数字信号处理导论资料

1、数字(shz)信号处理共四十九页What is DSP？狭义理解可为 Digital Signal Processor 数字信号处理器。广义理解可为Digital Signal Processing，译为数字信号处理技术。 数字信号处理：把信号用数字或符号表示的序列，利用计算机或通用（专用）数字信号处理设备，用数值计算方法处理（例如：滤波、检测、参数提取、频谱分析等），实现(shxin)信号自身或有用特征的提取，达到认识信号、利用信号的目的。共四十九页Why do we need DSP?在过去的数十年中，数字信号处理的领域，无论在理论上还是(hi shi)技术上都有非常重要的发展。由于工业上

2、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。共四十九页一、课程的主要学习(xux)内容（信号的频谱分析和数字滤波）What to learn?共四十九页二、课程的特点（数学(shxu)工具要求高、应用性强）三、课程的学习方法与要求 （课上、作业、实验） How to learn?共四十九页四、课程的性质和目的五、课程的研究对象六、课程的安排与考核(koh)七、主要教材和参考书课程(kchng)教学大纲共四十九页绪 论一、信号(xnho)、系统和信号(xnho)处理二、数字信号处理系统的基本组成三、数字信号处理的学科概貌四、数字信号处理的特

3、点五、数字信号处理的应用共四十九页绪 论一、信号(xnho)、系统和信号(xnho)处理（1）信号(xnho)及其基本特征1、信号 信号很广泛：如语音信号、图像信号 解释：一个随着时间变化的物理量。物理信号电信号信号处理电信号物理信号话筒扬声器 信号最基本的参数：频率、幅度共四十九页（2）信号(xnho)的分类 单色信号(xnho)和复合信号(xnho)单色信号：只有单一的频率。复合信号：各种正弦频率分量的合成。 我们通常考虑它的频带宽度。我们通常处理的是复合信号。例：例：一个高品质的音响信号带宽20kHz 一个视频信号的带宽是6MHz共四十九页 连续时间(shjin)信号和离散时间(shji

4、n)信号连续时间信号：随时间连续变化(binhu)的信号，它们在一个时间 区间里的任何瞬间都有确定的值。离散时间信号：只在离散的时间点有确定的值，通常是对 连续信号进行采样得到的。 模拟信号和数字信号模拟信号：指时间连续、幅度连续的信号。数字信号：时间和幅度上都是离散（量化）的信号。 故：数字信号可用一序列的数表示，而每 个数又可表示为二制码的形式。共四十九页量化离散数字信号连续离散离散时间信号连续连续连续时间信号幅度时间 共四十九页 周期(zhuq)信号和非周期(zhuq)信号若信号满足： x(t)=x(t+kT0) k为正整数； 或 x(n)=x(n+kN) k,N皆为正整数， 则x(t)

5、或x(n)是周期信号，周期分别(fnbi)为T0和N；否则就是非周期信号。共四十九页 确定信号(xnho)和随机信号(xnho)确定性信号：若信号在任意时刻的取值能精确确定，则称 它为确定信号；它的值可以用有限个参量来 唯一地加以(jiy)描述。例：直流信号、阶跃信号、正弦波信号随机信号：若信号在任意时刻的取值不能精确确定，或说 取值是随机的，即它不能用有限的参量加以描 述。也无法对它的未来值确定性地预测。它只 能通过统计学的方法来描述。例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图像信号、噪声都是随机信号。它们具有幅度(能量)随机性、或具有发生时间上的随机性或二都兼有之。共四十九页2、系统(xt

6、ng) 系统分类系统：处理信号的物理(wl)设备。或者说，凡是能将信号加以变 换以达到人们要求的各种设备可称之为系统。（a）连续时间系统（b）离散时间系统（c）模拟系统（d）数字系统共四十九页3、数字(shz)信号处理解释：数字信号处理是利用计算机或专用处理设备 ，以数值计算的方法对信号进行采集、滤波 、变换、压缩、增强、估计、识别等加工处 理，以达到提取有用信息和便于(biny)应用的目的。共四十九页二、数字(shz)信号处理系统的基本组成y (n)x (n)ya(t)xa(t)前置预滤波器采样A/D数字信号处理器D/A模拟滤波器数字(shz)信号处理器的选择与实现 软件实现 专用DSP芯片

7、 通用DSP芯片共四十九页数字信号处理器的实现(shxin)方法 采用(ciyng)大、中小型计算机和微机 在工作站和微机上使用厂家的数字信号处理软件或自己编写信号处理软件。优点：可适用于各种数字信号处理的应用场合，很灵活。 用单片机由于单片机发展已经很久，价格便宜，且功能较强。优点：可根据不同环境配不同单片机，可实现实时控制， 但数据运算量不能太大。共四十九页 利用通用(tngyng)DSP芯片 DSP芯片(xn pin)较之单片机有着更为突出优点。 其内部带有乘法器，累加器，采用流水线工作方式及并行结构，多总线速度快。配有适于信号处理的指令。 目前市场上的DSP芯片有：美国德州仪器公司(T

8、I):TMS320CX系列AT&T公司dsp16,dsp32系列Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 利用专用DSP芯片共四十九页三、数字信号处理(xn ho ch l)的学科概貌1945 年Bode Schanon提出了采样定理1955年国际上第一次开设了数字滤波器课程(kchng)1965年Corly-Tukey发明了快速傅立叶变换（FFT），1966年Kaiser提出数字滤波理论在国际上，一般把1965年FFT的问世，作为数字信号处理这一新学科的开端30多年的发展，数字信号处理自身已基本上形成一套较为完整的理论体系共四十九页数

9、字信号处理(xn ho ch l)的理论信号的采集（A/D）技术、取样定理(dngl)、量化噪声分析离散信号的分析（时域及频域分析、各种变换技术、信号特征的描述等）离散系统分析（系统的描述、系统的单位取样响应、系统函数及频率特性等）信号处理中的快速算法（快速傅立叶变换、快速卷积与相关等）信号的估值（各种估值理论、相关函数与功率谱估计等）滤波技术（各种数字滤波器的设计与实现）信号的建模（AR、MA、ARMA等模型）信号处理中的特殊算法（如抽取、插值、反卷积、信号重建等）信号处理技术的实现（软件实现、硬件实现）共四十九页 精度高 在模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟元器件的精度很难达到10-3

10、以上。而数字(shz)系统中，17位字长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，通常采用数字系统。Precisioncomponent specificationADC bits, CPU word width四、数字(shz)信号处理的特点共四十九页 灵活性高ProgrammabilityAnalog system：Modify hardware design.Digital system：Modify software. 数字系统的性能主要决定(judng)于乘法器的各系数，且系数存放于系数存储器内，只需改变存储的系数，就可得到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。共四十九页 可靠性高Sta

11、bilityAnalog system：the characteristics of analog system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity.Digital system：will show no variation with temperature throughout their guaranteed operation range.共四十九页Anti-noise共四十九页数字系统：只有两个信号(xnho)电

12、平0，1受噪声及环境条件 的影响小。数字系统宜采用大规模集成电 路，其故障率远远小于采用众多分立元件 构成的模拟系统。模拟系统：各参数都有一定的温度系数，易受环境条 件，如温度、振动、电磁感应(dinc-gnyng)等影响，产 生杂散效应甚至振荡等。Very Large Scale Integrated circuit共四十九页 时分复用利用DSP同时(tngsh)处理几个通道的信号。 某一路信号(xnho)的相邻两抽样值之间存在很大的空隙时间，因而在同步器的控制下，在此时间空隙中送入其他路的信号(xnho)，而各路信号(xnho)则利用同一DSP，后者在同步器的控制下，算完一路信号后，再算另

13、一路信号，因而处理器运算速度越高，能处理的信道数目也就越多。多路器DSP分路器同步123n123n共四十九页We still need analog processing共四十九页（1）Real-Time ProcessingAnalog system：Besides the delay introduced by the circuit, the processing is in real-time. Digital system：Decided by the processor speed.共四十九页（2）Processing very high frequency signalsAnal

14、og system：may process microwave, mini-meter-wave, even light wave signals.Digital system：By the Nyquist Rule，the processing speed is limited by the S/H, A/D and processor speed. 共四十九页(3)The most signals in real would are analog. If we want to process these analog signals with digital signal processi

15、ng system, must change them into digital form first by mixed signal processing.共四十九页五、数字(shz)信号处理的应用滤波(lb)与变换通信语音图像消费电子仪器工业控制与自动化医疗军事共四十九页DSP Solution共四十九页Programmable switch共四十九页Mobile phone共四十九页ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line)共四十九页Digital Camera 共四十九页Digital Camera共四十九页HDTVHigh Definition

16、TV共四十九页DVD(Digital Video Disc)共四十九页Simulator of airplane共四十九页GPS(Global Position System) 共四十九页Radar/Sonar 共四十九页Cruise missile共四十九页Smart bomb from F117共四十九页Pattern recognization 共四十九页Fingerprint distinguish 共四十九页Development of DSPHigher processing speedMulti-DSP co-operationLower price or higher performance price ratioLower power consumption or longer battery lifeASIC based on DSP coreApplication Specific Integrated Circuit 特定用途(yngt)集成电路共四十九页Just Do it.共四十九页内容摘要数字信号处理。广义理解可为Digital Signal Processing，译为数字信号处理技术。模拟信