数字信号处理简介武汉理工大学资料

1、数字信号处理参考书程佩青，数字信号处理教程 (第2版），清华大学出版社 丁玉美等，数字信号处理，西安电子科大，（第2版），2001.姚天任等，数字信号处理，华中理工，（第2版），2000.A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著，黄建国等译， 离散时间信号处理，科学出版社，2000.绪论本课程的特点 1. 数学工具多: 微积分，概率统计，随机过程，高等代数， 数值分析，积分变换，复变函数等。 2. 要求基础强 网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。 3. 与其它学科密切相连 与最优控制、通信理论、故障诊断、计算机、微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。一、数字信

2、号处理(DSP)(Digital Signal Processing)凡是利用数字计算机或专用数字硬件、对数字信号所进行的一切变换或按预定规则所进行的一切加工处理运算。例如：滤波、检测、参数提取、频谱分析等。对于DSP:狭义理解可为Digital Signal Processor 数字信号处理器。广义理解可为Digital Signal Processing 译为数字信号处理技术。在此我们讨论的DSP的概念是指广义的理解。二、连续时间信号和离散时间信号信号的变量的一般有时间与幅值，其取值方式有连续与离散两种。模拟信号：时间和幅度均取连续值。离散时间信号：时间是离散，幅值是连续的。数字信号：时间

3、和幅度均离散的信号。三、系 统系统：将输入信号映射成输出信号的唯一变换 按所处理的信号种类的不同可将系统分为四类：（a）连续时间系统 （b）离散时间系统（c）模拟系统 （d）数字系统（c）模拟系统模拟系统：处理模拟信号。 系统输入、输出均为连续时间连续幅度的模拟信号。（d）数字系统数字系统：处理数字信号。 系统输入、输出均为数字信号。 以上系统可以是线性的或非线性的，时不变或时变的。 四、信号处理 信号处理是研究系统对含有信息的信号进行处理（变换），以获得人们所希望的信号，从而达到提取信息、便于利用的一门学科。信号处理系统y(t)x(t)(1)信号处理的内容滤波变换检测谱分析估计压缩识别其它一

4、系列的加工处理。（2）数字信号处理引入多数科学和工程中遇到的是模拟信号。以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。模拟信号处理缺点：难以做到高精度，受环境影响较大，可靠性差，且不灵活等。随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。随着信息时代、数字世界的到来，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。五、数字信号处理系统的基本组成以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统.模拟ya(t)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)PrFADCDSP

5、DACPoFx(n)y(n)六、数字信号处理的学科概貌离散线性时不变系统理论离散傅立叶变换数字滤波频谱分析量化理论FIR滤波器的逼近问题IIR滤波器的逼近问题FIR滤波器的综合I IR滤波器的综合FIR滤波器的实现I IR滤波器的实现用FFT方法的滤波统计的频谱分析快速傅立叶变换频谱分析仪的实现硬件 软件微处理机应 用1.数字信号处理领域的理论基础 数字信号处理的理论基础：离散线性变换(LSI)系统理论; 离散付里叶变换(DFT)。 2.“数字信号处理”又成为一些学科的理论基础 在学科发展上，数字信号处理又和最优控制，通信理论，故障诊断等紧紧相连，成为人工智能，模式识别，神经网络，数字通信等新

6、兴学科的理论基础。3.数字信号处理学科内容数字信号处理学科包含有（1）离散时间线性时不变系统分析（2）离散时间信号时域及频域分析、离散付里叶变换(DFT)理论（3）信号的采集，包括A/D,D/A技术，抽样，量化噪声理论等。（4）数字滤波技术（5）谱分析与快速付里叶变换（FFT），快速卷积与相关算法（6）自适应信号处理（7）估计理论，包括功率谱估计及相关函数估计等。（8）信号的压缩，包括语音信号与图象信号的压缩（9）信号的建模.（10）其他特殊算法（同态处理、抽取与内插、信号重建等）（11）数字信号处理的实现、数字信号处理的应用等。 以上（1）（2）（3）三点是理论和技术分析的基础，是最基本的,

7、（4）（5）为本课程教学内容。 其中滤波技术又可分为经典滤波和现代滤波。经典滤波为本科阶段学。主要为FIR 和IIR数字滤波器。数字信号处理实现方法1.采用大、中小型计算机和微机。2.用单片机。3.利用通用DSP芯片4.利用特殊用途的DSP芯片1.采用大、中小型计算机和微机工作站和微机上各厂家的数字信号软件，如有各种图象压缩和解压软件。用这一方法优点：可适用于各种数字信号处理的应用场合，很灵活。2.用单片机由于单片机发展已经很久，价格便宜，且功能很强。优点：可根据不同环境配不同单片机，其能达实时控制，但数据运算量不能太大。3.利用通用DSP芯片DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。如内部带有乘

8、法器，累加器，采用流水线工作方式及并行结构，多总线速度快。配有适于信号处理的指令(如FFT指令)等目前市场上的DSP芯片有：美国德州仪器公司(TI):TMS320CX系列 占有90%；还有AT&T公司dsp16,dsp32系列；Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列；AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列4.利用特殊用途的DSP芯片市场上推出专门用于FFT、FIR滤波器，卷积、相关等专用数字芯片。如：BB公司：DF17XX系列；MAXIM公司：MAXIM27X ,MAXIM28X；National公司：National-SEMI系列：MF系列。其软件算法已在芯片内部用硬件

9、电路实现，使用者只需给出输入数据，可在输出端直接得到数据。数据信号处理的特点与模拟系统(ASP)相比，数字系统具有如下特点：1、精度高2、可靠性高3、灵活性大4、易于大规模集成5、时分复用6、可获得高性能指标7、二维与多维处理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 信号滤波信号分析任务：涉及信号特性的测量。它通常

10、是一个频域的运算。主要应用于： 谱(频率和/或相位)分析 语音分析 目标识别 目标检测1.谱估计谱估计就是对各种信号进行频谱分析,或将时间域信号转换为频率域信号进行处理。通过快速付氏变换(FFT)方便地实现这种变换或反变换。例如 通过对环境噪声的谱分析,可以确定主要频率成分,了解噪声的成因,找出降低噪声的对策;对振动信号的谱分析,可了解振动物体的特性,为设计或故障诊断提供资料和数据。对于高保真音乐和电视这样的宽带信号转到频率域后极大多数能量集中在直流和低频部分,就可把频谱中的大部分成分滤去,从而压缩信号频带。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。滤

11、波器还能消除信息在传输过程中由于信道不理想所引起的失真,因此在电子系统中各种各样的滤波器应用很多。应用于：滤除不需要的背景噪声，去除干扰、频带分割， 信号谱的成形 所以它广泛地应用于数字通信，雷达，遥感，声纳，语音合成，图象处理，测量与控制，高清晰度电视，多媒体物理学，生物医学，机器人等。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。五、DSP技术的发展方向数字信号处理技术已经成熟,正在获得广泛的应用。目前在电子和通信领域正在进行一场数字化革命,s在其中扮演着主要角色,它为新体制、新原理和新算法提供了最佳的实现条件。DSP技术的发展趋势，可用四个字“多快好省”来概括。1.多。可从广度和深度看，广度是指DSP的型号越来越多。如TMS320C2x（控制）/5x（低功耗）/6x（高性能处理）.从深度讲是多CPU的糅合，一种多DSP的糅合，一种DSP的核和其他事务性处理的核的糅合在一起。2.快，即运算的速度越来越快，指令速度越来越快，频率越