數(shù)字信號(hào)處理的基本概念

1、 緒論一. 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 DSP(Digital Signal Processing)是近幾十年發(fā)展起來的一門新興學(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，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)是無形的，可共享的，無限的，可度量的

2、。 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)。 無論是用模擬方法還是用數(shù)字方法，都是將所研究的信號(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

3、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（研究內(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）不變因果系線性時(shí)（移）不變因果系 統(tǒng)。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

4、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. 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)(txa)(tya)(nx2. 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：-301 2 3 435474nT2T)(txa)(nxt-

5、1數(shù)字信號(hào)處理器：y(n)01 2 3 4n)()(nynx D/A變換器： 模擬濾波器：0y(t) (tya四. 數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)1. 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)處理器同步多路開關(guān)多路開關(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)一禎或數(shù)禎圖象信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二、多維 處理。8. 速度不夠高，工作

6、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)過程，高等代數(shù)， 數(shù)值分析，積分變換，復(fù)變函數(shù)等。 2. 要求基礎(chǔ)強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)是本課程的理論基礎(chǔ)。 3. 與其它學(xué)科密切相連 與最優(yōu)控制、通信理論、故障診斷、計(jì)算機(jī)、 微電子技術(shù)不可分，又是人工智能、模式識(shí)別、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)之一。六. 講授內(nèi)容與參考書 經(jīng)典的：經(jīng)典的： 1. A.V.Oppenheim ，“Digital Signal Processing” , 1975. 中譯本有多種2. W.D.Stanley , “Digital Signal Processing”

7、, 1975.中譯本常迥譯1979.3. 黃順吉等， 數(shù)字信號(hào)處理及其應(yīng)用 , 國防 工業(yè)出版社， 19824. 鄒理和， 吳北熊等，, 數(shù)字信號(hào)處理, 上、下冊(cè), 國防工業(yè)出版社, 1985. 5.何振亞 ， 數(shù)字信號(hào)處理的理論與應(yīng)用 ， 上、下冊(cè)， 人民郵電出版社， 1985. 研究生用：研究生用：6.胡廣書， 數(shù)字信號(hào)處理-理論 算法與實(shí)現(xiàn) 清華大學(xué)出版社，1997.7. 張貿(mào)達(dá) ， 現(xiàn)代信號(hào)處理， 清華大學(xué) 1996.8.王宏禹，隨機(jī)數(shù)字信號(hào)處理，國防工業(yè)出版社，1994.9.程乾生，信號(hào)數(shù)字處理的數(shù)學(xué)原理，石油工業(yè)出版社（第2版），1993. 較新的：較新的： 10.吳鎮(zhèn)揚(yáng)，數(shù)字信號(hào)的原理與實(shí)現(xiàn)，東 南大 學(xué)，1997. 11.趙爾沅等，數(shù)字信號(hào)處理實(shí)用教程，人民郵 電，1999. 12.姚天任等，現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理，華中理工， 1999. 13.丁玉美等，數(shù)字信號(hào)處理，西安電子科大， （第2版），2001. 14.A.V.奧本海姆，R.W.謝弗著，黃建國等譯， 離散時(shí)間信號(hào)處理，科學(xué)出版社，2000.英文原版：英文原版： 15. S.J.Orfanidis, Introduction to signal processing, Copyright 1996 by Prentice Hel