西交大数字信号处理课件-0绪论.ppt

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1、绪论 一.数字信号处理的基本概念 二.数字信号处理的学科概貌（研究内容）三.数字信号处理系统的基本组成 四.数字信号处理的特点 五.本课程的特点 六.讲授内容与参考书 一.数字信号处理的基本概念1.1.信号信号2.2.信号分类信号分类3.3.模拟信号模拟信号4 4.数字信号数字信号5 5.二者关系二者关系6 6.数字信号处理数字信号处理一、数字信号处理的基本概念 数字信号处理是当前信息处理技术中十分活跃的一个分支。传统的信号处理：连续时间信号与系统数字信号处理：基于离散时间信号与系统，对样本序列进行处理，即信号的波形用样本序列表示，并用数字的方式去处理这些序列。具体来说，凡是用数字的方式对信号

2、进行滤波、变换、解调、增强、压缩、估计、识别等处理都属于数字信号处理的范畴。数字信号处理作为一门新的学科而真正出现却是在1965年Cooley和Tukey提出快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)之后。FFT算法与莱维逊(Levinson)自回归谱估计算法形成了数字信号处理现代算法的两大支柱。数字信号处理的基础理论中引入了自动控制领域中的采样数据控制(Sampled Data Control)的变换分析方法 为了描述采样控制系统的输入输出特性，用拉普拉斯变换在s平面上分析连续时间信号与系统的特性 利用z 变换可以得到离散时间系统在z 平面上的特性，使得我们能通过

3、模拟滤波器变换来设计数字滤波器。对输入样本序列进行时域或频域的处理可以实现有限冲击响应数字滤波器的设计，进而形成数字滤波器完整的设计体系。DSP(Digital Signal Processing)是近几十年发展起来的一门新兴学科。DSP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的一门学科。1、信号 信号 是传输信息的函数，是信息的物理表现形式；而信息是信号的具体内容，通俗地讲，信息就是有用的消息。信息 是一个十分抽象而又复杂的概念，它包含在消息之中，是通信系统中传送的对象，是客观世界的第三要素；其特点是无形的，可

4、共享的，无限的，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。依变量个数：一维、二维、多维（矢量）信号。依周期性：周期信号x(t)=x(t+kT);非周期信号。依是否为确定函数：确定信号；随机信号。依能量或功率是否有限：能量信号；功率信号。无论是用模拟方法还是用数字方法，都是将所研究的信号先变成电信号，即所谓模拟信号。因此，可把信号分为模拟信号和数字信号两类。3.模拟信号 用电压或电流去模拟其他物理量，如声音、温度、压力、图象等所得到的信号。4.数字信号 在时间上和幅度上都是离散的信号。它可由模拟信号经离散和量

5、化得到，亦可客观存在。本质上，它只是一系列的“数”。5.两者关系 模拟经A/D变换得数字；数字经D/A变换得模拟。6.数字信号处理 通俗地讲，处理就是加工，因数字信号常表示成序列，加工实际上就是相加、相乘和位移。二二.数字信号处理的学科概貌（研究内容）数字信号处理的学科概貌（研究内容）1.1.信号的采集信号的采集 实现信号的数字化，包括取样、量化实现信号的数字化，包括取样、量化。2.2.信号的分析信号的分析 信号描述与运算，各种变换，时、频域分析。信号描述与运算，各种变换，时、频域分析。3.3.系统分析系统分析 线性系统与非线性系统与非，时变系统与非，时变系统与非，线性时（移），线性时（移）不

6、变系统，因果系统与非不变系统，因果系统与非，线性时（移）不变因果系线性时（移）不变因果系统。统。4.4.快速算法快速算法 FFT,WFT,FFT,WFT,快速卷积、相关算法。快速卷积、相关算法。5.5.数字滤波技术数字滤波技术(1)(1)IIRIIR数字滤波器的分析与设计；数字滤波器的分析与设计；(2)(2)FIRFIR数字滤波器的分析与设计。数字滤波器的分析与设计。6.6.信号的频谱分析与估值信号的频谱分析与估值 确定信号：谱分析；随机信号：相关计算、确定信号：谱分析；随机信号：相关计算、谱估计。谱估计。7.7.特殊算法特殊算法 反卷积，信号重构。反卷积，信号重构。8.8.数字信号处理的实现

7、数字信号处理的实现(1)(1)在通用微机上，用软件实现在通用微机上，用软件实现;(2)(2)用单片机实现用单片机实现;(3)(3)专用专用数字信号处理芯片数字信号处理芯片DSDSP P。三.数字信号处理系统的基本组成1.框图前置预滤波器A/D变换器数字信号处理器D/A变换器模拟滤波器y(n)y(t)2.2.各单元的作用各单元的作用 前置预滤波器：前置预滤波器：滤除高于某一频率的信号，防混迭。滤除高于某一频率的信号，防混迭。A/DA/D变换器：变换器：完成抽样和量化，实现数字化。如下完成抽样和量化，实现数字化。如下图所示：图所示：-301 2 3 435474nT2T-1数字信号处理器：数字信号

8、处理器：y(n)01 2 3 4n D/A D/A变换器：变换器：模拟滤波器：模拟滤波器：0y(t)四四.数字信号处理的特点数字信号处理的特点1.精度高精度高 模拟系统：由元器件确定（模拟系统：由元器件确定（1010-3-3）；数字系）；数字系统：由字长确定。统：由字长确定。2.2.灵活性高灵活性高 数字系统的性能主要由乘法器的系数决定。数字系统的性能主要由乘法器的系数决定。3.3.可靠性高可靠性高 只有只有“0 0”和和“1 1”两个电平，受温度噪声两个电平，受温度噪声影响小。影响小。4.4.容易集成容易集成 规范性高，电路参数要求不高。规范性高，电路参数要求不高。5.5.时分复用时分复用数

9、字信号处理器同步多路开关多路开关输出输入.6.6.可获得高性能指标可获得高性能指标 如频谱分析：模拟方法如频谱分析：模拟方法1010Hz;Hz;数字方法数字方法1010-3-3Hz.Hz.7.7.便于二维与多维处理便于二维与多维处理 用存储一帧或数帧图象信号，实现二、多维用存储一帧或数帧图象信号，实现二、多维 处理。处理。8.8.速度不够高，工作频率也不够高速度不够高，工作频率也不够高 几十几十MHzMHz以下。以下。五五.本课程的特点本课程的特点 1.1.数学工具多数学工具多 微积分，概率统计，随机过程，高等代数，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。数值分析

10、，积分变换，复变函数等。2.2.要求基础强要求基础强 网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。3.3.与其它学科密切相连与其它学科密切相连 与最优控制、通信理论、故障诊断、计算机、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、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。神经网络等新兴学科的理论基础之一。六六.讲授内容与参考书讲授内容与参考书 经典的：经典的：1.1.A.V.Oppenheim A.V.Oppenheim，“Digital Signal ProcessingDigital

11、Signal Processing”,1975.1975.中译本有多种中译本有多种2.2.W.D.Stanley ,W.D.Stanley ,“Digital Signal ProcessingDigital Signal Processing”,1975.1975.中译本常迥译中译本常迥译1979.1979.3.3.黄顺吉等，黄顺吉等，数字信号处理及其应用数字信号处理及其应用 ,国防国防 工业出版社，工业出版社，1982 19824.4.邹理和，邹理和，吴北熊等，吴北熊等，,数字信号处理数字信号处理,上、下册上、下册,国防国防工业出版社工业出版社,1985 1985.5.5.何振亚何振亚 ，

12、数字信号处理的理论与应用数字信号处理的理论与应用 ，上、下册，上、下册，人民邮电出版社，人民邮电出版社，1985 1985.研究生用：研究生用：6.6.胡广书，胡广书，数字信号处理数字信号处理-理论理论 算法与实现算法与实现 清华清华大学出版社，大学出版社，19971997.7.7.张张贤贤达达 ，现代信号处理，现代信号处理，清华大学清华大学 1996 1996.8.8.王宏禹，随机数字信号处理，国防工业出版社，王宏禹，随机数字信号处理，国防工业出版社，1994.1994.9.9.程乾生，信号数字处理的数学原理，石油工业出版社程乾生，信号数字处理的数学原理，石油工业出版社（第（第2 2版），版

13、），1993.1993.较新的较新的 10.10.吴镇扬，数字信号的原理与实现，东吴镇扬，数字信号的原理与实现，东 南大学，南大学，1997.1997.11.11.赵尔沅等，数字信号处理实用教程，人民邮电，赵尔沅等，数字信号处理实用教程，人民邮电，1999.1999.12.12.姚天任等，现代数字信号处理，华中理工，姚天任等，现代数字信号处理，华中理工，1999.1999.13.13.丁玉美等，数字信号处理，西安电子科大，丁玉美等，数字信号处理，西安电子科大，（第（第2 2版），版），2001.2001.14.14.A.V.A.V.奥本海姆，奥本海姆，R.W.R.W.谢弗著，黄建国等译，谢弗著

14、，黄建国等译，离散时间信号处理，科学出版社，离散时间信号处理，科学出版社，2000.2000.15.15.程佩青，数字信号处理教程，清华大学出版社程佩青，数字信号处理教程，清华大学出版社.16.16.郑南宁等，数字信号处理，清华大学出版社，郑南宁等，数字信号处理，清华大学出版社，2007.2007.英文原版：英文原版：15.S.J.Orfanidis,Introduction to signal processing,Copyright 1996 by Prentice Hell Comp.16.S.K.Mitra,Digital signal processing a computer-based approach,second edition,Copyright 2001 by McGraw-Hill Comp.