数字信号处理绪论ppt课件

数字信号处理 绪论 第一章 离散时间信号与系统 第二章 变换 第三章 离散傅立叶变换 第四章 快速傅里叶变换 第五章 数字滤波器结构 第六章 无限冲激响应(IIR)滤波器设计 第七章 有限冲激响应(FIR)滤波器设计 MATLAB专题 参考书目 (1) Digital Signal Processing Using MATLAB Vinay K.Ingle John G. Proakis Northeastern University 数字信号处理-使用MATLAB 刘树棠译 西安交通大学出版社 （2）数字信号处理导论 胡广书 清华大学出版社 2005 绪 论 一 信号 二 数字信号 三 数字信号处理 1 数字信号处理的任务 2 数字信号处理的优势 3 数字信号处理的理论 4 数字信号处理的实现 5 数字信号处理的应用 什么是DSP? Digital Signal Processing (DSP) 一门新的学科 Digital Signal Processor (DSP) 数字信号处理器: DSPs 一门正在蓬勃发展的高新 技术学科 信号 ？ 数字信号 ？ 数字信号处理？ 信号是信息（Information)的载体 ，即 信息包含在信号中。 信号，特别是一维信号，多是时间 的 函数，即 一 信号 连续时间信号，又 称模拟信号（ Analog Signal) 常见信号： 电压，电流，磁通； 温度，压力， 压强； 光，机械振动； 价格，经济指数，股市指数； 流量，水位，潮位； 人体生理信号 等等 作用：将非电信号转化为电信号。 转化后的信号是连续时域模拟 （Analog)信号, 可以用 表示。 模拟信号产生、处理和传输所使用 的器件是: R, L, C, OP(运算放大器) 缺点: 体积大, 精度低，不灵活 传感器 (sensor) 常见人体生理信号 （生物医学信号） ECG(ECG(心电心电) ) EEG(EEG(脑电脑电) ) EOG(EOG(眼电眼电) ) EMG(EMG(肌电肌电) ) PCG(PCG(心音心音) ) 要求：准确检测R波，99 准确检测 P,Q,S,T等波， 90% 准确测量 PQ间期， QRS宽度， S-T段形态 不同心脏病人的心电图 脑电信号 胎儿心电信号 脑电（EEG）的节律（即主 要频率成分） ： 节律：13Hz 的成分。 （深睡） （浅睡） （清醒） （受刺激或思考 ） 火车鸣笛信号 二维信号： 视频信号： 二 数字信号 : 所有整数 : 抽样间隔 ， ：抽样频率(Sampling Frequency) 归一化 ： 流程图 sensors放大器 A/D DSP装置 信号源 D/A A/D芯片已高度集成化，将这些芯片配以一 些必要的外围电路可做成不同的A/D板（又称数 据采集板）。将A/D板插入普通计算机（如PC） 的扩展槽中，配以相应的软件即可实现信号的抽 样。A/D芯片有两个主要的参数，一是字长，二 是转换速度。现在市售的A/D芯片的字长有8bit， 10bit，12bit及14bit，字长越长，量化误差越小， 自然，转换的精度就越高。转换速度决定了其 A/D芯片的最大抽样速度，目前市售的A/D芯片 的抽样速度可由几十千赫至几百兆赫。当然，字 长越长，速度越高，其售价也越贵，使用者应视 实际需要选用。 以PC或专用DSP装置为硬件平台, 以数 值分析为基本工具, 发展众多的信号 处理算法，实现信号自身的提取或是 信号有用特征( 幅度, 周期, 持续时 间, 过零点个数, 上升时间, 下降时 间, 自相关函数, 功率谱)的提取, 以 达到认识信号, 利用信号的目的。 三 数字信号处理 任务：从信号中提取出所需要的信息，并将其用于 实际 。 1. 数字信号处理的任务 例： 心电监护仪： 内含CPU 用于危重病房（intensive care unit，ICU）的心电 自动监护仪的作用是监护病人的心电状态（同时也包 括其他生理参数，如血压、呼吸等），它应能实时地 显示和存储病人的心电波形，并根据心电图的异常来 自动决定是否给出报警。一个实际的心电监护仪由心 电放大器、A/D 转换器、CPU、显示单元、存储单元 、系统管理软件和心电信号处理软件所组成。 心电处理软件的功能： （1） 在CPU的控制下实现心电信号的采集、显 示和存储； （2）去除噪声： 在信号采集时，身体的任一微小运动都会产生“ 基线漂移”，这是一种低频干扰，同时，由于肌电的 存在又产生了高频的肌电噪声，由于空间电磁场的存 在又使心电信号中混有50Hz的工频干扰。这些噪声不 去除，就会影响下一步的信号处理。 带有高频噪声及病态失真的心电信号 （3）波形检测（参数提取）： R波检测：病人的心电变形，要求99； P波检测，T波检测：幅度特别低，90 ； P-Q间期测量；S-T段形态检测； QRS宽度检测 （4）病类判别：根据检测出的参数、心脏疾病的原 理和医生的临床经验，建立起各种心律异常的数学模 型并对心电信号做出判别，决定是否异常，如异常， 又属于哪一类异常。这一工作即是信号处理的应用。 以上内容虽然属于生物医学工程学科的范畴， 但从中可以看出数字信号处理的内容和任务。其他 学科的信号处理过程和该问题类似，即大体上也包 含了去噪、特征检测（或提取）和应用于实际这三 个方面。 2. 数字信号处理的优势: （1）. 精度高 （2）. 可重复性强 （3）. 体积小 （4）. 成本低 （5）. 可编程：所以灵活性强 （6）. 实时性(Real-time)强 数学: 微积分, 线性代数, 概率, 随机 过程, 数论, 近世代数 现代通信原理、现代控制理论 模式识别、最优化、神经网络 系统辨识、 振动测试 生物医学工程 信号与系统, 计算机 3. 数字信号处理的理论： 基 础 发 展 l1. 信号抽样与采集理论; l2. 信号分析理论: Z变换, 离散傅里叶变换(DFT) Hilbert 变换 离散余弦变换(DCT) 离散小波变换(DWT) 快速算法理论(FFT) 3. 离散系统分析; 4. 离散系统设计(滤波器设计); 5. 随机信号统计分析理论; 6. 信号建模(AR, MA,ARMA) ; 7. 特征估计(自相关函数,功率谱计); 8. 实现(软件-MATLAB; 硬件- DSP); 9. 应用 (教学, 科研, 开发的前期) DSP软件包 MATLAB Signal Processing Tool Box 4. 数字信号处理的实现 软件实现: 硬件实现: CPU DSP TI产品系列 DSP的特点: 时钟快; 硬件乘法器（实现连乘连加）; 哈佛结构;较多的寄存器， 等等 数字信号处理中最常用的算法是线性卷 积和 DFT,其特点是大量的“连乘连加”运 算，如： 5、数字信号处理的应用 有关期刊 1. I EEE Trans. on S