數(shù)字信號(hào)課件（鄭楚君）第1章緒論(沖突時(shí)的文件備份2013-11-23 11-14-10)

1數(shù)字信號(hào)處理

DigitalSignalProcessing2信號(hào)、系統(tǒng)與信號(hào)處理1.信號(hào)信號(hào)是信息的載體，以某種函數(shù)的形式傳遞信息。這個(gè)函數(shù)可以是時(shí)間域、頻率域或其它域，但最基礎(chǔ)的域是時(shí)域。信號(hào)的分類

周期信號(hào)/非周期信號(hào)

確定信號(hào)/隨機(jī)信號(hào)

能量信號(hào)/功率信號(hào)

連續(xù)時(shí)間信號(hào)/離散時(shí)間信號(hào)/數(shù)字信號(hào)3按自變量與函數(shù)值的取值形式不同分類：時(shí)間幅度連續(xù)時(shí)間信號(hào)連續(xù)連續(xù)模擬信號(hào)連續(xù)離散量化信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)離散連續(xù)采樣信號(hào)離散離散數(shù)字信號(hào)42.系統(tǒng)

系統(tǒng)是將信號(hào)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(hào)種類不同分類）

-連續(xù)時(shí)間信號(hào)系統(tǒng)（模擬信號(hào)系統(tǒng)）

-離散時(shí)間信號(hào)系統(tǒng)

-數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)53.信號(hào)處理信號(hào)處理是研究用系統(tǒng)對(duì)含有信息的信號(hào)進(jìn)行處理（變換）以獲得人們所希望的信號(hào)，從而達(dá)到提取信息，便于利用的一門學(xué)科。分類

-模擬信號(hào)處理

-數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理是用數(shù)值計(jì)算的方法，完成對(duì)信號(hào)的處理。因此處理的實(shí)質(zhì)是“運(yùn)算”，運(yùn)算的基本單元是延時(shí)器、乘法器和加法器。6CRxa(t)ya(t)簡(jiǎn)單的模擬濾波器數(shù)字信號(hào)處理與模擬信號(hào)處理

7數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字信號(hào)處理就是用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換和處理。不僅應(yīng)用于數(shù)字化信號(hào)的處理，而且也可應(yīng)用于模擬信號(hào)的處理。以下討論模擬信號(hào)數(shù)字化處理系統(tǒng)框圖前置預(yù)濾波器A/D變換器數(shù)字信號(hào)處理器D/A變換器模擬濾波器模擬xa(t)PrFADCDSPDACPoF模擬ya(t)8數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)

與模擬系統(tǒng)（ASP）相比，數(shù)字系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：精度高可靠性靈活性大易于大規(guī)模集成時(shí)分復(fù)用可獲得高性能指標(biāo)9

本科階段主要介紹以傅里葉變換為基礎(chǔ)的“經(jīng)典”處理方法，主要包括：（1）離散傅里葉變換及其快速算法。（2）數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)10

研究生階段相應(yīng)課程為“現(xiàn)代信號(hào)處理”（AdvancedSignalProcessing）。信號(hào)對(duì)象主要是隨機(jī)信號(hào)，主要內(nèi)容是自適應(yīng)濾波（用于分離相加性組合的信號(hào)，但頻譜占據(jù)同一頻段）和現(xiàn)代譜估計(jì)。

11信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)，特別是實(shí)時(shí)處理的任務(wù)，在很大程度上需要由DSP器件來完成DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展12信號(hào)處理的標(biāo)志：傅里葉變換（FT）信號(hào)分析：加深對(duì)信號(hào)特性的了解例：a.用頻譜儀分析信號(hào)，了解其頻譜分布、噪聲、雜散等；

b.技術(shù)監(jiān)督部門用以檢查商品質(zhì)量的各種手段

c.信號(hào)判定與識(shí)別……信號(hào)處理：改變信號(hào)的某些性能例：a.信號(hào)的編碼/解碼，調(diào)制/解調(diào)，壓縮/解壓，擴(kuò)頻/解擴(kuò)等

b.電視信號(hào)的調(diào)制是信號(hào)處理的杰作（調(diào)頻的伴音副載頻，彩色副載頻，殘留邊帶調(diào)制）……1.信號(hào)處理的發(fā)展13數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展

（1）現(xiàn)代意義上的數(shù)字信號(hào)處理是隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展而發(fā)展的。最初將模擬信號(hào)用磁帶記錄，然后用計(jì)算機(jī)脫機(jī)處理，雖然不是實(shí)時(shí)的，但其靈活性仍然受到重視。用數(shù)字計(jì)算機(jī)來仿真模擬系統(tǒng)也得到發(fā)展。（2）1965年Cooley-Tukey提出的快速傅里葉變換算法（FFT）是數(shù)字信號(hào)處理發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。不但將傅里葉變換的時(shí)間縮短了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且指出了數(shù)字信號(hào)處理快速算法發(fā)展的方向，為實(shí)時(shí)處理帶來了希望。14

（3）大規(guī)模集成電路的發(fā)展和快速高效算法的發(fā)展，實(shí)際工作的需要，促進(jìn)了DSP器件的發(fā)展。3.數(shù)字化決定未來程控交換機(jī)取代模擬交換機(jī)GSM和CDMA取代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字相機(jī)普及，膠卷行業(yè)和洗印業(yè)……數(shù)字化電視將取代模擬電視...從根本上說，以計(jì)算機(jī)為中心的技術(shù)革命正在改變著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、教育、國(guó)防的面貌，正在改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣乃至思維習(xí)慣15

（1）實(shí)時(shí)性模擬系統(tǒng)：除開電路引入的延時(shí)外，處理是實(shí)時(shí)的

數(shù)字系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)的處理速度決定（2）高頻信號(hào)的處理

模擬系統(tǒng)：可以處理包括微波毫米波乃至光波信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)：按照奈奎斯特準(zhǔn)則的要求，受S/H、A/D和處理速度的限制（3）模擬與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)絕大多數(shù)是模擬的（溫度、速度、壓力等），轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也是模擬的（電流、電壓等）。要實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理，就必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4.模擬和數(shù)字不可分16數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用

數(shù)字化進(jìn)入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域并影響人們的生活。1）程控交換機(jī)2）移動(dòng)通信系統(tǒng)3）手機(jī)已不僅僅是通話的工具4）數(shù)字照相機(jī)5）液晶電視6）家庭影院7）全球定位系統(tǒng)（GPS）17還可以舉出很多例子醫(yī)院用的B超、CT、核磁共振衛(wèi)星遙感遙測(cè)天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)、地震探礦數(shù)字化士兵、數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng)……181.采用通用計(jì)算機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)

軟件采用高級(jí)語言編寫，如采用MATLAB或采用C或C++來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的算法。也可利用商品化的各種DSP軟件進(jìn)行二次開發(fā)，如LabView。

主要用于教學(xué)和科研的前期研制階段,或用于離線的信號(hào)處理、分析。數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法192.

DSP芯片或PFGA實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理，如在通信系統(tǒng)或其他在線系統(tǒng)。DSP芯片較之單片機(jī)有著更為突出優(yōu)點(diǎn)。如內(nèi)部帶有乘法器，累加器，采用流水線工作方式及并行結(jié)構(gòu)，多總線速度快。配有適于信號(hào)處理的指令(如FFT指令)等。目前市場(chǎng)上的DSP芯片有：美國(guó)德州儀器公司(TI):TMS320CX系列占有90%AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列203.利用特殊用途的DSP芯片

市場(chǎng)上推出專門用于FFT,FIR濾波器，卷積、相關(guān)等專用數(shù)字芯片。如：

BB公司：DF17XX系列

MAXIM公司：MAXIM27X，MAXIM28X

National公司：National-SEMI系列，MF系列。其算法已在芯片內(nèi)部用硬件電路實(shí)現(xiàn)，使用者只需給出輸入數(shù)據(jù)，可在輸出端直接得到數(shù)據(jù)。21本章小結(jié)

對(duì)于信息社會(huì)，信息化涉及各個(gè)領(lǐng)域并影響人們的生活。信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號(hào)處理；數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)，特別是實(shí)時(shí)處理的任務(wù)，在很大程度上需要由DSP器件來完成，這使得DSP技術(shù)成為人們?nèi)找骊P(guān)注、并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。22講授內(nèi)容0.緒論1.離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析2.離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析3.離散傅里葉變換DFT4.快速傅里葉變換FFT5.IIRDF的設(shè)計(jì)(無限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì))6.FIRDF的設(shè)計(jì)(有限長(zhǎng)單位脈沖濾波器的設(shè)計(jì))7.數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)23參考書1.數(shù)字信號(hào)處理教程(第二版)程佩青清華大學(xué)出版社2.數(shù)字信號(hào)處理(第二版)丁玉美等西安電子科技大學(xué)出版社3.數(shù)字信號(hào)處理---理論、算法與實(shí)現(xiàn)（第二版）胡廣書清華大學(xué)出版社4.離散時(shí)間信號(hào)處理

[美]A.V奧本海姆R.W.謝弗編科學(xué)出版社245.數(shù)字信號(hào)處理的原理與實(shí)現(xiàn)（第二版）吳振揚(yáng)東南大學(xué)出版社6.信號(hào)與系統(tǒng)（第二版）鄭君里等