数字信号处理DiscreteTimeSignalProcessing

1、数数 字字 信信 号号 处处 理理Discrete Time Signal Processing2006.9河海大学常州校区河海大学常州校区主讲人：张卓、奚吉主讲人：张卓、奚吉河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 2/ 36基本信息基本信息课程性质：专业基础课，考试课课程性质：专业基础课，考试课先修课程：信号与系统分析先修课程：信号与系统分析后续课程：现代信号处理，数字图象处理，自适应信后续课程：现代信号处理，数字图象处理，自适应信号处理号处理 ，统计信号处理，信号估值与检测，统计信号处理，信号估值与检测DSP仿真软件平台：仿真软件平台：MATLAB61学时学时 ：40

2、 讲授讲授 8 上机实验上机实验学分评定方法：学分评定方法： 平时平时30%：作业，实验报告，课堂测验：作业，实验报告，课堂测验 期末期末70%河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 3/ 36绪论一.本课程的特点二.讲授内容与参考书三.数字信号处理的基本概念四.数字信号处理的学科概貌（研究内容）五.数字信号处理系统的基本组成六.数字信号处理的特点七.DSP的发展历史和应用领域河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 4/ 36 1. 数学工具多 微积分，概率统计，随机过程，高等代数， 数值分析，积分变换，复变函数等。 2. 要求基础强 网络理论、信号

3、与系统是本课程的理论基础。 3. 与其它学科密切相连 与最优控制、通信理论、故障诊断、计算机、 微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、 神经网络等新兴学科的理论基础之一。一. 本课程的特点河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 5/ 36二. 讲授内容与参考书1.课程内容纲要课程内容纲要离散时间信号与系统（时域）离散时间信号与系统（时域） ch1 (4学时）学时）序列的变换域分析（傅立叶变换、序列的变换域分析（傅立叶变换、z变换）变换） ch2 (4学时）学时）离散傅立叶变换离散傅立叶变换 ch3 (6学时）学时）快速傅立叶变换快速傅立叶变换 ch4 （6学时）学时）

4、FIR滤波器设计滤波器设计 ch7 （2学时）学时）IIR滤波器设计滤波器设计 ch6 （6学时）学时）数字滤波器基本结构数字滤波器基本结构 ch5 （4学时）学时）绪论（绪论（2学时）学时）河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 6/ 36 1.丁玉美，高西全 数 字 信 号 处 理 （第二版），西安电 子科技大学出版社，2002 2. A.V.Oppenheim ，“Digital Signal processing”，1975. 中译 本有多种 3. W.D.Stanley，“Digital Signal Processing”，1975.中译本， 常迥译1979.

5、 4.黄顺吉等，数字信号处理及其应用，国防工业出版社，1982 5.邹理和，吴兆熊等，数字信号处理， 上、下册, 国防工业出 版社，1985. 6.何振亚，数字信号处理的理论与应用，上、下册，人民邮电 出版社，1985.经典的：经典的：2教材教材河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 7/ 366.吴镇扬，数字信号的原理与实现东南大学，1997.7.赵尔沅等，数字信号处理实用教程，人民邮电，1999.8.姚天任等，现代数字信号处理，华中理工，1999.9.丁玉美等，数字信号处理，西安电子科技大学出版社，（第2版），2001.10.A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著，黄建国等

6、译， 离散时间信号处理，科学出版社，2000.11.高西全等，数字信号处理(第二版)学习指导，西安电子科技大学出版社,200112.胡广书， 数字信号处理理论、算法与实现，清华大学出版社，199713.维纳.K.恩格尔，刘树棠译， 数字信号处理使用MATLAB，西安交通大学出版社，2002较新的：较新的：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 8/ 36河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 9/ 36河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 10/ 36河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 11/ 36河

7、海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 12/ 36河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 13/ 36 在过去的数十年中，数字信号处理(DSP)的领域，无论理论上还是技术上都有非常重要的发展。由于工业上开发和利用廉价的硬件和软件，使不同领域的新工艺和新应用现在都想利用DSP算法，使它成为本科教学内容。三.数字信号处理的基本概念 为何要上数字信号处理? 河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 14/ 36数字信号处理用数字的方式对数字形式的信号进行处理；数字信号用数字或符号的序列表示信号；基本概念河海大学常州校区河海大学常州校区第

8、一讲第一讲 -1 绪论绪论 15/ 36 人口统计：人口统计：股票指数：股票指数：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 16/ 36 温度测量：温度测量：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 17/ 36连续信号的离散化：连续信号的离散化：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 18/ 36医学测量信号 EEG-Electroencephalogram, ECGelectrocardiography.(脑、 心电图) 音乐信号音乐信号 ： 图图 象象 ：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 19/ 3

9、6数字方式在Computer或ASIC中用数字计算的方法对数字信号进行处理（如：滤波、检测、参数提取、频谱分析等）；目的将信号改变成某种需要的形式。DSP狭义理解可为数字信号处理器（Digital Signal Processor）；广义理解可为数字信号处理技术（Digital Signal Processing ）。本课程我们讨论的DSP的概念是指广义的理解。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 20/ 36 1. 信号的采集 实现信号的数字化，包括取样、量化。 2. 信号的分析 信号描述与运算，各种变换，时、频域分析。 3. 系统分析 线性系统与非线性系统，时变系统

10、与非时变 系统，因果系统与非因果系统，最小相位系统 与非最小相位系统。 线性时（移）不变因果系统。线性时（移）不变因果系统。四. 数字信号处理的学科概貌（研究内容）河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 21/ 36 4. 快速算法 FFT, 快速卷积、相关算法。5. 数字滤波技术(1) IIR数字滤波器的分析与设计；(2) FIR数字滤波器的分析与设计。6. 信号的频谱分析与估值 确定信号：谱分析； 随机信号：相关函数估计、谱估计。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 22/ 367. 特殊算法 反卷积，信号重构，同态处理。8.信号建摸与压缩9.

11、自适应信号处理10. 数字信号处理的实现(1) 在通用微机上，用软件实现;(2) 用单片机实现;(3) 专用数字信号处理芯片DSP。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 23/ 36五. 数字信号处理系统的基本组成1. 框图前置预滤波器A/D变换器数字信号处理器D/A变换器模拟滤波器y(n)y(t)(txa)(tya)(nx0 135(a)0 135(b)0 135(c)0 135(d)0 135(e).)(nytttnn)(nx)(tay)(tax)(tax河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 24/ 362. 各单元的作用前置预滤波器：滤除高

12、于某一频率的信号，防混迭。A/D变换器：完成抽样和量化，实现数字化。如下图所示：-301 2 3 435474nT 2T)(txa)(nxt-1河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 25/ 36数字信号处理器：y(n)01 2 3 4n)()(nynx河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 26/ 36 D/A变换器： 模拟滤波器： 滤除高频分量，起平滑作用0y(t) (tya河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 27/ 361. 精度高 模拟系统：由元器件确定（10-3）；数字系统：由字长确定。2. 灵活性高 数字系统的性

13、能主要由乘法器的系数决定。 3. 可靠性高 只有“0”和“1”两个电平，受温度噪声影响小。4. 容易集成 规范性高，电路参数要求不高。六. 数字信号处理的特点和技术发展趋势特点：河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 28/ 365. 时分复用数字信号处理器同步多路开关多路开关输出输入.河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 29/ 36 6. 可获得高性能指标 如频谱分析分辨率：模拟方法 10Hz; 数字方法 10-3Hz.7. 便于二维与多维处理 用存储一帧或数帧图象信号，实现二、多维 处理。8. 速度不够高，工作频率也不够高 几十MHz以下。河

14、海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 30/ 36技术发展趋势1多，DSP的型号越来越多；2快，即运算的速度越来越快；3好，主要是指性能价格比；4省，功耗越来越低。可用四个字“多快好省”来概括。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 31/ 36七.DSP的发展历史和应用领域2DSP独立学科的形成：20th Century 4050 Generations， 迅速发展：60年代中期；1理论基础（经典数值计算和计算数学）： 17th Century-18th Century 中叶发展起来；3FFT对DSP迅速发展起了极大的推动作用： 1965年，J.W

15、.Cooley & J.W.Tukey提出了FFT（Fast Fourier Transform），很快得到了推广应用；发展历史河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 32/ 364数字滤波器（Digital Filter）设计方法的研究是DSP迅速发展的另一个标志，40年代60年代中期，形成了完整的理论基础（FIR & IIR）； 有限冲击响应（FIRFinite Impulse Response）； 无限冲击响应（IIRInfinite Impulse Response）；河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 33/ 365计算

16、机技术和专用DSP芯片的快速发展反过来促进了DSP理论研究的迅速发展。 通用微处理器结构：冯.诺依曼结构； DSP芯片：哈佛结构（指令并发和流水线技术）； 代表产品：TI公司的TMS320XXX系列产品。 三个著名的DSP实验室： Bell实验室、IBM的Watson实验室、MIT的Lincoln实验室。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 34/ 366现代DSP技术 基于SOPC（a System On a Programmable Chip）技术、EDA技术与FPGA实现方式的DSP技术，是现代电子技术发展的产物，它有效地克服了传统DSP技术中的诸多技术瓶颈，在许

17、多方面显示了突出的优势，如高速与实时性、高可靠性、自主知识产权化、系统的重配置与硬件可重构性，单片DSP系统的可实现性以及开发技术的标准化和高效率。河海大学常州校区河海大学常州校区第一讲第一讲 -1 绪论绪论 35/ 36DSP系统的实现器件1DSP ProcessorDSP处理器2ASICs（Application-Specific Integrated Circuits）专用集成电路3FPGA（Field Programable Gate Array）现场可编程门阵列 CPLD（Complex Programmab1e Logic Device）复杂可编程逻辑器件4Embedded Processor 嵌入式处理器河海大学常州校区河海