芯片，工程师就能创立自定义硬件并可反复使用LabVIEWFPGA对其进行重定义。谁在使用NI虚拟仪器？NI客户涉及工程师，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，她们使用NI软硬件开发顾客定义的仪器，更快更低成本地交付多种各样的产品和服务。这是某些客户如何使用NI虚拟仪器产品的实例：美联社赛车——打造F1刹车钳和制动实验测力机在30近年时间里，美联社赛车在刹车钳、比赛离合器技术和制造方面始终居于世界领先水平。美联社赛车提出的一款独特的新型测力器有明显的优势，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。利盟墨盒电实验利盟国际的爱德科曼说：“在基于PC的模型仪器和行业原则软件辅助下，我们继续使用既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NI5122，NI6552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。”德州仪器——射频和无线元件表征德州仪器（TI）是最重要的无线IC提供商之一，有接近40亿美元的税收。为了使表征过程呈流线型，TI运用NITestStand和LabVIEW开发了测试、管理和自动化软件。使用NI的产品后，TI公司在没有减少质量和资源的同步扩展了业务。Drivven——机车引擎控制单元（ECU）原型在过去的项目中，Drivven耗费了至少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（涉及摩托和CompactRIO）总计1，5000美元，开发时间大概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期资源，保证系统足够强健，能支持在高温强震环境下作业。课文A：数字图像解决入门1.简介数字图像解决技术仍是程序设计中一种极具挑战性的领域，有如下几种因素。一方面，数字图像解决在计算机发展史上浮现得相对较晚，直到第一种图形操作系统浮现后，它才真正得以应用。另一方面，数字图像解决特别是实时解决时需要最细致的优化。将图像解决与音频解决相比较是提供思路的好措施。我们考虑按每秒30次的速度检测一副320×240的32位位图上的所有像素点所必需的内存带宽：10Mo/sec。要达到相似的质量原则，立体声音频波的实时解决需要44100（采样每秒）×2（字节每采样每信道）×2（信道）=176Ko/sec，这要比图像解决少50倍。显然，我们不能使用相似的技术来解决音频和图像。最后，由于数字图像解决是一种二维域，因此要精心制作一种数字滤波器还是有些复杂的。我们将从颜色表达这一基本措施开始，探讨某些用于图像解决的现行措施。然后是更为先进的卷积矩阵和数字滤波器。最后，我们概述图像解决的应用。这篇文章的目的是让读者对目前的数字图像解决技术有所理解。我们既不会进一步研究理论，也不会研究编码；我们更关注的是算法自身，也就是措施。总之，这篇文章应当仅仅用做思想源泉而不是代码之源。2.一种简朴的图像解决措施2.1颜色数据：矢量表达a.位图在计算机内存中，位图是表达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构成，像素是“图像元素”的缩写。每个像素所呈现的颜色都由一种特定的值来决定。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0~255之间的值来量化。例如，白色的值为R=255，G=255，B=255；黑色可表达为（R，G，B）=（0,0,0）；粉红色：（255,0,255）。这就是说，一幅图像是一种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。这容许图像涉及256×256×256=16800000个不同的颜色。这一技术就是RGB编码，特别合用于人类视觉。有了照相机和其她的测量仪器，我们能看到数以千计的颜色，但在这种状况下，RGB编码就显得不合用。选择0-255作为量化范畴有两个较好的理由：第一，人眼不够敏感，难以辨认超过256个亮度级别（1/256=0.39%）的颜色。也就是说，对于人类观测者而言，采用超过256个灰度级别（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，一种字节最多可以有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、滤波解决而无需变换原始数据的因素，而对于音频信号来说，这是不也许的。这一部分只需分析原始图像信号，做些简朴的效果和滤波解决而无需变化原始数据。原则维度也叫辨别率。一种位图大概有500行，500列。这一辨别率用于模拟式的电视机和计算机应用。你可以很容易地计算出这种尺寸的位图所需的内存空间。我们有500×500个像素，每一种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，但是当你要实时解决一幅图像时，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播30幅图像，所需的10Mo/sec带宽是巨大的。我们将注意到，RAM中数据访问与传播能力的限制对图像解决影响巨大，有时它的影响甚至超过了由于CPU解决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似。值得注意的是，使用JPEG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.颜色的矢量表达正如我们所见，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，一种数学家会立即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，我们可运用大部分的几何数学概念来表达颜色，例如定量，内积，投影，循环或间距。我们将在某些滤波器中看到这个极其有趣的想法。图1阐明了这一新的解释方式：2.2滤波器的应用a.边沿检测之前我们说过，通过计算两个颜色矢量之间的几何距离就能辨别出这两种不同的颜色。若给定两种颜色C1=（R1，G1，B1）和C2=（R2，G2，B2），它们之间的距离可由如下公式得到：D（C1，C2）=第一种滤波器：边沿检测。边沿检测的目的是拟定图片中不同形状的边沿位置，并将成果绘制成位图，例如可以在黑色背景上用白色表达边沿。这种措施非常简朴；我们依次检测图像中的每个像素，并与其右邻、底邻比较颜色。如果其中一种成果差别很大，那么所研究的像素就是边沿的一部分，则变为白色，反之则是黑色。我们把每个像素和它的右邻、底邻相比较是由于图像是二维的。事实上，如果你想象一幅图像只有可选的红色和蓝色横向条纹，若只将某像素点和它的右邻相比较，就不也许测得这些条纹的边沿。因此，必须对每个像素点进行右邻、底邻的比较。这种算法已经在不同类型的源图像中做了测试，得到了较好的成果。但频繁的内存访问使得该算法的运算速度十分有限。两个平方根可以很容易地通过平方比较成果去掉；然而，颜色的提取质量不容易提高。如果我们假设最长的运算是获得像素函数和放置像素函数，得到的多项式复杂度为4*N*M，这里N代表行值，M代表列值。 在实时计算中这是不够快的。对于一种300×300×32的图像，在AthlonXP1600+解决器上，每秒只能完毕大概26次转换，的确很慢。下图是应用该算法解决一种实例图像的成果：图2边沿检测成果对该算法所得成果的解释是：成果的质量取决于源图像的锐度。如果源图像的边沿锐度大，则成果很完美。但如果原始图很模糊，你就得先用锐度滤波器解决一下，稍后我们会对此做具体简介。另一种要说的是，你可以把每个像素和它右侧、底部的第二个或第三个近来的像素相比较而不是近来的像素比较。根据源图像的锐度，边沿将变得更粗且更精确。最后我们将看到另一种使用矩阵卷积进行边沿检测的措施。b.颜色提取像素比较的另一种直接应用是颜色提取。我们打算将每个像素和一种给定的颜色C1相比较而不是和它相邻的部分比较。该算法将尝试检测出图像里所有含C1颜色的对象。例如，这一算法在机器人技术中相称有用。它能让你从图像流中搜索出一种特定的颜色。然后，打个比方，你可以让机器人过去拿到一种红球。我们将调用这种参照色C0=（R0，G0，B0），在图像中进行搜寻。再一次，虽然可以很容易地去掉平方根，也不能有效提高算法的运算速度。真正减少循环速度的是N×M次访问内存以获得像素，并放置像素。这决定了算法的复杂度：2×N×M，N和M各自代表位图中的行值和列值。在我的计算机上针对300×300×32的原始位图测得的有效速度大概是每秒40次转换。c.颜色与灰度转换对于3D彩色空间，灰度值由（1，1，1）向量来直接表达。事实上，灰色阴影的红、绿、蓝三个分量值是相等的，因此它们的构成必须是（n，n，n），n是0到255之间的整数（例如：（0,0,0）黑色，（32,32,32）黑灰，（128,128,128）中灰，（192,192,192）亮灰，（255,255,255）白色等）。目前该算法的思想是找到一种颜色在（1，1，1）向量中的重要性。我们使用标量投影达到此目的。一种颜色向量C=（R，G，B）在向量（1,1,1）上的投影计算如下：然而，投影值可以达到441.67，即白色（255,255,255）的原则。为避免数值超过255，我们将投影值乘以一种因子255/441.67=1/sqrt(3)。因此，公式可事实上，将颜色转化为灰度值就相称于对该像素的红、绿、蓝三个分量取平均值。你也可以将（R3）公式用于其她颜色度的转换中。例如你可以选择红度图像，红度（C）=R，或是黄度图像，黄度（C）=（G+B）/sqrt(6)等等。我们不也许通过优化该算法来减少算法的复杂度，但是我们可以从研究的像素数目N×M来获得计算复杂度，其中（N，M）表达位图的辨别率。它在我计算机上执行的时间和此前的算法相似，大概每秒35次转换。3.结论数字图像解决并不是简朴地将音频信号解决规则转换到二维空间中。图像信号有其特有的属性，因此我们必须用特殊的措施来解决。例如，迅速傅里叶变换合用于音频解决，但对图像解决没有用。相反地，在图像解决中，能很容易地直接设计出数字滤波器，而不需要任何信号的转换。数字图像解决已经成为了现代信号技术的热点领域。它的应用已远远超过简朴的美学考虑，涵盖了医学影像、电视和多媒体信号、安全、便携式数字设备、视频压缩，甚至数字电影等领域。我们已经掌握了图像解决中的某些基本概念，但尚有诸多内容有待进一步挖掘。如果你刚开始研究这个课题，我但愿本文能使你对其有所理解，并赋予你继续研究下去的动力。第六课现代通信技术课文A:蓝牙蓝牙无线技术是一种小范畴无线通信技术，旨在保持高安全级的基本上，在便携式设备与固定设备之间实现无线连接。蓝牙技术的核心特性是强健、低功耗、低成本。蓝牙规范定义了多种设备进行互连通信的统一构造。蓝牙技术已在全世界使用，因此在世界各地，任何一台支持蓝牙功能的设备都可以和邻近使用蓝牙的设备连接。支持蓝牙的电子设备通过小范畴的对等网络，即所谓的微微网实现无线连接与通信，在一种微微网中，每个设备能同步与其她7个设备实现通信。当蓝牙设备进入或离开无线邻近范畴时，微微网就自动地动态建立。基本的蓝牙无线技术具有同步进行数据和声音传播的能力。这使得顾客可以享有诸如免提语音通话、打印和传真功能、同步掌上电脑、笔记本电脑和移动电话等多种创新型应用。核心系统蓝牙规范将蓝牙核心系统定义为一种一般的服务层合同，这个服务层覆盖了七层合同的下四层。通用访问应用（GAP）定义了服务发现层合同（SDP）和所需要的通用合同子集。完整的蓝牙应用需要蓝牙规范中定义的诸多附加服务和高层合同。最低的三层有时构成一种子系统，即蓝牙控制器。这是一种常用的实行方式，波及在蓝牙控制器和涉及逻辑信道控制和适配合同、设备层和高层（所谓蓝牙主机）在内的其她蓝牙系统之间的原则的物理接口的通信。虽然该接口是可选的，但构造的设计考虑了它的意义及特性。蓝牙规范通过定义对等层的合同信息的互换，保证独立蓝牙系统之间的互通性，并通过定义蓝牙控制器和蓝牙主机间的通用接口保证了独立蓝牙子系统的互通性。这里列出了大量的功能块和功能块间服务及数据的途径。图表里显示的功能块提供了大量的信息，总体上蓝牙规范除了在需要实现互通性的地方外并没有定义具体的实现。人们定义了设备间操作的原则交互，用于设备间操作的蓝牙设备根据蓝牙规范互换合同信令。蓝牙核心系统合同涉及射频（RF）合同、链路控制（LC）合同、连接管理(LM)合同、逻辑链路控制和适配合同(L2CAP)，所有这些合同都是由蓝牙规范定义的。此外，SDP合同是所有蓝牙应用必备的服务层合同。蓝牙核心系统通过许多服务接入点提供服务，如图表中的椭圆所示。这些服务由控制蓝牙核心系统的基本服务原语构成。它们可分为三种类型：其中设备控制服务用于改善蓝牙设备的性能和模式；传播控制设备则创立、修改和释放（信道和链路上的）承载业务；数据服务则为基于承载业务的传播提供数据。一般觉得前两者属于控制平面类，最后一项属于顾客平面类。蓝牙控制器子系统的服务接口定义为蓝牙控制器的原则构成部分。在这种配备中，蓝牙控制器对底下的三层以及主系统中其他蓝牙应用的L2CAP层进行操作。此原则接口称为主机到控制器的接口（HCI），它的实行与否是可选择的。由于蓝牙架构是在