《数字信号》PPT课件.ppt

南昌航空大学 测控系，教育部无损检测重点实验室 付跃文 E-mail: ,数字信号处理A,为什么要学习这门课？目的？,/EducationResources/CommunityCollege/EddyCurrents/Procedures/SignalFiltering.htm,无损检测教育网（美国Iowa state university 无损检测中心等办） ,为什么要学习这门课？目的？,为什么要学习这门课？,无损检测中涡流检测的例子,为什么要学习这门课？,正常及异常的涡流检测信号处理（低通使用不当）,为什么要学习这门课？,异常的涡流检测信号处理（高通使用不当）,为什么要学习这门课？,理解、应用仪器的数字信号处理功能。 首先，使用仪器时，理解并能合理选择无损检测仪器设备当中的某些数字信号处理选项,理解某些先进无损检测方法。 提高自己的能力到较高层次 对检测信号进行数字化前处理和后处理，会有更好检测效果 自动化无损检测技术开发的需要 进一步深造、研究,课程特点,概念抽象。 如线性系统、卷积等概念及计算 功能具体。 如：频谱分析、滤波 本质上是应用型课程 主要不是将其当作一门理论课来学，而是当作实用课程来学。（超声、射线、电磁都用） ，理论只是工具。,能力体现在处理繁琐事物的水平当中，并可逐步提高,讲究一些策略,学习注意事项,利用例子和图象理解概念 理解定理、公式的意义。有兴趣的同学可以深究证明。 理论和上机练习同时并重。以能够正确应用为准。 掌握好计算机工具。,讲究一些策略,在实用的宗旨下，抓住两个方面,1、基本的概念和计算原理，从实用的角度出发进行理解。 2、学会MATLAB，进行实际处理练习，必须学会实用。,Matlab很重要。,教材,教材：数字信号处理 高西全 丁玉美 西安电子科技大学出版社,参考书,应用MATLAB解决问题，极大地提高了效率和实用性,1. 数字信号处理及其MATLAB实现（中文版） （美）Vinay K.Ingle,(美)J.G.普罗克斯John G.Proakis著，陈怀琛等译 电子工业出版社,参考书,这本书的特点是由浅到深，从发现问题到解决问题一步步来 ，解决疑问的好书，国内外推荐优秀教材之一,2. 信号处理引论 （美）James H. McClellan等 电子工业出版社，2005,参考书,3. 数字信号处理(第三版) 学习指导 .高西全， 丁玉美 ，西安电子科技大学出版社. 4.数字信号处理.姚天任等，华中科技大学出版社。 5.数字信号处理。 6. 数字信号处理.吴镇扬, 高等教育出版社。 7. 数字信号处理.胡广书, 清华大学出版社,网络资源,东南大学国家级精品课程：/zq/signal/ 西安电子科技大学：/teach/matlabdsp/teachers.htm 武汉大学：/dsp/skja.htm,绪论,数字信号处理简介,模拟系统和数字系统,模拟信号处理由电感、电容等电子元器件等构成的硬件系统进行。数字信号处理则是靠计算机等设备靠离散数字运算完成信号处理。,数字信号处理系统构成举例,前置预 滤波器,A/D 变换器,数字信号 处理器,D/A 变换器,模拟 滤波器,模拟,xa(t),PrF,ADC,DSP,DAC,PoF,模拟,ya(t),x(n),y(n),模拟信号是连续信号，时间和幅度均连续。 数字信号：时间不连续，幅度不连续。,从模拟到数字,AD转换、计算机表达能力尽管可以很强，但却不是可以无限连续的,t,0,xa(t),0,x(t)的数字化,抽样,x(n),n,模拟到数字信号的图示,数字信号处理的特点,1、精度高 2、可靠性高 3、灵活性大 4、易于大规模集成 5、可复用 6、可获得高性能指标 7、二维与多维处理,精度高,在模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟元器件的精度很难达到10-3以上。而数字系统中，17位字长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，有时只能采用数字系统。,2.可靠性强,数字系统：只有两个信号电平0，1受噪声及环境条件等影响小。 模拟系统：各参数都有一定的温度系数，易受环境条件，如温度、振动、电磁感应等影响，产生杂散效应甚至振荡等 且数字系统采用大规模集成电路，其故障率远远小于采用众多分立元件构成的模拟系统。,3.灵活性大,数字系统的性能主要决定于乘法器的各系数，且系数存放于系数存储器内，只需改变存储的系数，就可得到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。,4.易于大规模集成,数字部件：高度规范性，便于大规模集成，大规模生产，对电路参数要求不严，故产品成品率高。 例：(尤其)在低频信号：如地震波分析，需要过滤几Hz几十Hz的信号，用模拟系统处理其电感器、电容器的数值，体积，重量非常大，且性能亦不能达到要求，而数字信号处理系统在这个频率处却非常优越(显示出体积，重量和性能的优点）。,5.可复用,利用DSP同时处理几个通道的信号。 某一路信号的相邻两抽样值之间存在很大的空隙时间，因而在同步器的控制下，在此时间空隙中送入其他路的信号，而各路信号则利用同一DSP。,多路器,DSP,分 路 器,同步,1 2 3 n,1 2 3 n,6.可获得高性能指标,例：对信号进行频谱分析 模拟频谱仪在频率低端只能分析到10Hz以上频率，且难于做到高分辨率(也即足够窄的带宽)。 但在数字的谱分析中，已能做到10-3Hz的谱分析。 又例：有限长冲激响应数字滤波器，则可实现准确的线性相位特性，这在模拟系统中是很难达到的。,7.二维与多维处理,利用庞大的存储单元，可以存储一帧或数帧图象信号，实现二维甚至多维信号包括二维或多维滤波，二维及多维谱分析等。,8.局限性,数字系统的速度还不算高，因而不能处理很高频率的信号。(因为抽样频率要满足奈奎斯特准则定理) 另外，数字系统的设计和结构复杂，价格较高，对一些要求不高的应用来说，还不宜使用。,数字信号处理的应用领域,自20世纪60年代以来，数字信号处理的应用已成为一种明显的趋势，这与它突出优点分不开的。 数字信号处理大致可分为： 信号分析 信号滤波,一、信号分析,任务：涉及信号特性的测量。它通常是一个频域的运算。 主要应用于： 谱(频率和/或相位)分析 模式识别等：语音识别、人脸识别、目标识别等。,二、信号滤波,数字滤波就是在形形色色的信号中提取所需要的信号,抑制不需要的信号或干扰信号。,三、DSP的典型应用,1.网络 2.无线通信 3.家电 4.另外还有虚拟现实，噪声对消技术，电机控制，图像处理等等 可以说DSP是现代信息产业的重要基石，它在网络时代的地位与CPU在PC时代的地位是一样的。,无损检测行业应用举例,数字超声波探伤仪：A、B、C扫描 （工业界争夺数字式超声波仪器的市场） 声发射 射线CT（断层成像） 数字化涡流探伤仪（阻抗、成像）、测厚仪,高端仪器一般有数字信号处理，一些还留了用户处理接口，包括手工调节、信号输出接口等,具体技术举例1：谱分析,信号,上图信号的频谱,用MATLAB的傅立叶变换函数fft做谱分析的结果,原始无噪声信号,原始信号的分解,信号的分解表示,具体技术举例2：滤波器（自适应）,数字滤波器举例,数字信号处理（木星图像）,数字信号处理系统的实现,软件实现：通用计算机 硬件实现：专用硬件 片上系统（SOC, System on a Chip）,问题,1、数字信号处理有哪些优缺点？缺点的原因何在？ 2、数字信号处理的两个重要的应用方面是