現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理1齊齊哈爾大學(xué)

1、1現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理2課程內(nèi)容和意義 本課程主要討論基于信號(hào)模型的分析和濾波基于信號(hào)模型的分析和濾波的基本理論和基本方法，以自適應(yīng)濾波器和現(xiàn)代自適應(yīng)濾波器和現(xiàn)代譜估計(jì)譜估計(jì)為核心內(nèi)容，并介紹現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的新技術(shù)。 該課程為眾多信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域打下理論基礎(chǔ)，包括通信、聲學(xué)、圖像、雷達(dá)、聲納、生物醫(yī)學(xué)、地球物理等領(lǐng)域的信號(hào)處理。 3前導(dǎo)課程 相關(guān)課程 數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理 概率論概率論, ,隨機(jī)信號(hào)分析隨機(jī)信號(hào)分析 線性代數(shù)線性代數(shù) 統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理 檢測(cè)與估計(jì)檢測(cè)與估計(jì) 信號(hào)處理中的小波變換信號(hào)處理中的小波變換 陣列信號(hào)處理陣列信號(hào)處理 4授課對(duì)象通信與信息系統(tǒng)電子與通信工程碩士

2、研究生 5教學(xué)內(nèi)容v 背景知識(shí)-數(shù)字信號(hào)處理方法與應(yīng)用v Wiener 濾波v Kalman 濾波v 自適應(yīng)濾波v 確定性信號(hào)譜估計(jì)v 平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)功率譜估計(jì)v 模型譜估計(jì)v 高分辨率譜估計(jì)v 非線性非高斯貫序?yàn)V波方法6參考資料張賢達(dá)：現(xiàn)代信號(hào)處理（第二版），清華大學(xué)出版社，2002V.K.Ingle and S.M.Kogon,: Statistical and Adaptive Signal Processing, McGraw-Hill, 2000 統(tǒng)計(jì)與自適應(yīng)信號(hào)處理，周正等譯，電子工業(yè)出版社,2003年 吳正國(guó)等: 現(xiàn)代信號(hào)處理處理技術(shù)高階譜、時(shí)頻分析與小波變換, 武漢大學(xué)出版社,2

3、003張賢達(dá)，現(xiàn)代信號(hào)處理習(xí)題與解答，清華大學(xué)出版社，2003 7緒論一一. 信號(hào)處理？信號(hào)處理？inputoutput)(tx)(tyProcessing接收信號(hào)-作出反應(yīng)-產(chǎn)生結(jié)果信號(hào)：t 連 +(x ?) - 模擬 t 斷 + x 數(shù)字化 -數(shù)字8緒論二二. 數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理(DSP)？inputoutput)(tx)(tyProcessing信號(hào)： , t 斷 + 幅值數(shù)字化 -采樣系統(tǒng)（核心）：數(shù)字處理（數(shù)字器件，程序）)(nx)(ny)(nx)(ny9緒論三三. DSP的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì)精度高（10-310-5）；可靠性好；可集成；靈活；成本低；適用性廣；等等。四. DSP的應(yīng)用

4、的應(yīng)用通信，圖像處理，語(yǔ)音處理，雷達(dá)，儀表，控制，家電， 等等請(qǐng)大家回去找一些實(shí)際的應(yīng)用事例請(qǐng)大家回去找一些實(shí)際的應(yīng)用事例10緒論11緒論12緒論13第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)一一 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)1.1 定義：1. 時(shí)間（空間）離散化2. 幅值量化（離散化）3. 有序1415第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 獲?。?.2 數(shù)字信號(hào)的獲取數(shù)字信號(hào)的獲取 1 模擬信號(hào)采樣 A/D 2 直接采集 信號(hào)本身就是以數(shù)字形式出現(xiàn)的 X(t) X(n) T 1617第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 典型序列1.3 典型序列典型序列 1.3.1 單位脈沖序列 1.3.2 單位階躍序列 o

5、thersnn,00,1)(othersnnu,00,1)(18第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 典型序列)1.3 典型序列典型序列 1.3.3 矩形序列 1.3.4 實(shí)指序列 othersNnnRN,010,1)()(nuan19第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 典型序列1.3 典型序列典型序列 1.3.5 正弦序列 20第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 一 數(shù)字信號(hào) 表示1.4 表示表示特點(diǎn)：數(shù)字序列-數(shù)列（有序, 離散, 數(shù)值）1. 集合X=, x(-2), x(-1), x(0), x(1), x(2), X=x(n);- n+ 2. 通項(xiàng)表示X(n)=(1/2)n, -

6、 n0, 右移； m0,；左移 1.5.4 折疊（反折）折疊（反折） kknkxnx)()()( , Nn 0 )()(nxnz ， 0nN 26第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 1.6 周期）1.6 周期周期 kknkxnx)()()( , n )()(rNnxnx 滿足上式的最小整數(shù) N 為序列的周期。 正弦序列的周期： )sin()(nnx，n 當(dāng)且僅當(dāng)： 2 為一有理數(shù)時(shí)，才有周期。 例如： 16/2， 周期： N=16 32/2， 周期： N=32 4/3, 周期: 不存在 27第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) （一 數(shù)字信號(hào) 1.6 能量）1.6 能量能量 kknkxnx)()

7、()( , n nnxE)(2 28第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 二 離散時(shí)間系統(tǒng)二 離散時(shí)間系統(tǒng) 2.1 定義 嚴(yán)格（數(shù)學(xué)語(yǔ)言） ： 映射、變換 y(n)=Tx(n) x(n) y(n) 處理 T 29第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 二 離散時(shí)間系統(tǒng) 分類2.2 系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 2.2.1 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) 滿足疊加定理： y1(n)=Tx1(n)； y2(n)=Tx2(n)； Tax1(n)+b x2(n)=a Tx1(n)+bT x2(n)=a y1(n)+b y2(n)； kknkxnx)()()( kkkkknkxknTkxknkxTknkxTnxTnyh)()()()()()( )()

8、()()( 30第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 二 離散時(shí)間系統(tǒng) 分類2.2.2 時(shí)不變（非移變）時(shí)不變（非移變） 響應(yīng)的結(jié)果與信號(hào)的時(shí)延無關(guān) 若： kknkxnx)()()(， y(n)=Tx(n) 則： y(n-k)=Tx(n-k) 設(shè)： )()(nTnh 脈沖響應(yīng) 則： )()(knTknh 線性時(shí)不變系統(tǒng)響應(yīng)： kkkkknhkxknTkxknkxTknkxTnxTny)()()()()()( )()()()( 31第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 3.1 系統(tǒng)的頻率相應(yīng)系統(tǒng)的頻率相應(yīng) 三三 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域表示離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域表示 3.1 系統(tǒng)的頻率相應(yīng)系統(tǒng)的頻率相應(yīng)

9、 ejwnnx)(, n 求： y(n) 直接按下式求解： rrjnjrrnjrknrkeeerhrhrhrnxknhkxny)()()()()()()()( 令： kkjjeekhH)()(， eenjjHny)()( x(n)=ejwn y(n) 處理 T 32第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 系統(tǒng)頻率響應(yīng)ejwnnx)(, n 令： kkjjeekhH)()(， eenjjHny)()( 特點(diǎn)： 1. 形式：輸入：復(fù)指數(shù)-輸出：復(fù)指數(shù)-； 2. 頻率：相同； 3. 幅度： - )(ejH 4. 相位： - )(ejH 定義： 系統(tǒng)的頻率相應(yīng) nnjjeenhH)()( 33第一章 離

10、散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 系統(tǒng)頻率響應(yīng)定義： 系統(tǒng)的頻率相應(yīng) nnjjeenhH)()( 特點(diǎn)： 1. 復(fù)數(shù)： eeeejHjArgjjHH)()()( 幅值：)(ejH - 幅頻特性； 相位：)(ejHArg -相頻特性； 群時(shí)延： dHArgdejg)()( 2. 連續(xù)、周期: 2 )()()()()2()2(eeeejnnjnnjjHnhnhH 34第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 序列的頻域表示（付里葉變換）序列的頻域表示（付里葉變換） 3.2 序列的頻域表示（付里葉變換）序列的頻域表示（付里葉變換） 321 定義：定義： 付里葉變換：付里葉變換： )()()(nxFnxXnnj

11、jee 一般條件： nnx)( 付里葉反變換：付里葉反變換： dXnxeenjj)(21)( 例子： 理想遞同濾波器： 0,0,1)(cjeH nndnhcnjccesin21)( 3536第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 付里葉變換付里葉變換 特性特性 3.2.2 序列付里葉變換的特性序列付里葉變換的特性 付里葉變換：付里葉變換： )()()(nxFnxXnnjjee 1 線性線性 )()()()()()()()(nyFnxFnynxnynxnynxFnnjnnjnnjeee 2 移序移序 )()()()()()(nxFRxknxknxknxFeeeeeekjrrjkjnknjkjnnj

12、 37第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 付里葉變換付里葉變換 特性特性 3.2.2 序列付里葉變換的特性序列付里葉變換的特性 付里葉變換：付里葉變換： )()()(nxFnxXnnjjee 3 頻率移序頻率移序 )()()()()()(0000eeeeejnnjnnjnjnjXnxnxnxF 4 對(duì)稱性對(duì)稱性 P16 共扼對(duì)稱：共扼對(duì)稱： x(n)=x*(-n) 共扼反對(duì)稱：共扼反對(duì)稱： x(n)=-x*(-n) 38第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 付里葉變換付里葉變換 輸出、輸出、3.3 系統(tǒng)響應(yīng)的頻域表示系統(tǒng)響應(yīng)的頻域表示 付里葉變換：付里葉變換： )()()(nxFnxXnnj

13、jee 響應(yīng)：響應(yīng)：kknhkxnhnxny)()()(*)()( )()()()()() )()()()()()()(eeeekxeeeejjkknjnkjkkjknjnnnjkjHXknhknhkxknhkxnyFY p17 39第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 三 頻域 系統(tǒng)頻率響應(yīng)3.4 系統(tǒng)的頻率相應(yīng)系統(tǒng)的頻率相應(yīng) -差份方程差份方程 )()()(nhFnhHnnjjee 差分方程： MrrNkkrnxknyba00)()( MrjrjrjkjNkkeebeeaXY00)()( NkkjkMrrjrjjjeaebeeeXYH00)()()( 決定于系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù) 40第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 四 A/D四四 離散信號(hào)與連續(xù)信號(hào)的聯(lián)系（離散信號(hào)與連續(xù)信號(hào)的聯(lián)系（A/D） 4.1 A/D nananaasnTtnTnTttnTtttMttxxxxx)()()()()()()()()( 3. Xa(t) Xs(t) 量化 Xn(t) T Xa(t) Xs(t) 調(diào)制 M(t)=)(tT 4142第一章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 四 AD 采樣定理4.2 采樣定理采