數(shù)字信號處理第一章緒論課件

數(shù)字信號處理DigitalSignalProcessing若干概念

通信想要傳送的對象。如語音、圖像、文字等。

消息的有效內(nèi)容。不同消息可有相同內(nèi)容。

攜帶了消息（信息）的某種物理量，以其為載體。如電信號、光信號等。

分析隨時間變化的物理過程的科學(xué)，對信號進(jìn)行所需的變換，使之便于分析識別和利用。消息：信息：信號：課程概況信號處理：課程概況若干概念（續(xù)）

狀態(tài)連續(xù)變化的消息。

消息的狀態(tài)數(shù)是有限的，或消息狀態(tài)是離散型的。消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體——電信號來實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。按信號參量的取值方式不同可把信號分為兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。信號的某參量取值是連續(xù)或離散的。yyttttyy

模擬信號數(shù)字信號連續(xù)時間信號離散時間信號連續(xù)消息（模擬消息）：離散消息（數(shù)字消息）：模擬信號、數(shù)字信號：先修課程：高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、信號與系統(tǒng)課程概況

32學(xué)時（含8個上機(jī)學(xué)時）考核方法：平時成績（作業(yè)、考勤）占30%考試占70%（閉卷）后續(xù)課程：語音信號數(shù)字處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字視頻處理數(shù)字信號處理器系統(tǒng)本課程較難，學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理和學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)一樣，沒有平坦的大路，唯一辦法是仔細(xì)研究。如果你理解得比較慢，就將它們多讀幾遍和多參考資料。

如果堅持下去，“失敗是不可能的”。參考書：

《數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》SanjitK.Mitra著，孫洪、余翔宇譯

電子工業(yè)出版社

《離散時間信號處理（第2版）》A.V.奧本海姆等著，劉樹棠、黃建國譯

西安交通大學(xué)出版社《數(shù)字信號處理（原書第2版）》RichardG.Lyons著，朱光明等譯

機(jī)械工業(yè)出版社

《數(shù)字信號處理教程（第二版）》程佩青著，清華大學(xué)出版社

《數(shù)字信號處理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》趙健等編著，清華大學(xué)出版社

《數(shù)字信號處理（全美經(jīng)典學(xué)習(xí)指導(dǎo)系列）》M.H.海因斯著，張建華等譯

科學(xué)出版社《數(shù)字信號處理教程習(xí)題分析與解答(第二版)》程佩青著，清華大學(xué)出版社課程概況課程概況網(wǎng)絡(luò)資源：高校精品課程網(wǎng)站，國家級：東南大學(xué)電子科技大學(xué)華南理工大學(xué)武漢理工大學(xué)國防科技大學(xué)（信號處理與系統(tǒng)）省級：……1、信號

信號：信息的物理表現(xiàn)形式；傳遞信息的函數(shù)

信號的分類：

-周期信號/非周期信號-確定信號/隨機(jī)信號-能量信號/功率信號-連續(xù)時間、離散時間信號/模擬、數(shù)字信號第1章緒論2、系統(tǒng)

系統(tǒng)：將信號進(jìn)行處理（或變換）以達(dá)到人們要求的各種設(shè)備。系統(tǒng)可以是硬件的，也可以是軟件編程實(shí)現(xiàn)的。

系統(tǒng)的分類（按所處理的信號種類不同分類）：

-連續(xù)時間信號系統(tǒng)-離散時間信號系統(tǒng)-模擬信號系統(tǒng)-數(shù)字信號系統(tǒng)第1章緒論3、信號處理

信號處理的分類：CRxa(t)ya(t)延時x(n)y(n)a-模擬信號處理-數(shù)字信號處理第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程模擬信號第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程前置模擬低通濾波器。它的作用是對模擬信號xa(t)進(jìn)行預(yù)處理，改善信號的帶限性能，有利于后續(xù)的采樣，具有抗混疊作用。第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程濾波后的模擬信號第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程T為均勻采樣間隔第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程ADC是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是對采樣后的信號進(jìn)行幅度二進(jìn)制量化，使信號變成離散的二進(jìn)制數(shù)x(n)。第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程H(z)表示一個DSP系統(tǒng)，完成對x(n)的處理。第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程Hr(s)表示一個模擬低通濾波器，它的作用是平滑DAC的輸出，濾除DAC引起的高頻噪聲。第1章緒論在如圖所示的處理系統(tǒng)中，H(z)是核心環(huán)節(jié)，數(shù)字信號處理研究的主要任務(wù)是在理論上建立一套描述x(n),y(n)和H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。

圖1.1用數(shù)字方法處理模擬信號的過程第1章緒論數(shù)字信號處理的特點(diǎn)：精度高靈活性好可靠性高便于大規(guī)模集成復(fù)用性強(qiáng)多維處理第1章緒論2．靈活性好

用DSP系統(tǒng)完成一個信號處理功能時，可以通過軟件方便地調(diào)整和改變系統(tǒng)的性能，控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，體現(xiàn)了系統(tǒng)的可編程性。另外，可以在實(shí)驗(yàn)室對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行硬件和軟件仿真模擬，以估計整個系統(tǒng)的質(zhì)量。第1章緒論

3．

可靠性高

DSP系統(tǒng)大多是由CPU、存儲器和I/O接口器件等數(shù)字集成電路器件構(gòu)成，受環(huán)境因素的影響相對模擬器件要小得多，可編程系統(tǒng)還可以采用許多抗干擾方法，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。第1章緒論

4．

便于大規(guī)模集成

DSP系統(tǒng)主要由中大規(guī)模集成電路等器件構(gòu)成，便于大規(guī)模集成和生產(chǎn)，可大大降低生產(chǎn)成本，特別是在處理極低頻率的信號時，體積重量不受影響，比模擬系統(tǒng)要優(yōu)越許多。第1章緒論6．

多維處理

DSP系統(tǒng)可以配備大容量的外部存儲器，可以將多幀圖像或多路傳感器信號存儲起來，實(shí)現(xiàn)二維或多維信號的處理。例如：激光影碟機(jī)、醫(yī)用CT等圖像處理設(shè)備就是依靠DSP系統(tǒng)完成了復(fù)雜圖像編碼、壓縮和解碼以及掃描成像等處理。第1章緒論第1章緒論三、數(shù)字信號處理的發(fā)展史?理論、快速算法傅立葉拉普拉斯圖基認(rèn)識一位巨人的研究方法，對于科學(xué)的進(jìn)步，……并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處?？茖W(xué)研究的方法經(jīng)常是極富興趣的部分。第1章緒論?電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路?DSP器件?DSP技術(shù)的應(yīng)用四、數(shù)字信號處理的應(yīng)用

數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用，目前正以驚人的速度向前發(fā)展，毫無停滯的跡象。隨著數(shù)字器件的成本降低、體積縮小及運(yùn)算速度的提高，特別是高速A/D器件和高速DSP芯片的廣泛使用，使得它的應(yīng)用前景更加廣闊。

第1章緒論數(shù)字信號處理的典型應(yīng)用：通用DSP：數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、希爾伯特變換、FFT、信號發(fā)生器等；語音：語音通信、語音編碼、識別、合成、增強(qiáng)、文字—語音自動翻譯等；圖像圖形：機(jī)器人視覺，圖像傳輸/壓縮，圖像識別、增強(qiáng)和恢復(fù)、斷層掃描成像等；控制：磁盤控制器、機(jī)器人控制、激光打印機(jī)、電機(jī)控制、卡爾曼濾波等；第1章緒論軍事：雷達(dá)、保密通信、聲納、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、傳感器融合等；電訊/通信：回聲抵消、調(diào)制解調(diào)器、蜂窩電話、個人通信、視頻會議、自適應(yīng)均衡、編碼/譯碼、GPS等；汽車：自動駕駛控制、故障分析、導(dǎo)航、汽車音響等；消費(fèi)：數(shù)字音響/電視、MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、音樂綜合器等。

第1章緒論五、數(shù)字信號處理的研究內(nèi)容

數(shù)字信號處理的研究內(nèi)容一般可以分為3大類：一維DSP，多維DSP和DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。一維DSP主要研究一維離散時間信號和系統(tǒng)，是數(shù)字信號處理最重要、最基本的研究內(nèi)容。多維DSP主要研究二維圖像、陣列傳感器離散信號和系統(tǒng)，屬較深的研究內(nèi)容。第3類研究內(nèi)容屬應(yīng)用。第1章緒論

DSP的理論主要包括：（1）模擬信號的采樣（A/D變換、采樣理論、量化噪聲分析等）；（2）離散信號分析（時域及頻域分析、傅里葉變換、Z變換、希爾伯特變換等）；（3）離散系統(tǒng)分析與綜合（離散系統(tǒng)描述、因果及穩(wěn)定性、線性非時變系統(tǒng)、卷積、系統(tǒng)頻率響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)、數(shù)字濾波器設(shè)計等）；（4）信號處理的快速算法（FFT、快速卷積與相關(guān)）；（5）信號處理的特殊算法（抽取、插值、奇異值分解、反卷積、投影與重建等）。第1章緒論

（1）在通用計算機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)