數(shù)字信號處理DigitalSignalProcessing.ppt

1、a,1,數(shù)字信號處理Digital Signal Processing,信息學院伍小芹 ,a,2,主要講授內(nèi)容,第0章 緒論 第1章 離散時間信號與系統(tǒng) 第2章 Z變換 第3章 離散Fourier變換(DFT) 第4章 快速Fourier變換(FFT) 第5章 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 第6章 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 第7章 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 第8章 數(shù)字信號處理中的有限字長效應(yīng),a,3,主要參考書,Sanjit K.Mitra . Digital Signal Processing: A computer-based approach. McGraw-Hill Companies.清華大學

2、出版社,2000. A.V.奧本海姆.離散時間信號處理.西安交大出版社,1999. 劉樹棠譯.數(shù)字信號處理-使用MATLAB實現(xiàn).西安交大出版社,2002. 陳后金.數(shù)字信號處理。高等教育出版社，2004.,a,4,課程考核標準,作業(yè)10 考勤10 實驗10 期終考試70,a,5,緒論,基本概念 基本組成 實現(xiàn)方法 數(shù)字信號處理的特點 應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)展歷史,a,6,1. 基本概念,信息科學 信號 信號分類 模擬信號 數(shù)字信號 數(shù)字信號處理,a,7,信息科學 信息科學是研究信息的獲取、傳輸、處理和利用的一門科學。 信號 是信息的表現(xiàn)形式。（而信息則是信號所含有的具體內(nèi)容）,a,8,信號的分類 依載

3、體：電信號、磁信號、聲信號、光信號、熱信號、機械信號。 依變量個數(shù)：一維、二維、多維（矢量）信號。 依周期性：周期信號x(t)=x(t+kT); 非周期信號。 依是否為確定函數(shù)：確定信號；隨機信號。 依能量或功率是否有限：能量信號；功率信號。 依時間和幅度是否連續(xù)：模擬信號；數(shù)字信號。,a,9,模擬信號 自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是1D，2D或者多維的，一般認為自變量是時間 數(shù)字信號 時間上和幅度上都是離散的信號，可以用數(shù)字序列表示 語音，圖像,a,10,數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算方法對數(shù)字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。 理論基礎(chǔ)，其中最主要的是離散時間信號

4、和離散時間系統(tǒng)理論以及一些數(shù)學理論。,a,11,2. 基本組成,a,12,a,13,a,14,3. 實現(xiàn)方法（軟硬兼有）,(1) 在通用的計算機（如PC機）上用軟件（如Fortran、C語言）實現(xiàn)；速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬 (2) 在通用計算機系統(tǒng)中加上專用的加速處理機實現(xiàn)；專用性強，不便于系統(tǒng)的獨立運行 (3) 用通用的單片機（如MCS-51、96系列等）實現(xiàn)。 這種方法可用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理，如數(shù)字控制等；只適用于實現(xiàn)簡單的DSP算法 (4) 用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)。 與單片機相比，DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理算

5、法；應(yīng)用較多,a,15,(5) 用專用的DSP芯片實現(xiàn)。 在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實現(xiàn)，例如專用于FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)等算法的DSP芯片，這種芯片將相應(yīng)的信號處理算法在芯片內(nèi)部用硬件實現(xiàn)，無需進行編程。專用性強,a,16,4. 數(shù)字信號處理特點,精度高：在模擬系統(tǒng)的電路中，元器件精度要達到10-3以上已經(jīng)不容易了，而數(shù)字系統(tǒng)17位字長可以達到10-5的精度，這是很平常的。例如，基于離散傅里葉變換的數(shù)字式頻譜分析儀，其幅值精度和頻率分辨率均遠遠高于模擬頻譜分析儀。 靈活性強：數(shù)字信號處理采用了專用或通用的數(shù)字系統(tǒng)，其性能取決于運算程序和乘法器的各系數(shù)

6、，這些均存儲在數(shù)字系統(tǒng)中，只要改變運算程序或系數(shù)，即可改變系統(tǒng)的特性參數(shù)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。,a,17,可以實現(xiàn)模擬系統(tǒng)很難達到的指標或特性：例如：有限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)嚴格的線性相位；在數(shù)字信號處理中可以將信號存儲起來，用延遲的方法實現(xiàn)非因果系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的性能指標；數(shù)據(jù)壓縮方法可以大大地減少信息傳輸中的信道容量。 可以實現(xiàn)多維信號處理：利用龐大的存儲單元，可以存儲二維的圖像信號或多維的陣列信號，實現(xiàn)二維或多維的濾波及譜分析等。,a,18,缺點1：增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，它需要模擬接口以及比較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)； 缺點2：應(yīng)用的頻范圍受到限制，主要是A/D轉(zhuǎn)換的采樣頻率的限

7、制； 缺點3：系統(tǒng)的功率消耗比較大。數(shù)字信號處理系統(tǒng)中集成了幾十萬甚至更多的晶體管，而模擬信號處理系統(tǒng)中大量使用的是電阻、電容、電感等無源器件，隨著系統(tǒng)的復(fù)雜性增加這一矛盾會更加突出。,a,19,5.數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域,語音處理 語音信號分析 語音合成 語音識別 語音增強 語音編碼 圖像處理：恢復(fù)，增強，去噪，壓縮 通信：信源編碼，信道編碼 ，多路復(fù)用，數(shù)據(jù)壓縮 電視 ：高清晰度電視，可視電話，視頻會議 雷達：對目標探測，定位，成像,a,20,聲納 有源聲納信號處理 無源聲納信號處理 地球物理學 生物醫(yī)學信號處理 音樂 其它領(lǐng)域,a,21,6.數(shù)字信號處理學科的發(fā)展歷史,理論基礎(chǔ)（經(jīng)典數(shù)值

8、計算or計算數(shù)學）： 17th Century-18th Century 中葉發(fā)展起來； DSP獨立學科的形成：20th Century 4050s， 迅速發(fā)展：60年代中期；（FFT和數(shù)字濾波器設(shè)計） FFT對DSP迅速發(fā)展起了極大的推動作用： 1965年，J.W.Cooley & J.W.Tukey提出了FFT（Fast Fourier Transform），很快得到了推廣應(yīng)用；,a,22,數(shù)字濾波器（Digital Filter）設(shè)計方法的研究是DSP迅速發(fā)展的另一個標志，40年代60年代中期，形成了完整的理論基礎(chǔ)（FIR & IIR）； 有限沖擊響應(yīng)（FIRFinite Impulse

9、 Response）； 無限沖擊響應(yīng)（IIRInfinite Impulse Response）； 三個著名的DSP實驗室： Bell實驗室、IBM的Watson實驗室、MIT的Lincoln實驗室。,a,23,由簡單的運算走向復(fù)雜的運算，目前幾十位乘幾十位的全并行乘法器可以在數(shù)十納秒的時間內(nèi)完成一次浮點乘法運算，這無論在運算速度上和運算精度上均為復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法提供了先決條件； 由低頻走向高頻，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率已高達數(shù)百兆赫，可以將視頻甚至更高頻率的信號數(shù)字化后送入計算機處理； 由一維走向多維，像高分辨率彩色電視、雷達、石油勘探等多維信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域已與數(shù)字信號處理結(jié)下了不解之緣。,發(fā)展特點,a,24,各種數(shù)字信號處理系統(tǒng)均幾經(jīng)更新?lián)Q代：在圖像處理方面，圖像數(shù)據(jù)壓縮是多媒體通信、影碟機(VCD或