數(shù)字信號處理Discrete Time Signal Processing

1、數(shù)數(shù) 字字 信信 號號 處處 理理Discrete Time Signal Processing1 教材: 數(shù)數(shù) 字字 信信 號號 處處 理理 （修訂版） 大學(xué)出版社，1997 參考教材：Discrete Time Signal Processing Alan V.Oppenheim & Ronald W.Schafer 2nd Edition, Prentice-Hall，2001基本信息基本信息2 第一講第一講 引言引言 內(nèi)容內(nèi)容: 信號定義信號定義 信號分類信號分類 典型信號典型信號 信號處理信號處理 離散時(shí)間信號處理（離散時(shí)間信號處理（DTSP）和數(shù)字信號處理（）和數(shù)字信號處理

2、（DSP） DSP的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) DSP的應(yīng)用的應(yīng)用 本課程概要本課程概要信號和系統(tǒng)概念信號和系統(tǒng)概念3A. 信號概述信號概述 信號信號: 信號是一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù), 該函數(shù)含有物理系統(tǒng)的信息 或表示物理系統(tǒng)狀態(tài)或行為。 (e.g.: i(t),v(t),g(x,y). 獨(dú)立變量: 時(shí)間時(shí)間、距離、速度、位置、溫度和壓力等 信號分類（信號分類（1）按按獨(dú)立變量（自變量）分； （2）按按信號取值定義值域（因變量）分。 按按獨(dú)立變量個(gè)數(shù)可分成：1-dimensional (1-D) , 2-D, to M-D. 按按獨(dú)立變量定義域和信號值域可分成：續(xù)時(shí)間信號、模擬信號、離散續(xù)時(shí)間信號、模擬信號

3、、離散時(shí)間信號和數(shù)字信號時(shí)間信號和數(shù)字信號 CTS、AS、DTS和和DS （ Continuous-Time SignalsAnalog Signals; Discrete-Time Signals Digital Signals）. 4 按獨(dú)立變量個(gè)數(shù)分按獨(dú)立變量個(gè)數(shù)分： 1-D 信號信號：單個(gè)獨(dú)立變量的一維函數(shù), e.g. 語音信號。 2-D 信號：信號：兩個(gè)獨(dú)立變量的二維函數(shù), e.g. 圖象信號。 M-D 信號：信號：多個(gè)獨(dú)立變量的多維函數(shù), e.g. 彩色視頻信號(RGB) 。 波形: 信號幅度隨獨(dú)立變量變化的函數(shù)，通常1-D 信號的獨(dú)立變量 為時(shí)間。 按獨(dú)立變量連續(xù)性分：按獨(dú)立變量

4、連續(xù)性分： 連續(xù)時(shí)間信號 (CTS) ：獨(dú)立時(shí)間變量連續(xù)有定義 (e.g.,x(t) )。 離散時(shí)間信號 (DTS) ：獨(dú)立時(shí)間變量在離散時(shí)間點(diǎn)有定義 x(nT)。 模擬信號 (AS) ：獨(dú)立時(shí)間變量連續(xù)有定義，且信號幅值連續(xù)有定義。 數(shù)字信號 (DS) ：獨(dú)立時(shí)間變量在離散時(shí)間點(diǎn)有定義、信號幅值僅 取離散值，且通常用二進(jìn)制編碼表示。信號類型信號類型5 信號舉例信號舉例1. 連續(xù)時(shí)間信號：連續(xù)時(shí)間信號：CTS(Continuous Time Signal/Analog Signal )x(t)2. 離散時(shí)間信號離散時(shí)間信號DTS (Discrete Time Signal/Sequence)

5、xn（再離散時(shí)間點(diǎn)上取值）（再離散時(shí)間點(diǎn)上取值）6實(shí)例實(shí)例： 時(shí)間序列 (stock indices, production, measurements) 連續(xù)時(shí)間采樣信號 (Speech) ECG 和 EEG 信號(1-D) 地質(zhì)勘探信號(3-D) 音樂信號(1-D) 圖像 (2-D, 3-D) Diesel Engine Signal (1-D) B. 實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)際應(yīng)用中的DTS信號信號7DTS 例子例子 (I)股票指數(shù)：股票指數(shù)：人口統(tǒng)計(jì)：人口統(tǒng)計(jì)：8DTS 例子例子(II)溫度測量：溫度測量：9DTS 例子例子(III)連續(xù)信號的離散化：連續(xù)信號的離散化：10DTS 例子例子(IV

6、)醫(yī)學(xué)測量信號 EEG-Electroencephalogram, ECGelectrocardiography.(腦、 心電圖) 音樂信號音樂信號 ： 圖圖 象象 ：11C. 信號處理信號處理 信號處理信號處理：主要討論信號及所含信息的表示、變換和處理 。 （ representation, transformation, and manipulation ） DT系統(tǒng)兩種實(shí)現(xiàn)方式: 軟件算法和DSP硬件。 信號表示：時(shí)域和頻域表示； 信號變換：離散時(shí)間Fourier變換（DTFT）、離散Fourier變換 （DFT）和 z變換， 以及變換的快速算法（FFT）。 信號處理：濾波、壓縮、調(diào)制及

7、解調(diào)和信號分析。 信號運(yùn)算：延遲、加、減、乘和卷積。 12信號處理信號處理 (II)LPFHPFBPF典型的DT濾波系統(tǒng)的理想特性：13D. 為什么要研究離散時(shí)間信號處理（為什么要研究離散時(shí)間信號處理（DTSPDTSP）關(guān)系: Continuous Time Signal (CTS) 采樣 Discrete Time Signal (DTS) 量化 Digital Signal (DS). 理由: (1)目前最常用功能最強(qiáng)的信號處理器件是數(shù)字形式的；目前信號處理 的通常形式是對連續(xù)信號的離散處理。 14 為什么要研究離散時(shí)間信號處理（為什么要研究離散時(shí)間信號處理（IIII）DTSPDSP(2)

8、 數(shù)字信號處理 (DSP)的分析可利用離散時(shí)間信號處理的分析方法.幅值離散化幅值離散化幅值未離散化幅值未離散化15E. DTSP 的的 優(yōu)越性優(yōu)越性優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： (1) Robustness(魯捧性，抗噪性強(qiáng))； (2) 便于存儲(chǔ)； (3) 便于調(diào)節(jié)和 數(shù)字自適應(yīng)處理； (4) 便于相互聯(lián)接，沒負(fù)載問題； (5) 便于與計(jì)算機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)智能化處理； (6) 器件容易共享； (7) 便于批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： (1) 增加復(fù)雜性（e.g.:A/D和D/A）； (2) 工作頻率受限。16F. DTSP DTSP 的的 應(yīng)用應(yīng)用1.濾波選頻濾波e.g.:多正弦信號：172.回波對消（來自遠(yuǎn)方的輸入信號

9、既耦合至耳機(jī)， 又耦合至話筒傳回去，產(chǎn)生回聲）應(yīng)用：應(yīng)用：回波對消回波對消( (I)I)18應(yīng)用：應(yīng)用：回波對消回波對消( (II)II)對消方法對消方法：（：（將輸入一方面輸入混合線圈，另一方面又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)行對消輸入自適應(yīng)濾波器與泄露至話筒的回聲進(jìn)行對消）19應(yīng)用：應(yīng)用：語音處理語音處理3. 語音處理v均衡均衡;v編碼與壓縮編碼與壓縮v多聲道模擬、混響效果多聲道模擬、混響效果20應(yīng)用：應(yīng)用：信號預(yù)測信號預(yù)測4. 信號預(yù)測的值。預(yù)測從 1 ,1 ,0nxnxxx21應(yīng)用：應(yīng)用：信號傳送信號傳送( (I)I)5. 語音傳輸22應(yīng)用：應(yīng)

10、用：圖象處理（圖象處理（I）6. 圖象處理: 邊沿檢測23應(yīng)用：應(yīng)用：圖象處理（圖象處理（II）邊沿檢測原理：邊沿檢測原理： 邊沿信號xn: 邊沿檢測濾波器hn:24G. 課程概況課程概況課程主要內(nèi)容：課程主要內(nèi)容：1.離散時(shí)間信號與系統(tǒng)概念復(fù)習(xí)；離散時(shí)間信號與系統(tǒng)概念復(fù)習(xí)；2.離散時(shí)間信號離散時(shí)間信號DTFT、Z變換；變換；3.連續(xù)信號的抽樣；連續(xù)信號的抽樣；4.LTI的頻域分析；的頻域分析；5.DT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；6.濾波器設(shè)計(jì)；濾波器設(shè)計(jì)；7.離散離散Fourier變換（變換（DFT）；）；8.離散離散Fourier變換的快速算法（變換的快速算法（FFT）；）；9.有限字長效應(yīng)。有限字長效應(yīng)。25信號分析基本方法信號分析基本方法26系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問題系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問題（1）DSP的實(shí)現(xiàn)：的實(shí)現(xiàn)：A/D，D/A，DSP器件等；器件等；（2）數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：）數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（3）信號處理的實(shí)現(xiàn)、快速算法、系統(tǒng)效率