信息与信息技术3

1、Digital Signal ProcessingTheories, Algorithms, Realizations1信息社会信息技术信息技术的基础数字化数字化的核心数字信号处理数字信号处理技术 前沿、热点、发展迅速数字信号处理是利用计算机或专用设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。23Mobile phone45Digital Camera 6Digital Camera7DVD(Digital Video Disc)8Watchman 9Simulator of airplane10Pattern recognizati

2、on11Fingerprint distinguish12GPS(Global Position System) 13Radar/Sonar 14Cruise missile15Smart bomb from F117161. 信号的采集 实现信号的数字化，包括取样、量化。2. 信号分析 信号描述与运算，各种变换，时域、频域、时频域分析。3. 系统分析 线性系统、时变系统、线性时不 变系统、因果系统等。4. 快速算法 FFT、DCT、快速卷积、相关算法等。5. 数字滤波技术 IIR DF 、FIR DF的分析与设计。6. 信号统计分析与估值 随机信号的相关计算、功率谱估计等。7. 特殊算法 反

3、卷积、信号重构、调制与解调等。8. 数字信号处理的实现：软件、硬件实现技术. 0 课程介绍基本内容17 0 课程介绍章节内容关系数字信号处理离散时间信号离散时间系统表 示产 生时 域 频 域采 样DFS DFT FFT-Ch3/4Nq.Th DCT DST-Ch8抽取/插值经典、现代谱估计-Ch11/12表 示结 构 (设 计)时域 频域FIR/IIR-Ch5h(n) H(k)IIR数字滤波器-Ch6FIR数字滤波器-Ch7数字量化效应-Ch13数字信号处理的硬件实现-Ch14DSP中若干典型算法-Ch9离散时间信号与系统、Z变换、随机信号-Ch1/2/10离散时间信号的时频表示-STFT、W

4、T181、数学性强 微积分，概率统计，随机过程，高等代数， 数值分析，积分变换，复变函数等数学工具。 网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。2、学科性强 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。（外连密切） 信号采集、离散信号时域频域时频域分析、估值与建模、快速算法及特殊算法，系统分析、滤波器设计，DSP实现，技术应用。（自成体系） 0 课程介绍本课程特点191、学时安排 Ch1/2（信号与系统-基础，4学时）；Ch3/4（离散时间信号变换及快速算法，12学时）；Ch5（离散时间系统相位、结构，2学时）；Ch6/7

5、（IIR、FIR数字滤波器设计，10学时）；Ch8/9（DSP常用正交变换、典型算法，4学时）；Ch10-12（随机信号的统计处理，12学时）；Ch13/14（量化效应、DSP硬件实现，2学时）；时频分析专题（STFT、WT等，6学时）；习题课（基于Matlab的DSP实现，8学时）。 0 课程介绍有关建议和说明202、参考书 1） A.V.Oppenheim ，“Digital Signal Processing” , 1975. 中译本有多种。 2）S.J.Orfanidis, Introduction to signal processing, Copyright 1996 by Pre

6、ntice Hell Comp. 3）程乾生，信号数字处理的数学原理，石油工业出版社（第2版），1993。 4）徐伯勤等，信号处理中的数学变换和估计方法，清华大学出版社，2004。 0 课程介绍有关建议和说明213、学习方法 1） 概念、原理、理论算法实现应用。点、面、体；（理解是基础、应用很重要、坚持要到底） 2） 听课、看书、做作业。被动到主动，理解到贯通；（I listen, and I forget. I see, and I remember. I do, and I learn） 3）勤用Matlab。实现和应用是目的。 0 课程介绍有关建议和说明4、作业和考试 22 离散时间信号

7、的基本概念 信号的分类 噪声 信号空间的基本概念 离散时间系统的基本概念 LSI系统的输入输出关系 LSI系统的频率相应 确定性信号的相关函数 1 离散时间信号与离散时间系统23 1.1 离散时间信号的基本概念1.1.1 离散时间信号 信号是传输信息的函数，是信息的物理表现形式，是信息的载体；信息的产生、传输和处理都是通过信号的形式实现的。 放大、滤波A/D变换数字信号处理D/A变换滤波y(n)y(t) 时间信号 随时间变换的信号。时域信号。 离散时间信号 数字信号24-30123435474nT2T-125y(n)01234n0y(t)261.1.2 典型离散信号 1、单位抽样信号、序列 (

8、t)0t1-2-1012n1-2-101kn272、脉冲串信号、序列 上式即为连续信号抽样的数学模型28293、单位阶跃信号、序列 4、正弦信号、序列 5、复正弦信号、序列 306、指数信号、序列 31321.1.3 离散信号的运算延迟（移位）、相加、相乘、翻折、累加、差分等33信号时间尺度变化（信号压缩或延展）3435信号的分解信号的变换36 1.2 信号的分类依载体： 电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号、 机械信号等等。依某属性： 模拟、数字信号；连续、离散信号；能量、功率信号；周期、非周期信号；确定、随机信号；一维、二维、多维信号；等等3738 1.3 噪声白噪声： 含有所有频率成分

9、的噪声。 认识： 通常有害、不可避免，相对性和随机性。来源： 电源、电磁辐射、器件热噪声、抽样量化噪声、运算舍入噪声等。分类： 加法性噪声、乘法性噪声；白噪声、有色噪声。用途： 模拟客观对象，检验算法的有效性。信噪比（SNR）：39 1.4 信号空间的基本概念一、信号的范数与赋范线性空间 1 范数：信号的某个测量特征或参数。 2 赋范线性空间。二、信号的距离和度量空间 1 距离 2 度量空间 定义了距离的空间。40 1.4 信号空间的基本概念三、信号的内积和内积空间 1 内积 2 内积空间 引入内积的赋范线性空间。四、距离与范数的关系五、许瓦兹不等式41 1.5 离散时间系统的基本概念一、定义

10、 系统 实际上可抽象表示为对输入信号的一种运算、变换或映射。 离散时间系统 就表示对输入序列的运算， y(n)=Tx(n)Tx(n)x(n)y(n)4243 1.5 离散时间系统的基本概念二、系统的单位抽样响应 系统输入信号为单位抽样信号时的系统输出，即为系统的单位抽样响应。h(n)=y(n)=T 四、与离散时间系统的几个概念 1、线性 具有均匀性和迭加性的系统称为线性系统。 2、移（时）不变性 如果Tx(n)=y(n)，则Tx(n-m)=y(n-m)，满足这样性质的系统称作移不变系统。 即系统参数不随时间变化的系统，亦即输出波形不随输入加入的时间而变化的系统。三、按h(n)对系统进行分类 F

11、IR、IIR。4445 1.5 离散时间系统的基本概念 3、因果性 一个LSI系统，如果其任意时刻的输出y(n)，只取决于现在时刻和以前的输入，而和将来的输入无关，则称该LSI系统为因果系统。 因果系统的单位抽样响应h(n)在n0时恒为零。 4、稳定性 若系统输入有界时，输出亦有界，则称该系统为稳定系统。46 1.6 LSI系统的输入输出关系一、LSI系统的描述 二、LSI系统输入输出间的线性卷积关系 47 1.6 LSI系统的输入输出关系三、线性卷积的计算步骤 48xkhkxkh-ky0 xkh1-ky1xkh2-ky2xkh3-ky3xkh4-ky4 yn=n+2n-1+3n-2+2n-3+n-4 xn = hn = n + n-1 + n-249yn=1xn+ 2xn-1+ 3n-2+ 4xn-350 1.6 LSI系统的输入输出关系四、LSI系统的稳定性判据 充要条件：单位抽样响应可和。51 1.7 LSI系统的频率响应一、LSI系统的特征函数、频率响应 体现了系统的时域特征体现了系统的频域特征52 1.7 LSI系统的频率响应二、LSI系统的转移函数 三、离散时间系统的分析、综合 53 1.8