信号处理原理：第一章 信号与信号处理的基本概念

1、MATLAB“信号处理原理”是数学？还是物理？关于学习方法物理现象物理规律数学原理3信号的概念、描述、分类信号处理的目的、步骤典型信号介绍信号的基本运算信号的分解第一章 信号与信号处理的基本概念4信号是反映（或载有）信息的各种物理量，是系统直接进行加工、变换以实现通信的对象。信号的概念 信号与信息？信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。思考：你还能想到日常生活中哪些信号与信息的例子？5信号的概念自然和物理信号例如：语音、图像、地震信号、生理信号等人工产生的信号例如：雷达信号、电话信号、医用超声信号、机械探伤信号等6信号的获得声音：麦克风将声音信号转变成为电信号图像：模拟相机：光信号控制

2、胶片上的化学反应数字相机：光信号产生电荷包，再转变为二维栅上的电信号 思考：什么是模拟信号？什么是数字信号？7各种信号的传感器声音：麦克风光：半导体器件，如：光电二极管，光电晶体管，CCD(电荷耦合器件)芯片。载流能力随入射光而变化。温度：热敏电阻(阻值随温度变化)，半导体器件，热电偶(对温度反应不同两种金属制成，温差导致电压)。其他：加速度传感器压力传感器流量传感器封装后的微麦克风（清华大学微电子研究所研制）8信号处理及其目的信号处理对信号进行提取、变换、分析和综合等处理过程的统称。信号处理的目的去伪存真特征抽取编码解码去除信号中冗余的和次要的成分。把信号变成易于进行分析和识别的形式。把信号

3、变成易于传输、交换与存储的形式（编码），或从编码信号中恢复出原始信号（解码）。9数字信号处理的步骤模数转换ADC数字信号处理DSP数模转换DAC自变量(时间)和幅值同时离散化变换域分析、数字滤波、识别、合成数字信号还原为模拟信号保证信息不丢失的理论基础是：采样定理模拟信号抗混叠滤波器抗镜像滤波器模拟信号10数字信号处理(DSP)系统的发展计算机的普及和高速处理能力，引起了数字信号的广泛应用，促进了数字信号技术发展20世纪60年代，DSP硬件使用分立元件，价格高，体积大1979年，Intel发明了29201982年，德州仪器公司投放TMS32010.目前，新一代DSP的处理能力是2920的10万

4、倍.Tips：上网搜索一下TMS32010的概述，介绍给同学们11数字信号处理(DSP)系统的突出优点数字系统的工作具有可预测性和可重复性模拟系统是由元器件搭建而成的电路，制造误差范围大，特性随温度（温度漂移）和时间变化（老化）体积小，功耗低（移动手机的发展）高度的灵活性：修改程序中的一些语句就能修改系统12DSP的优点和局限精确，因此具有可预测性稳定（不随着温度和时间漂移）噪声累加可以控制硬件花费独立于复杂性容易修改（可重编程性）能够模拟容易调试，因此开发时间短硬件简单（低价和高可靠性）函数执行，这在模拟处理中是不能实现的带宽受限于采样速率有限的动态范围量化噪声取整误差13DSP的应用实例蜂

5、窝电话声纳处理卫星图像分析语音识别语音合成文字识别远程医疗监护数字测绘条形码阅读数字摄像机加密磁共振成像扫描高清晰度电视地震波分析数字音频音乐合成思考：你还能想到哪些DSP的应用实例？音频示例您这个人儿，大概喜欢照像。上面两个波形各有什么特点？猜它们各是什么音？15Voice ConversionVoice masker Voice Masker 掩蔽声音的个性化 Change the Voice Pitch 改变声音的音高 改变声音的音色拟声面具；网上聊天Emotion Speech Recognition情感语音识别计算机学会察言观色？17在线可视语音合成系统一维声音信号与二维图像信号的生

6、成与时间同步18信号的描述信号的分类典型信号介绍信号的基本运算第一章 信号与信号处理的基本概念19信号的描述信号的分类典型信号介绍信号的基本运算第一章 信号与信号处理的基本概念20信号描述方法I 数学描述使用具体的数学表达式，把信号描述为一个或若干个自变量的函数或序列的形式。因此，本课程常用“函数”和“序列”来指代“信号”21 II 波形描述按照函数随自变量的变化关系，把信号的波形画出来。信号描述方法22信号的波形信号的频谱时域波形 VS 频谱图23信号的描述信号的分类典型信号介绍信号的基本运算第一章 信号与信号处理的基本概念24信号的分类1、确定信号与随机信号要点：区分方法：给定的自变量的值

7、，是否可以唯一确定信号的取值。任意给定一个自变量的值，如果可以唯一确定其信号和取值，则该信号是确定信号，否则，如果取值是不确定的随机值，则是随机信号。2、周期信号与非周期信号要点：关系式是否成立？周期信号的周期（正值）：最小T值非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。25关于周期信号对于周期信号，因信号周期重现，所以通常只关心周期区间的宽度，而对区间的起点则可以根据需要来定判断信号是否是周期的，参考点可以任意选取，只关心再现时的间隔当周期T无穷大时，成为非周期信号课堂自测：考虑如何绘制周期信号示意图复制+平移 数学表达方式？ 26信号的分类3、时间连续信号与时间离散信号要点：信号的自变量是否

8、在所讨论的整个连续区间内都有定义？定义域连续？NO时间离散信号YES时间连续信号4、模拟信号、抽样信号与数字信号通常被称为“序列”模拟信号的定义域和值域都有是连续的；抽样信号的定义域离散而值域连续；数字信号在定义域和值域都是离散的。计算机特别适合于处理数字信号27模拟信号，抽样信号，数字信号注意：抽样信号与数字信号的取值是有差异的!信号的分类模拟信号抽样抽样信号量化数字信号285、因果信号与非因果信号要点：如果信号在时间零点之前，取值为零，则称为因果信号。表示信号在过去时间内不可能发生（取值为零）！若信号仅在过去（时间零点之前）有非零值，则称为反因果信号。6、实值信号与复值信号如果信号的取值是

9、实数，则称为实值信号，简称实信号。如果信号的取值是复数，则称为复值信号，简称复信号。复信号是为了研究方便而引入的不是因果信号，就是非因果信号，信号在时间零点之前有非零值。信号的分类29信号的分类7、能量信号与功率信号定义信号的能量为：离散时间信号连续时间信号定义信号的功率为：离散时间信号连续时间信号如果信号的能量是有限的，则称为能量有限信号，简称能量信号。如果信号的功率是有限的，则称为功率有限信号，简称功率信号。30信号的描述信号的分类典型信号介绍信号的基本运算第一章 信号与信号处理的基本概念31典型普通信号指数信号：微分或积分后还是指数信号参数符号正号负号信号增强A信号衰减CD绝对值大小变化

10、速度快D变化速度慢C0直流信号B-1-0.50.512.557.51012.515BCDA32正余弦信号：说明：(1) K为振幅(2) 为角频率(3)为初相位正弦信号余弦信号正弦余弦典型普通信号33复指数信号：欧拉公式复指数信号与正余弦信号之间的关系指数因子s是复数典型普通信号思考： s 和w的取值不同，复指数信号有什么不同？34一个复指数信号可以分解成为实、虚两部分。其中，实部包含余弦信号，虚部则为正弦信号。指数因子实部s表征了正弦与余弦函数振幅随时间变化的情况：若s0，正弦、余弦信号是增幅振荡；若s0：右移b1：压缩0：不需反褶0：需要反褶倍数为1/|a|原信号信号压缩信号扩张41波形变换反褶运算将原信号f(t)的波形 按纵轴对称翻转