精品课程数字信号处理PPT课件01

1、数字信号处理数字信号处理 dsp （digital signal processing）数字信号处理器数字信号处理器 dsp（digital signal processor）前续课程：高等数学、信号与系统前续课程：高等数学、信号与系统后续课程：随机信号分析、语音信号处理、图像信号后续课程：随机信号分析、语音信号处理、图像信号 处理、自适应信号处理、现代信号处理处理、自适应信号处理、现代信号处理基本信息基本信息 教教 材材: 数字信号处理数字信号处理 赵春晖赵春晖 电子工业出版社电子工业出版社 参考教材：参考教材：1. 数字信号处理数字信号处理 程佩青程佩青 清华大学出版社清华大学出版社 2.

2、 数字信号处理数字信号处理 丁玉美丁玉美 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 3. discrete time signal processing alan v.oppenheim 4. 数字信号处理数字信号处理-使用使用matlab实现实现 刘树棠译刘树棠译 西安交通大学出版社西安交通大学出版社基本信息基本信息 信号与系统的基本思想信号与系统的基本思想 信号的分解，响应的叠加信号的分解，响应的叠加绪绪 论论 信号、系统与信号处理信号、系统与信号处理数字信号处理系统的基本组成数字信号处理系统的基本组成数字信号处理的特点数字信号处理的特点数字信号处理的应用数字信号处理的应用一、一、信号

3、、系统与信号处理信号、系统与信号处理1. 信息科学：信息科学：是研究信息的获取、传输、处理和利是研究信息的获取、传输、处理和利用的一门科学。用的一门科学。 2. 信号是信息的表现形式。信号是信息的表现形式。 信息是信号所含有的具体内容。信息是信号所含有的具体内容。3. 信号的分类信号的分类 依载体：电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号、依载体：电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号、机械信号等。机械信号等。 依变量个数：一维、二维、多维（矢量）信号。依变量个数：一维、二维、多维（矢量）信号。 依是否为确定函数：确定信号；随机信号。依是否为确定函数：确定信号；随机信号。 依能量或功率是否有限：

4、能量信号；功率信号。依能量或功率是否有限：能量信号；功率信号。 依时间函数取值是否连续：连续时间信号；离散时间信号依时间函数取值是否连续：连续时间信号；离散时间信号 依周期性：周期信号依周期性：周期信号 、 非周期信号。非周期信号。 x tx tkt 连续时间信号连续时间信号 用用 t 表示连续时间变量，连续时间信号存在的时间范围表示连续时间变量，连续时间信号存在的时间范围内，任意时刻都有定义（可以有有限个间断点）。内，任意时刻都有定义（可以有有限个间断点）。 离散时间信号离散时间信号用用 n 表示离散时间变量，离散时间信号在时间上是离散表示离散时间变量，离散时间信号在时间上是离散的，只在某些

5、不连续的规定瞬时给出函数值，其他时间没的，只在某些不连续的规定瞬时给出函数值，其他时间没有定义。有定义。离散时间信号：抽样信号（时间离散，幅值连续）离散时间信号：抽样信号（时间离散，幅值连续） 数字信号（时间和幅值都离散）数字信号（时间和幅值都离散）x(n)nx(t)t 连续时间信号：模拟信号连续时间信号：模拟信号(时间和幅值都连续时间和幅值都连续) 信号形式的变换：信号形式的变换：模拟信号模拟信号离散信号离散信号数字信号数字信号平滑滤波平滑滤波抽样抽样a/d变换量化变换量化d/a变换变换x(t)tx(n)nx(n)n（数字量（数字量16位位2进制进制pcm码表示，如）码表示，如）101101

6、1110101011离散时间信号的数字化离散时间信号的数字化(a) 连续时间信号连续时间信号(b) 抽样信号抽样信号(c) 数字信号数字信号股票指数：股票指数：人口统计：人口统计：离散时间信号举例离散时间信号举例温度测量：温度测量：离散时间信号举例离散时间信号举例 医学测量信号：医学测量信号： eeg - electroencephola-graph脑电图脑电图 ecg electrocardiograph 心电图心电图 音乐信号：音乐信号： digital music： cd、md、mp3 图像信号：图像信号： digital camera images离散时间信号举例离散时间信号举例4.4

7、.信号处理信号处理（信号分析的核心问题（信号分析的核心问题：从信号中获取信息）从信号中获取信息） 信号处理的两种基本处理方法信号处理的两种基本处理方法：（1 1）信号形式变化，以便获取更多信息或适于传输；）信号形式变化，以便获取更多信息或适于传输；（2 2）滤除信号无用成分，突出有用成分，以便取得有用信息）滤除信号无用成分，突出有用成分，以便取得有用信息。 滤波、分析滤波、分析 压缩、调制、解调等压缩、调制、解调等信号处理都可以看作信号通过系统的问题。信号处理都可以看作信号通过系统的问题。 信号处理信号处理系统设计系统设计信号反演信号反演 x t、 h t y t x t h t y t、 h

8、 t x t y t、三个著名的三个著名的dsp实验室：实验室： bell实验室、实验室、ibm的的watson实验室、实验室、mit的的lincoln实验室。实验室。数字信号处理：数字信号处理：用数值计算方法对数字序列进行各种用数值计算方法对数字序列进行各种 处理，处理，把信号变换成符合需要的某种形式。把信号变换成符合需要的某种形式。 理论基础（经典数值计算理论基础（经典数值计算oror计算数学）：计算数学）：17th -18th century 17th -18th century 中叶中叶dspdsp独立学科的形成：独立学科的形成：20th century 4020th century

9、405050年代；年代；fftfft对对dspdsp迅速发展起了极大的推动作用：迅速发展起了极大的推动作用： 19651965年，年，j.w.cooley & j.w.tukeyj.w.cooley & j.w.tukey提出了提出了fftfft，很快得到广泛应用；，很快得到广泛应用；数字滤波器（数字滤波器（digital filterdigital filter）设计方法的研究）设计方法的研究 是是dspdsp迅速发展的另一个标志，迅速发展的另一个标志，4040年代年代6060年代中期，形成了完整的年代中期，形成了完整的理论基础（理论基础（fir & iirfir & iir）；）；数字信号

10、处理学科的发展数字信号处理学科的发展xa(n)x(n) xa(t)y(n)ya(t)ya(n)说明：说明：（1）自然界中大量的信号是模拟信号，所以数字信号处理系统一般输入为模拟信号）自然界中大量的信号是模拟信号，所以数字信号处理系统一般输入为模拟信号（2）模拟信号）模拟信号xa(t)经过抽样处理得到离散信号经过抽样处理得到离散信号xa(n)，再经，再经a/d量化得数字信号量化得数字信号x(n) ， 输入数字处理单元。输入数字处理单元。（3）经数字处理单元输入数字信号）经数字处理单元输入数字信号x(n)变换成输出数字信号变换成输出数字信号y(n) 。（4）输出数字信号）输出数字信号y(n) 经过

11、经过d/a变换和平滑滤波得模拟信号变换和平滑滤波得模拟信号ya(t)输出。输出。二、数字二、数字信号处理系统的基本组成信号处理系统的基本组成前置前置滤波器滤波器 a/d 变换器变换器 数字信号数字信号 处理器处理器 d/a 变换器变换器 模拟模拟滤波器滤波器(1) 在通用的计算机上用软件（如在通用的计算机上用软件（如fortran、c语言）实现；语言）实现； 速度较慢，一般可用于速度较慢，一般可用于dsp算法的模拟算法的模拟数字信号处理的实现方法（软件和硬件实现）数字信号处理的实现方法（软件和硬件实现）(2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实

12、现； 专用性强，不便于系统的独立运行专用性强，不便于系统的独立运行(3) 用通用的单片机（如用通用的单片机（如mcs-51、96系列等）实现。系列等）实现。 这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；只适用于实现简单的只适用于实现简单的dsp算法算法(4) 用通用的可编程用通用的可编程dsp芯片实现。芯片实现。 与单片机相比，与单片机相比，dsp芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；应用较多应用较多三、数字信

13、号处理的特点三、数字信号处理的特点优点优点（1）精度高：）精度高： 模拟系统中精度只能达模拟系统中精度只能达 10-3 ， 数字系统精度可达数字系统精度可达10-5 ，甚至更高。，甚至更高。（2）可靠性高：）可靠性高： 模拟系统信号容易受干扰，产生失真；模拟系统信号容易受干扰，产生失真； 二进制的数字信号在传输、存储、处理中不容易丢失信息。二进制的数字信号在传输、存储、处理中不容易丢失信息。（3）灵活性强：）灵活性强： 模拟系统改变特性一般要改变元件值、或改变电路连接，较困难；模拟系统改变特性一般要改变元件值、或改变电路连接，较困难； 数字系统通过修改软件参数，或运行不同的程序模块就能做不同处

14、理数字系统通过修改软件参数，或运行不同的程序模块就能做不同处理（4）数字电路容易实现大规模集成电路；）数字电路容易实现大规模集成电路；（5）数字系统可获得高性能指标；）数字系统可获得高性能指标；（6）能够进行多维信号处理。）能够进行多维信号处理。三、数字信号处理的特点三、数字信号处理的特点缺点缺点（1 1）硬件）硬件系统结构复杂：需要模拟接口以及比较复杂的数字系统；系统结构复杂：需要模拟接口以及比较复杂的数字系统；（2 2）处理速度相对较慢：）处理速度相对较慢：应用的频率范围受到限制，主要是应用的频率范围受到限制，主要是受受a/da/d转换的转换的采样频率的限制；采样频率的限制；（3）价格相对

15、昂贵，系统）价格相对昂贵，系统的功率消耗比较大：数字信号处理系统中集成的功率消耗比较大：数字信号处理系统中集成了几十万甚至更多的晶体管，而模拟信号处理系统中大量使用的是电阻、了几十万甚至更多的晶体管，而模拟信号处理系统中大量使用的是电阻、电容、电感等无源器件，随着系统的复杂性增加这一矛盾会更加突出。电容、电感等无源器件，随着系统的复杂性增加这一矛盾会更加突出。digital media processingwebpadtelematicswireless devices:802.11, bluetooth, othersenhanced gamingmilitary and government cellular, secure connectivityindustry-specific pdasbiometricsmedical devices四、数字信号处理的应用四、数字信号处理的应用数字通信数字通信电子测量电子测量遥感遥测遥感遥测生物医学工程生物医学工程数字图象技术数字图象技术震动分析震动分析1.滤波滤波选频滤波选频滤波 e.g.:多正弦信号：多正弦信号：2. 信号预测信号预测的值。预测从1 ,1