《数字信号处理教程》课件 第四版 绪论

《数字信号处理》DigitalSignalProcessing

教师：张水锋电话mail:1565458403@7/23/20241目录绪论离散时间信号与系统离散时间与系统的变换域分析离散傅立叶变换及其快速算法数字滤波器的结构IIR数字滤波器的设计FIR数字滤波器的设计数字信号处理中的有限字长效应MATLAB及其在信号处理中的应用7/23/20242绪论重点：数字信号处理过程数字信号处理的实现方法难点：数字信号处理的实现方法7/23/20243内容一.引言二.信号的分类三.数字信号处理研究的内容四.数字信号处理学科研究的范围及发展状况五.数字信号处理系统的典型框图六. 数字信号处理的优点七.本课程的主要学习内容与学习方法八.参考书籍九.数字信号处理的应用7/23/20244一、引言数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）DSP技术-

DigitalSignalProcessor理论-->应用7/23/202451、基本概念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数字方式DSP狭义：DSP处理器广义：数字信号处理技术7/23/202462、本课程性质电子信息类专业大学本科的必修课程电子信息专业核心课程DSP(理论、实现与应用)单片机|嵌入系统FPAG|CPLD：

ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit）7/23/20247数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。7/23/20248单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

特点：具有位处理、控制功能强7/23/20249与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。7/23/202410目前国内推广应用最为广泛的DSP器件是美国德州仪器(TI)公司生产的TMS320系列单片机：MCS51、ARV(atmel公司)、Motorola（Freescale飞思卡尔）、PIC单片机、Philips

、MSP430、凌阳单片机、PSD单片机（WSI公司）、Winbond嵌入系统：ARM、Freescale（飞思卡尔）：ColdFire

、MPC、PowerPCPC104WinCE

、VxWorks

、pSOS、QNX、Nucleus、嵌入式Linux(μClinux

、RTLiinux)、μC/OS-II、eCos

7/23/202411CPLD/FPGA

ALTERA、Xilinx、Lattice、Actel、Cypress

、Quicklogic

、ATMEL

、WSI

其中ALTERA和XILINX占有了60%以上的市场份额。

7/23/202412二、信号的分类1、物理分类：7/23/2024132、数学分类：确定信号与随机信号线性与非线性信号7/23/202414三、《数字信号处理》研究的内容与实现方法

1．研究内容用数学的方法和数字系统对信号进行处理，包括两个方面：①信号处理的数学模型一各种算法，误差分析；②算法的实现。7/23/2024152、数字信号处理的实现方法(1)采用大、中小型计算机和微机（如PC机），用软件实现；(2)在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；(3)用单片机

(4)利用通用DSP芯片，如：TI(美国德州)TMS32C00。(5)用专用的DSP芯片实现。(6)用可编程器件CPLD/FPGA7/23/202416四.数字信号处理学科研究的范围及发展状况研究范围①离散时间线性时不变系统理论〔包括时域频域及各种变换〕②频谱分析(包括有限字长效应)：FFT谱分析方法及统计分析方法③数字滤波器设计及滤波过程的实现(包括有限字长效应)④时频-信号分析⑤多维信号处理[压缩与编码及其在多媒体中的应用]⑥非线性信号处理⑦随机信号处理⑧模式识别人工神经网络⑨信号处理单片机(DSP)及各种专用芯片(ASIC)，信号处理系统实现7/23/202417发展历史：1．理论基础（经典数值计算or计算数学）：2．DSP独立学科的形成3．FFT对DSP迅速发展起了极大的推动作用：4．数字滤波器（DigitalFilter）设计方法的研究是DSP迅速发展的另一个标志；有限冲击响应（FIR－FiniteImpulseResponse）；无限冲击响应（IIR－InfiniteImpulseResponse）；5．计算机技术和专用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TMS320CXXX系列产品。7/23/202418五.数字信号处理系统的典型框图

7/23/202419数字信号处理过程预处理A/D数字信号处理器D/ALPF7/23/202420六、数字信号处理的优点1．精度高；2．可控性好，灵活性好；3．稳定性好，可靠性高；4．容易大规模集成；5．容易时分复用；6．可重复性好，容易获得高性能指标；7．可进行二维和多维处理。7/23/202421七、本课程的主要学习内容与学习方法

基本内容：1、离散时间信号与系统的时域分析方法；2、变换域分析方法，包括Z变换，频域分析；3、离散傅立叶变换与快速算法及其应用；4、数字滤波器的实现方法及其结构；5、IIR与FIR滤波器的设计方法；6、数字信号处理中的有限字长效应；7/23/202422学习方法在以弄清基本概念、理论的基础上，配合适当练习，并结合上机实验理解理论知识。实验：

DSP软件平台：MATLAB6.1、MATLAB6.5、MATLAB7.0、MATLAB7.1本课程的前修课程1．高等数学；2．复变函数；3．信号与系统；4．微机原理（计算机基础、程序设计等）。后续课程数字图像处理模式识别7/23/202423八、参考书籍1.《数字信号处理》程佩青，清华大学出版社2.《数字信号处理》（第二版），丁玉美，高西全编著，西安电子科技大学出版社；3.《数字信号处理---理论、算法与实现》，胡广书，清华大学出版社。4.《数字信号处理》，王世一，北京理工大学出版社；

5.《基于Matlab的系统分析与设计--信号处理》，楼顺天，李博菡编著，西安电子科大出版社。6.《DigitalSignalProcessing》A.V.Oppenheim&R.W.Schaffer；Prentice-Hall,INC.1975。中译本：《数字信号处理》，A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著；董士嘉，杨耀增译，科学出版社，1980。7/23/202424九、数字信号处理的应用

通信计算机网络雷达自动控制地球物理声学天文生物医学消费电子产品7/23/2024251、通信手机

7/23/2024267/23/2024272、数字无线电

7/23/2024283、雷达7/23/2024294、生物指纹系统

7/23/2024305、DSP在图像扩频通信系统中的应用框图7/23/2024316、数字语音

7/23/2024327、汽车多媒体7/23/20243