數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用

1、 數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用學(xué)院：電氣與電子工程學(xué)院姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：老師：目 錄一、概述3二、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域51、語音信號(hào)處理52、圖像信號(hào)處理53、振動(dòng)信號(hào)處理64、地球物理信號(hào)處理65、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理66、在金屬有機(jī)涂層抗?jié)B性測(cè)量中的應(yīng)用77、FFT在雷達(dá)信號(hào)處理中的應(yīng)用78、在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸壁間隙檢測(cè)中的應(yīng)用7參考文獻(xiàn)：810一、概述數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多科學(xué)而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興科學(xué)，DSP有兩種含義：數(shù)字信號(hào)處理，數(shù)字信號(hào)處理器。我們常說的DSP值的是數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字信號(hào)處理器是一種適合完成數(shù)字信號(hào)處理

2、運(yùn)用的處理器。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并且得到迅速發(fā)展。在過去的二十多年的時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字型號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)據(jù)形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，變換，濾波，估值，增強(qiáng)，壓縮，識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理是以眾多科學(xué)為理論基礎(chǔ)的，他所涉及的范圍及其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域 ，微積分，概論統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過程，數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具，于網(wǎng)絡(luò)理論，信號(hào)與系統(tǒng)，控制論，通信理論，故障診斷等也密切相關(guān)。近來新興的一些科學(xué)，如人工智能，模式識(shí)別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，

3、都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一系列新興科學(xué)的理論基礎(chǔ)。DSP主要應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)處理中，目的是為了能滿足實(shí)時(shí)信號(hào)處理的要求，因此需要將數(shù)字信號(hào)處理中得常有運(yùn)用執(zhí)行的盡可能快，這久決定龍DSP的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。適合數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵技術(shù)：DSP包含乘法器，累加器，特殊地址產(chǎn)生器，領(lǐng)開銷循環(huán)等；提高處理速度的關(guān)鍵技術(shù)：流水線技術(shù)，并行處理技術(shù)，超常指令，超標(biāo)量技術(shù)，DMA等。從廣義上講，DSP，微處理器和微控制器（單片機(jī)）等都屬于處理器，可以說DSP是一種cpu。DSP是數(shù)據(jù)和地址空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)。DSP技術(shù)應(yīng)用到我們的生活的每

4、一個(gè)角落，從軍用到民用，從航空航天到生產(chǎn)生活，都越來越多地使用DSP.DSP技術(shù)在航空方面，主要用于雷達(dá)和聲納信號(hào)處理；在通信方面，主要用于移動(dòng)電話，IP電話，ADSL和HFC的信號(hào)傳輸；在控制方面，主要用于電機(jī)控制，光驅(qū)和硬盤驅(qū)動(dòng)器；在測(cè)試/測(cè)量方面，主要用于虛擬儀器，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，醫(yī)療診斷等；在電子娛樂方面，主要用于高清晰度電視，機(jī)頂盒，AC_3，家庭影院，DVD等應(yīng)用；還有數(shù)字相機(jī)，網(wǎng)絡(luò)相機(jī)等等都應(yīng)用了SP技術(shù)。同時(shí)，SOC芯片系統(tǒng)，無線應(yīng)用，嵌入式DSP都是未來DSP的發(fā)展方向和趨勢(shì)?？梢哉f，沒有DSP就沒有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問，也不會(huì)有多媒體，也沒有無線通信。因此DSP仍將是整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)

5、的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。現(xiàn)在，DSP應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其涵蓋面包括寬帶Internet接入業(yè)務(wù)，下一代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字消費(fèi)電子市場(chǎng)，汽車電子市場(chǎng)的發(fā)展等諸多多方面?，F(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理器是執(zhí)行高速數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的IC電路，它恰好適合多媒體信息化社會(huì)需求，迅速發(fā)展壯大。如今，世界電子器件市場(chǎng)上，各種各樣的DSP器件已相當(dāng)豐富。大大小小封裝形式的DSP器件，已廣泛用于各種產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域，而且DSP的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷的擴(kuò)大，發(fā)展速度異常。二、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域1、語音信號(hào)處理語音信號(hào)處理是信號(hào)處理中的重要分支之一。它包括的主要方面有：語音的識(shí)別，語言的理解，語音的合成,語音的增強(qiáng),語音的數(shù)據(jù)壓縮等。各種

6、應(yīng)用均有其特殊問題。語音識(shí)別是將待識(shí)別的語音信號(hào)的特征參數(shù)即時(shí)地提取出來，與已知的語音樣本進(jìn)行匹配，從而判定出待識(shí)別語音信號(hào)的音素屬性。關(guān)于語音識(shí)別方法，有統(tǒng)計(jì)模式語音識(shí)別，結(jié)構(gòu)和語句模式語音識(shí)別，利用這些方法可以得到共振峰頻率、音調(diào)、嗓音、噪聲等重要參數(shù)，語音理解是人和計(jì)算機(jī)用自然語言對(duì)話的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。語音合成的主要目的是使計(jì)算機(jī)能夠講話。為此，首先需要研究清楚在發(fā)音時(shí)語音特征參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律，然后利用適當(dāng)?shù)姆椒M發(fā)音的過程，合成為語言。其他有關(guān)語言處理問題也各有其特點(diǎn)。語音信號(hào)處理是發(fā)展智能計(jì)算機(jī)和智能機(jī)器人的基礎(chǔ)，是制造聲碼器的依據(jù)。語音信號(hào)處理是迅速發(fā)展中的一項(xiàng)信號(hào)處理技術(shù)。

7、2、圖像信號(hào)處理圖像信號(hào)處理的應(yīng)用已滲透到各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。譬如，圖像處理技術(shù)可用于研究粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、地貌的狀態(tài)、氣象云圖的分析、宇宙星體的構(gòu)成等。在圖像處理的實(shí)際應(yīng)用中,獲得較大成果的有遙感圖像處理技術(shù)、斷層成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和景物分析技術(shù)等。根據(jù)圖像信號(hào)處理的應(yīng)用特點(diǎn)，處理技術(shù)大體可分為圖像增強(qiáng)、恢復(fù)、分割、識(shí)別、編碼和重建等幾個(gè)方面。這些處理技術(shù)各具特點(diǎn)，且正在迅速發(fā)展中。3、振動(dòng)信號(hào)處理機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的分析與處理技術(shù)已應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、船只、機(jī)械設(shè)備、房屋建筑、水壩設(shè)計(jì)等方面的研究和生產(chǎn)中。振動(dòng)信號(hào)處理的基本原理是在測(cè)試體上加一激振力，做為輸入信號(hào)。在測(cè)量點(diǎn)上監(jiān)測(cè)

8、輸出信號(hào)。輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比稱為由測(cè)試體所構(gòu)成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（或稱轉(zhuǎn)移函數(shù)）。根據(jù)得到的傳遞函數(shù)進(jìn)行所謂模態(tài)參數(shù)識(shí)別，從而計(jì)算出系統(tǒng)的模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼等主要參數(shù)。這樣就建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。進(jìn)而可以做出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些工作均可利用數(shù)字處理器來進(jìn)行。這種分析和處理方法一般稱為模態(tài)分析。實(shí)質(zhì)上，它就是信號(hào)處理在振動(dòng)工程中所采用的一種特殊方法。 4、地球物理信號(hào)處理為了勘探地下深處所儲(chǔ)藏的石油和天然氣以及其他礦藏，通常采用地震勘探方法來探測(cè)地層結(jié)構(gòu)和巖性。這種方法的基本原理是在一選定的地點(diǎn)施加人為的激震，如用爆炸方法產(chǎn)生一振動(dòng)波向地下傳播,遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波,在距離振源一定遠(yuǎn)

9、的地方放置一列感受器，接收到達(dá)地面的反射波。從反射波的延遲時(shí)間和強(qiáng)度來判斷地層的深度和結(jié)構(gòu)。感受器所接收到的地震記錄是比較復(fù)雜的，需要處理才能進(jìn)行地質(zhì)解釋。處理的方法很多，有反褶積法，同態(tài)濾波法等，這是一個(gè)尚在努力研究的問題5、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理信號(hào)處理在生物醫(yī)學(xué)方面主要是用來輔助生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論的研究和用于診斷檢查和監(jiān)護(hù)。例如，用于細(xì)胞學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)、心血管學(xué)、遺傳學(xué)等方面的基礎(chǔ)理論研究。人的腦神經(jīng)系統(tǒng)由約 100億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞所組成，是一個(gè)十分復(fù)雜而龐大的信息處理系統(tǒng)。在這個(gè)處理系統(tǒng)中，信息的傳輸與處理是并列進(jìn)行的，并具有特殊的功能，即使系統(tǒng)的某一部分發(fā)生障礙，其他部分仍能工作，這是計(jì)算機(jī)所做不

10、到的。因此，關(guān)于人腦的信息處理模型的研究就成為基礎(chǔ)理論研究的重要課題。此外，神經(jīng)細(xì)胞模型的研究，染色體功能的研究等等，都可借助于信號(hào)處理的原理和技術(shù)來進(jìn)行。 信號(hào)處理用于診斷檢查較為成功的實(shí)例，有腦電或心電的自動(dòng)分析系統(tǒng)、斷層成像技術(shù)等。斷層成像技術(shù)是診斷學(xué)領(lǐng)域中的重大發(fā)明。X射線斷層的基本原理是X射線穿過被觀測(cè)物體后構(gòu)成物體的二維投影。接收器接收后，再經(jīng)過恢復(fù)或重建，即可在一系列的不同方位計(jì)算出二維投影,經(jīng)過運(yùn)算處理即取得實(shí)體的斷層信息,從而大屏幕上得到斷層造像。信號(hào)處理在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用正處于迅速發(fā)展階段。 6、在金屬有機(jī)涂層抗?jié)B性測(cè)量中的應(yīng)用根據(jù)FFT原理，應(yīng)用恒電位儀對(duì)各種金屬有機(jī)涂

11、層抗?jié)B性的低頻在線測(cè)試，所得結(jié)果與傳統(tǒng)的應(yīng)用鎖相放大器或頻率響應(yīng)分析儀的高頻方法相同，而且快捷高效，不需要使用昂貴的頻域儀器（超級(jí)工程：珠港澳大橋使用120年，海底隧道，橋墩都要耐海水的腐蝕）。7、FFT在雷達(dá)信號(hào)處理中的應(yīng)用雷達(dá)信號(hào)處理算法中大多數(shù)采用FFT方法測(cè)量頻率，如果提高測(cè)頻精度需增加FFT點(diǎn)數(shù)，增加FFT點(diǎn)數(shù)的實(shí)質(zhì)是在整個(gè)單位圓(即整個(gè)距離譜)上均勻增加頻域采樣點(diǎn)數(shù)，從而造成運(yùn)算量的成倍增加。Chirp-z變換可以實(shí)現(xiàn)對(duì)回波頻譜中的某段進(jìn)行局部細(xì)化，從而在采樣點(diǎn)數(shù)、運(yùn)算量增加不多的情況下，大大提高雷達(dá)的測(cè)量精度。 匹配傅里葉變換,檢測(cè)反輻射導(dǎo)彈,改進(jìn)機(jī)載雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤性能,地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè),應(yīng)用匹配傅里葉變換檢測(cè)出了慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。 (匹配傅里葉變換的基本原理是其變換基的相位隨時(shí)間變化規(guī)律必須與信號(hào)相位隨時(shí)間變化規(guī)律相同。）8、在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸壁間隙檢測(cè)中的應(yīng)用為了檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸壁間隙，建立振動(dòng)信號(hào)分析系統(tǒng)，利用FFT變換分析采集振動(dòng)信號(hào)，繪制不同缸壁間隙的振動(dòng)信號(hào)頻譜分析圖，得到振動(dòng)加速度隨缸壁間隙變化的曲線，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)不解體的情況下根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在某轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向沖擊振動(dòng)信號(hào)估計(jì)缸壁間隙，預(yù)知發(fā)動(dòng)機(jī)活塞與缸壁間的磨損程度，達(dá)到故障分析與狀態(tài)監(jiān)測(cè)目的。數(shù)字信號(hào)處理在其他方面還有多種用途，如雷達(dá)信號(hào)處理、地學(xué)信號(hào)處理等，它們雖各有其特殊要求，但所利用的