西交大數(shù)字信號(hào)處理課件-0緒論

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1、緒論一.數(shù)字信號(hào)處理的基本概念二.數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)科概貌（研究?jī)?nèi)容）三.數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成四.數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)五.本課程的特點(diǎn)六.講授內(nèi)容與參考書一.數(shù)字信號(hào)處理的基本概念1.信號(hào)2.信號(hào)分類3.模擬信號(hào)4.數(shù)字信號(hào)5.二者關(guān)系6.數(shù)字信號(hào)處理一、數(shù)字信號(hào)處理的基本概念數(shù)字信號(hào)處理是當(dāng)前信息處理技術(shù)中十分活躍的一個(gè)分支。傳統(tǒng)的信號(hào)處理：連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理：基于離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)，對(duì)樣本序列進(jìn)行處理，即信號(hào)的波形用樣本序列表示，并用數(shù)字的方式去處理這些序列。具體來(lái)說(shuō)，凡是用數(shù)字的方式對(duì)信號(hào)

2、進(jìn)行濾波、變換、解調(diào)、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)、識(shí)別等處理都屬于數(shù)字信號(hào)處理的范疇。數(shù)字信號(hào)處理作為一門新的學(xué)科而真正出現(xiàn)卻是在1965年Cooley和Tukey提出快速傅里葉變換(FastFourierTransform,FFT)之后。FFT算法與萊維遜(Levinson)自回歸譜估計(jì)算法形成了數(shù)字信號(hào)處理現(xiàn)代算法的兩大支柱。數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)理論中引入了自動(dòng)控制領(lǐng)域中的采樣數(shù)據(jù)控制(SampledDataControl)的變換分析方法為了描述采樣控制系統(tǒng)的輸入輸出特性，用拉普拉斯變換在s平面上分析連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系

3、統(tǒng)的特性利用z變換可以得到離散時(shí)間系統(tǒng)在z平面上的特性，使得我們能通過(guò)模擬濾波器變換來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。對(duì)輸入樣本序列進(jìn)行時(shí)域或頻域的處理可以實(shí)現(xiàn)有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，進(jìn)而形成數(shù)字濾波器完整的設(shè)計(jì)體系。DSP(DigitalSignalProcessing)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科。DSP是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、綜合、估值、識(shí)別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的的一門學(xué)科。1、信號(hào)信號(hào)是傳輸信息的函數(shù)，是信息的物理表現(xiàn)形式；而信息是信號(hào)的具體內(nèi)容，

4、通俗地講，信息就是有用的消息。信息是一個(gè)十分抽象而又復(fù)雜的概念，它包含在消息之中，是通信系統(tǒng)中傳送的對(duì)象，是客觀世界的第三要素；其特點(diǎn)是無(wú)形的，可共享的，無(wú)限的，可度量的。消息不等于信息，同一消息可含有不同的信息量。2、信號(hào)的分類依載體：電信號(hào)、磁信號(hào)、聲信號(hào)、光信號(hào)、熱信號(hào)、機(jī)械信號(hào)。依變量個(gè)數(shù)：一維、二維、多維（矢量）信號(hào)。依周期性：周期信號(hào)x(t)=x(t+kT);非周期信號(hào)。依是否為確定函數(shù)：確定信號(hào)；隨機(jī)信號(hào)。依能量或功率是否有限：能量信號(hào)；功率信號(hào)。無(wú)論是用模擬方法還是用數(shù)字方法，都是將所研究的信

5、號(hào)先變成電信號(hào)，即所謂模擬信號(hào)。因此，可把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩類。3.模擬信號(hào)用電壓或電流去模擬其他物理量，如聲音、溫度、壓力、圖象等所得到的信號(hào)。4.數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上和幅度上都是離散的信號(hào)。它可由模擬信號(hào)經(jīng)離散和量化得到，亦可客觀存在。本質(zhì)上，它只是一系列的“數(shù)”。5.兩者關(guān)系模擬經(jīng)A/D變換得數(shù)字；數(shù)字經(jīng)D/A變換得模擬。6.數(shù)字信號(hào)處理通俗地講，處理就是加工，因數(shù)字信號(hào)常表示成序列，加工實(shí)際上就是相加、相乘和位移。二.數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)科概貌（研究?jī)?nèi)容）1.信號(hào)的采集實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)字化，包括取樣、量

6、化。2.信號(hào)的分析信號(hào)描述與運(yùn)算，各種變換，時(shí)、頻域分析。3.系統(tǒng)分析線性系統(tǒng)與非~，時(shí)變系統(tǒng)與非~，線性時(shí)（移）不變系統(tǒng)，因果系統(tǒng)與非~，線性時(shí)（移）不變因果系統(tǒng)。4.快速算法FFT,WFT,快速卷積、相關(guān)算法。5.數(shù)字濾波技術(shù)(1)IIR數(shù)字濾波器的分析與設(shè)計(jì)；(2)FIR數(shù)字濾波器的分析與設(shè)計(jì)。6.信號(hào)的頻譜分析與估值確定信號(hào)：譜分析；隨機(jī)信號(hào)：相關(guān)計(jì)算、譜估計(jì)。7.特殊算法反卷積，信號(hào)重構(gòu)。8.數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)(1)在通用微機(jī)上，用軟件實(shí)現(xiàn);(2)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn);(3)專用數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP。三.

7、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成1.框圖前置預(yù)濾波器A/D變換器數(shù)字信號(hào)處理器D/A變換器模擬濾波器y(n)y(t)2.各單元的作用前置預(yù)濾波器：濾除高于某一頻率的信號(hào)，防混迭。A/D變換器：完成抽樣和量化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。如下圖所示：-30123435474nT2T-1數(shù)字信號(hào)處理器：y(n)01234nD/A變換器：模擬濾波器：0y(t)四.數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)精度高模擬系統(tǒng)：由元器件確定（10-3）；數(shù)字系統(tǒng)：由字長(zhǎng)確定。2.靈活性高數(shù)字系統(tǒng)的性能主要由乘法器的系數(shù)決定。3.可靠性高只有“0”和“1”兩個(gè)電平，受溫

8、度噪聲影響小。4.容易集成規(guī)范性高，電路參數(shù)要求不高。5.時(shí)分復(fù)用數(shù)字信號(hào)處理器同步多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)輸出輸入......6.可獲得高性能指標(biāo)如頻譜分析：模擬方法10Hz;數(shù)字方法10-3Hz.7.便于二維與多維處理用存儲(chǔ)一幀或數(shù)幀圖象信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二、多維處理。8.速度不夠高，工作頻率也不夠高幾十MHz以下。五.本課程的特點(diǎn)1.數(shù)學(xué)工具多微積分，概率統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過(guò)程，高等代數(shù)，數(shù)值分析，積分變換，復(fù)變函數(shù)