第1章_绪_论-姚天任.ppt

注意事项:上课时保持精力充沛;课堂保持安静,有问题举手;按时交作业,保证作业质量.,作业的形式:两种1)个人作业(每做完一章作业交一次,两个作业本交替使用)2)小组作业(智能小组,每组6人,一学期共2次作业),最后成绩的确定,个人作业10%小组作业10%实验10%期末考试70%,数字信号处理第一章绪论,主讲占履lj133800,绪论,一.信号分类信号是信息的表现形式，信息是信号的具体内容，信息只有以信号表示才能被传输、处理、存储、显示和利用。信号的形式很多：广播、电视、雷达、语音、图像、生物医学、地震、气象、机械振动、遥感遥测,绪论,一.信号分类1.连续(时间)信号时间连续,幅度可连续,可离散2.模拟信号时间连续,幅度连续3.离散(时间)信号时间离散,幅度可连续,可离散4.数字信号-时间离散,幅度离散2.是1.的特例,4.是3.的特例,绪论,信号的最基本的参数,频率和幅度3-30kHz:VerylowfrequencyVLF(潜水艇导航)甚低频30-300kHz:LowfrequencyLF(潜水艇通信)低频3003000kHz:Mediumfrequency(调幅广播)中频3-30MHz:Highfrequency(HF)(无线电爱好者，国际广播，军事通信无绳电话，电报，传真)高频30-300MHz:VeryHighfrequency(VHF)(调频FM，甚高频电视)0.33GHz:Ultrahighfrequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电话，雷达，微波，个人通信)超高频频率低于20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够大，能被感觉到。(处于VLFVerylowfrequency)甚低频频率20Hz20KHz称为声波，Lowfrequency(处于LF)低频频率20KHz称为超声波，具有方向性，可以成束(处于LF),绪论,什么是数字信号处理：数字信号处理就是通过专用设备用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变成符合要求的信号形式。例如：滤波、频谱分析、变换编码压缩,绪论,二.数字信号处理与各学科的关系（纵向）,数字信号处理,数学工具,基础理论,人工智能,模式识别,神经网络,依赖于其他学科,人工智能(ArtificialIntelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。同名的还有美国科幻电影人工智能等。,模式识别patternrecognition定义：借助计算机，就人类对外部世界某一特定环境中的客体、过程和现象的识别功能(包括视觉、听觉、触觉、判断等)进行自动模拟的科学技术。应用：文字识别语音识别指纹识别医学诊断数字水印技术,人工神经网络是由大量的简单基本元件神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。每个神经元的结构和功能比较简单，但大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。与数字计算机比较，人工神经网络在构成原理和功能特点等方面更加接近人脑，它不是按给定的程序一步一步地执行运算，而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制。人们认识到复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成。大脑皮层包括有100亿个以上的神经元，每立方毫米约有数万个，它们互相联结形成神经网络，通过感觉器官和神经接受来自身体内外的各种信息，传递至中枢神经系统内，经过对信息的分析和综合，再通过运动神经发出控制信息，以此来实现机体与内外环境的联系，协调全身的各种机能活动。,绪论,二.数字信号处理与各学科的关系,数学工具,微积分复变函数概率统计矩阵代数数值分析泛函分析,绪论,二.数字信号处理与各学科的关系,理论基础,电路分析基础信号与系统,绪论,二.数字信号处理与各学科的关系,其他学科,要求高速和大的存储量：超大规模集成电路技术计算机技术软件工程技术,绪论,三.理论体系,输入信号,输出信号,系统,绪论,三.理论体系,数字信号处理理论体系,信号采集理论离散信号分析理论离散系统分析理论各种快速算法滤波技术信号估计与检测理论信号建模信号处理的实现信号处理的应用,绪论0-6,绪论,四.数字信号处理的应用(高科技,高技术含量)1)语音处理,语音合成,语音信号分析,语音识别,语音编码与压缩,绪论,四.数字信号处理的应用2)图像处理(恢复、增强、数据压缩、去噪图像识别、层析X射线摄影),雷达,红外信号,声纳,超声波,数字静态照相机框图,驱动器,定时产生器,双采样,自动增益控制,液晶显示器,视频输出,通用串口总线,快闪存储器,图象传感器CCD,信号处理器DSP,图象处理,图象压缩,数码相机中的图象处理流水线,自动曝光调节,A/D转换,CFA彩色插值,自动聚焦调节,透镜补偿,最佳黑色钳位,错误像素插值,白色补偿,Gamma矫正,彩色变换,边缘检测,假彩色抑制,图象压缩,LCD定标,快闪存储器,观测,绪论,四.数字信号处理的应用3）通信（信源编码、信道编码、多路复用、数据压缩、滤波、信道均衡等）,数字通信,网络通信,多媒体通信,图像通信,随着数字信号处理理论和技术水平的不断提高，其硬件产品，如TMS320C6000DSP高性能、易使用和低成本的特点使它成为多通道、多功能应用场合的理想选择；共享modem、无线基站、光传输基站、远程操作服务器(RAS)、DSL系统、Cablemodem、多通道电话系统、3D图像虚拟实现、语音识别和处理、智能机器人、雷达、大气模型和成像技术、无线多媒体通信和INTERNET等。,各种数字信息系统,DigitalMediaProcessing,Webpad,Telematics,WirelessDevices:802.11,Bluetooth,Others,EnhancedGaming,MilitaryandGovernmentCellular,SecureConnectivity,Industry-SpecificPDAs,Biometrics,MedicalDevices,绪论,四.数字信号处理的应用4）数字电视（高清电视）,视频压缩,音频压缩,5）雷达,在军事上，雷达、计算机、射击武器等组成一个自动控制系统。当目标进入雷达的作用半径以内并被雷达自动跟踪时，雷达就测量出目标的当前位置(距离、方位角和高低角)，并把数据送入计算机，推算出目标的航向，航速，引导导弹或自动火炮去击中目标(爱国者导弹对飞毛腿导弹)。雷达系统是应用高性能数字信号处理技术的一个例子。雷达系统主要信号处理功能包括：信号产生、匹配滤波、门限比较、目标参数(如射程、方位和速度)估计。,通信,整个通信领域几乎没有不受数字信号处理技术影响的地方。(占60%）DSP主要应用于通信的热门产品中。如：蜂窝电话（Cellularphone)、ADSL调制解调器、线缆调制解调器(Cablemodem)、蓝牙技术(bluetooth)产品，数字电话应答机（digitaltelephoneansweringdevice)、全球定位系统（globalpositioningsystem,GPS），卫星电话(satellitephone)、电话会议(conferencespeakerphone)、电视电话会议编译码器(videoconferencingcode)、IP电话(voiceoverIP)、IP传真(faxoverIP)、ATM电话(voiceoverATM)、智能天线(smartantenna)、PCS用户端(subscriberset)。,OFDM(正交频分复用)通信技术,OFDM（orthogonalfrequencydivisionmultiplexing）正交频分复用作为一种多载波传输技术，主要应用于数字视频广播系统、MMDS（multichannelmultipointdistributionservice）多信道多点分布服务和WLAN服务以及下一代陆地移动通信系统。OFDM将数据经编码后调制为射频信号。不像常规的单载波技术，如AM/FM（调幅/调频）在某一时刻只用单一频率发送单一信号，OFDM在经过特别计算的正交频率上同时发送多路高速信号。可选用基于IFFT/FFT的OFDM实现方法.近年来，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术将被更广泛应用于宽带移动通信领域。,绪论,四.数字信号处理的应用6）声纳（对目标探测、定位、跟踪、导航、成像。滤波、谱估计）7）地球物理（石油、矿藏的勘探、地震火山的活动规律）8）生物医学（心电图、脑电图、层析X摄影CT、胎心的检测,绪论,四.数字信号处理的应用9）音乐（对音乐的编辑与合成，增加混响与合声）10）军事(导航、制导、电子对抗、战场侦察)11）电力（能源分布规划及自动检测）12）环境保护（空气污染等各种指数的检测）13）股票市场（预测）,绪论,五.数字信号处理的历史,17、18世纪计算数学的一个分支,50、60年代,计算机的应用处理地震信号和大气数据,1965年,FFT的发明数字滤波器理论的统一开创了该领域的新时代,80、90年代DSP芯片的发展,提高了处理速度和容量,70、80年代,自适应滤波器的研究获得在电子及通信领域的广泛应用,Bell实验室,Watson实验室,Lincoln实验室,绪论,六.数字信号处理技术及其设备的优势1.抗干扰性强,受环境噪声影响小2.速度快,效率高,容量大3.实现灵活,接口方便,编程方便,系统集成方便4.精度高,16位实现10E-5的精度5.集成度高,设备尺寸小,造价低,绪论,七.数字信号处理技术的实现1.软件实现:通用软件编程