數(shù)字信號(hào)處理講義-緒論.doc

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1、第1章?緒?論[教學(xué)目的]1．介紹數(shù)字信號(hào)課程的應(yīng)用、歷史、發(fā)展趨勢(shì)2．復(fù)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)[教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)]重點(diǎn)：前沿領(lǐng)域的介紹。難點(diǎn)：概述性的介紹和知識(shí)的回顧，無難點(diǎn)。一、本課程簡(jiǎn)介數(shù)字信號(hào)處理(DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式

2、。數(shù)字信號(hào)處理是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來的。數(shù)字信號(hào)處理在理論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。反過來，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。數(shù)字信號(hào)處理是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具，與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。近來新興的一些學(xué)科，如人工智能、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f，數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自

3、己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。數(shù)字信號(hào)處理（DSP）是一門正在生氣勃勃迅速發(fā)展的學(xué)科。隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展，DSP在理論和應(yīng)用方面不斷地發(fā)展和完善，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域中迅速取代傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理方法，并且還開辟出許多新的應(yīng)用領(lǐng)域?；诟咚贁?shù)字計(jì)算機(jī)和超大規(guī)模數(shù)字集成電路的新算法、新實(shí)現(xiàn)技術(shù)、高速器件、多維處理和新的應(yīng)用成為DSP學(xué)科發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。由于DSP應(yīng)用非常廣泛（如，生物醫(yī)學(xué)工程，聲學(xué)，雷達(dá)，地震，通信等），各個(gè)領(lǐng)域都需要大量高素質(zhì)的DSP研究開發(fā)人才，所以數(shù)字信號(hào)處理課程得到學(xué)術(shù)界和大專院校的高度

4、重視，并達(dá)到高度發(fā)展和逐步完善的水平。數(shù)字信號(hào)處理是用數(shù)字或符號(hào)的序列來表示信號(hào)，通過數(shù)字計(jì)算機(jī)去處理這些序列，提取其中的有用信息。例如，對(duì)信號(hào)的濾波，增強(qiáng)信號(hào)的有用分量，削弱無用分量；或是估計(jì)信號(hào)的某些特征參數(shù)等。總之，凡是用數(shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)、檢測(cè)和識(shí)別等都是數(shù)字信號(hào)處理的研究對(duì)象。DSP學(xué)科的基本理論是基于經(jīng)典的數(shù)值分析技術(shù)和20世紀(jì)40—50年代發(fā)展起來的采樣理論發(fā)展完善，并已經(jīng)自成體系，成為一門獨(dú)立的學(xué)科。自從1969年第一本數(shù)字信號(hào)處理專著出版以來，陸續(xù)出版了許多數(shù)字信號(hào)處理著作和教材，數(shù)字信號(hào)處理課程也陸續(xù)在一些世界著名大學(xué)

5、開設(shè)。目前，國(guó)內(nèi)所有大學(xué)的電子信息、通信和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的本科生和碩士研究生都開設(shè)數(shù)字信號(hào)處理課程。而且是相關(guān)專業(yè)本科生的主要必修課和研究生的學(xué)位課。是電子信息類大多數(shù)專業(yè)博士生的入學(xué)考試課程之一。二、數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用，歷史與發(fā)展趨勢(shì)2．1一些基本概念：數(shù)字信號(hào)處理――用數(shù)字的方式對(duì)數(shù)字形式的信號(hào)進(jìn)行處理；數(shù)字信號(hào)－－用數(shù)字或符號(hào)的序列表示信號(hào)；數(shù)字方式――在Computer或ASIC中用數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理（如：濾波、檢測(cè)、參數(shù)提取、頻譜分析等）；目的――將信號(hào)改變成某種需要的形式。DSP――狹義理解可為數(shù)字信號(hào)處理器（DigitalSignalPro

6、cessor）；廣義理解可為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DigitalSignalProcessing）。本課程我們討論的DSP的概念是指廣義的理解。2．2數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用在過去的數(shù)十年中，數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的領(lǐng)域，無論理論上還是技術(shù)上都有非常重要的發(fā)展。由于工業(yè)上開發(fā)和利用廉價(jià)的硬件和軟件，使不同領(lǐng)域的新工藝和新應(yīng)用現(xiàn)在都想利用DSP算法，使它成為本科教學(xué)內(nèi)容。其應(yīng)用領(lǐng)域有：1、濾波——選頻濾波如：多正弦信號(hào)：2．回波對(duì)消（來自遠(yuǎn)方的輸入信號(hào)既耦合至耳機(jī)，又耦合至話筒傳回去，產(chǎn)生回聲）對(duì)消方法：（將輸入一方面輸入混合線圈，另一方面又輸入自適應(yīng)濾波器與泄露至話筒的回聲進(jìn)行對(duì)

7、消）3．語(yǔ)音處理v均衡;v編碼與壓縮v多聲道模擬、混響效果4.信號(hào)預(yù)測(cè)5.語(yǔ)音傳輸6.圖象處理:邊沿檢測(cè)另外在通信電視雷達(dá)聲納–有源聲納信號(hào)處理–無源聲納信號(hào)處理地球物理學(xué)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理音樂等其它領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用2．3DSP的發(fā)展歷史1．理論基礎(chǔ)（經(jīng)典數(shù)值計(jì)算or計(jì)算數(shù)學(xué)）：17thCentury->18thCentury中葉發(fā)展起來；2．DSP獨(dú)立學(xué)科的形成：20thCentury40～50Generations，迅速發(fā)展：60年代中期；3．FFT對(duì)DSP迅速發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用：1965年，J.W.Cooley&J.W.Tukey提出了FFT（Fast