数字信号处理概念

1、enjoy scienceenjoy science1数字信号处理数字信号处理杨毅明杨毅明数字信号处理数字信号处理介绍的是：如何将事物的运动变为一串数字，并用介绍的是：如何将事物的运动变为一串数字，并用计算的方法从中提取有用信息，满足实际应用的需求。计算的方法从中提取有用信息，满足实际应用的需求。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 数字信号处理数字信号处理在处理语音信号时：在处理语音信号时： 将连续变化的声波变为连续变化的信号将连续变化的声波变为连续变化的信号x(t)，经模，经模数转换器变为二进制的信号数转换器变为二进制的信号x(n)，数字信号处理器计

2、算，数字信号处理器计算其平均值（计算方法由编程者定），计算结果其平均值（计算方法由编程者定），计算结果y(n)经数经数模转换器变为连续变化的信号模转换器变为连续变化的信号y(t)。 数字信号处理就是用计算机处理信号，其优点是精数字信号处理就是用计算机处理信号，其优点是精度高、度高、变换变换灵活、灵活、性能性能稳定、效稳定、效率率高、成本低、功能强高、成本低、功能强大大。 它的应用小到电子、大到天文地理，涉及通信、电它的应用小到电子、大到天文地理，涉及通信、电子仪器、自动控制、语音、声音、图形、图像、军事、子仪器、自动控制、语音、声音、图形、图像、军事、工业、生物医学、社会管理、金融证券、地球物

3、理、航工业、生物医学、社会管理、金融证券、地球物理、航海、航空航天、家用电器、广播电视等领域。海、航空航天、家用电器、广播电视等领域。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 数字信号处理是信息技术产业的重要基础。例如正数字信号处理是信息技术产业的重要基础。例如正弦波，它用幅度、频率和初相位三个参数就可描述，对弦波，它用幅度、频率和初相位三个参数就可描述，对信号信号进行通信时，最节省资源的方法是：传输它的九个参数。进行通信时，最节省资源的方法是：传输它的九个参数。否则，需要传输的数字将多之又多。否则，需要传输的数字将多之又多。 如何如何有效地有效地让机器知道

4、这九个参数，这就是数字信让机器知道这九个参数，这就是数字信号处理要号处理要研究研究的。的。)211sin() 16sin()2sin(2)(ttttv数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 又如一张磁悬浮列车车厢的照片（左图），由于保又如一张磁悬浮列车车厢的照片（左图），由于保存不慎，年久发霉（中图），手工除霉、临摹、重新拍存不慎，年久发霉（中图），手工除霉、临摹、重新拍照都不是修复的照都不是修复的最最好办法。好办法。 若将照片看作许多小点组成，对发霉照片的小点进若将照片看作许多小点组成，对发霉照片的小点进行计算，产生新的小点，它们就可构造一张新照片（右行

5、计算，产生新的小点，它们就可构造一张新照片（右图）。计算的方法有平均法、中值法等。中值法是：对图）。计算的方法有平均法、中值法等。中值法是：对每个小点及周围部分点的数值按大小排列，取其中间值每个小点及周围部分点的数值按大小排列，取其中间值作为新小点的值。作为新小点的值。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 数字信号处理数字信号处理从从两两个个角度看问题：角度看问题：（1）从时间顺序看问题，把比较两段信号的相似程）从时间顺序看问题，把比较两段信号的相似程度变为相关系数、相关函数，把处理信号的系统度变为相关系数、相关函数，把处理信号的系统看作看作单位脉冲响应

6、单位脉冲响应，用卷积处理信号，用卷积处理信号。（2）从）从物质成分物质成分看问题，看问题，将将一段信号看作若干正弦一段信号看作若干正弦波成分组成，波成分组成，这种方法叫这种方法叫傅里叶变换傅里叶变换或频谱。从频谱或频谱。从频谱的意义看，的意义看，处理信号处理信号就是就是筛选正弦波，筛选正弦波，其其系统称为滤系统称为滤波器。波器。 用相关函数、卷积和频谱等方法加工模拟信号，用相关函数、卷积和频谱等方法加工模拟信号，需要需要设计设计方法方法，更需要更需要讲求讲求技巧。技巧。 首先要把首先要把模拟信号变为数字信号模拟信号变为数字信号。模拟信号变为。模拟信号变为数字信号数字信号时，数字可多也可少。多的

7、时，数字可多也可少。多的数字数字有无穷多，有无穷多，这么做是蛮干这么做是蛮干；少的数字才叫聪明少的数字才叫聪明，但不能太少，但不能太少。采。采样定理样定理将将告诉我们告诉我们，最少的数字是多少。最少的数字是多少。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 频谱分析的数学公式太复杂，有的地方用频谱分析的数学公式太复杂，有的地方用z z变换变换取代取代它，可以带来意外的惊喜。傅里叶变换是一种理它，可以带来意外的惊喜。傅里叶变换是一种理想的数学计算，想的数学计算，稍作修改就可得到实用的离散傅里叶稍作修改就可得到实用的离散傅里叶变换。变换。 离散离散傅里叶变换傅里叶变

8、换具有实用意义，不过具有实用意义，不过需要数字计需要数字计算算才能实现才能实现；若；若直接直接按定义按定义计算计算，需要很多次加法、需要很多次加法、乘法乘法。快速傅里叶变换告诉我们，可以上百倍快速傅里叶变换告诉我们，可以上百倍地地减少减少离散傅里叶变换离散傅里叶变换的计算的计算量量。这为这为数字信号处理数字信号处理从理论从理论走向应用铺平了道路。走向应用铺平了道路。 从信号中提取有用从信号中提取有用内容内容，就像从众多正弦波中取，就像从众多正弦波中取出有用成分，出有用成分，专业上称它为专业上称它为滤波。滤波的滤波。滤波的系统系统称为数称为数字滤波器，字滤波器，从信号流动来分，从信号流动来分，它

9、有两种结构：无限脉它有两种结构：无限脉冲响应滤波器，有限脉冲响应滤波器。冲响应滤波器，有限脉冲响应滤波器。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 设计滤波器就像设计如何从设计滤波器就像设计如何从众多的求职者中招聘对路的人才。众多的求职者中招聘对路的人才。 设计设计无限脉冲响应滤波器无限脉冲响应滤波器，可可先设计先设计模拟滤波器模拟滤波器，然后用数学公式然后用数学公式转转变为数字滤波器；变为数字滤波器；也可用也可用z z变换的变换的零极点零极点图图来来设计设计，或或以理想滤波器和实际滤波器的误以理想滤波器和实际滤波器的误差为标准来设计。差为标准来设计。 设计

10、设计有限脉冲响应滤波器有限脉冲响应滤波器，可从无穷长的序列中可从无穷长的序列中截取一段获得，也可对标准滤波器的频谱采样获得，截取一段获得，也可对标准滤波器的频谱采样获得，还可以根据还可以根据理想滤波器和实际滤波器的理想滤波器和实际滤波器的误差误差来来设计。设计。数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 数字信号的数字越多，越能贴近它所表示的数字信号的数字越多，越能贴近它所表示的真实真实信号，但也带来了存储量和计算量越大的缺点。提高信号，但也带来了存储量和计算量越大的缺点。提高效率的方法就是在不同的场合使用不同的采样率。转效率的方法就是在不同的场合使用不同的采

11、样率。转换采样率也有诀窍，叫做抽取和内插。换采样率也有诀窍，叫做抽取和内插。 把数字信号处理付诸应用，可采用通用计算机，把数字信号处理付诸应用，可采用通用计算机，或专用集成电路、可编程集成电路。不过事先要考虑或专用集成电路、可编程集成电路。不过事先要考虑成本，这就需要考虑实际的计算速度和数字精度。成本，这就需要考虑实际的计算速度和数字精度。 由浅入深的三个应用实例，为你总结数字信号处由浅入深的三个应用实例，为你总结数字信号处理的理论。这三个实例是：两人合唱的数字音效处理理的理论。这三个实例是：两人合唱的数字音效处理系统，系统， 数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science小轿车车厢内的噪声降噪数字系统，小轿车车厢内的噪声降噪数字系统，数字蜂窝移动通信系统。数字蜂窝移动通信系统。 数字信号处理数字信号处理enjoy scienceenjoy science 通过通过344349页的五个试验，你可以更好地页的五个试验，你可以更好地将将数数字信号处理的理论字信号处理的理论和实践有机结合和实践有机结合。这五个试验是：。这五个试验是：测量人耳辨别回音的最小