《数字信号处理导论1绪论》课件

课程简介关于数字信号处理本课程的地位和作用数字信号处理的任务数字信号处理的优势数字信号处理的理论数字信号处理的实现关于数字信号处理的学习绪论数字信号处理（DSP）数字信号处理，是从20世纪50年代起，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。它的重要性，在各个领域的发展和应用中日益表现出来。数字信号处理（DSP）DigitalSignalProcessing数字信号处理DigitalSignalProcessor数字信号处理器

信息化的基础是数字化数字化的核心技术之一是数字信号处理数字信号处理的任务，特别是实时处理的任务，在很大程度上需要由DSP器件或以DSP为核心的ASIC/AP（ApplicationProcessor）来完成DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术任务：从信号中提取出所需要的信息，并将其用于 实际。1.数字信号处理的任务例：心电监护仪：内含CPU

用于危重病房（intensivecareunit，ICU）的心电自动监护仪的作用是监护病人的心电状态（同时也包括其他生理参数，如血压、呼吸等），它应能实时地显示和存储病人的心电波形，并根据心电图的异常来自动决定是否给出报警。一个实际的心电监护仪由心电放大器、A/D转换器、CPU、显示单元、存储单元、系统管理软件和心电信号处理软件所组成。心电处理软件的功能：（1）在CPU的控制下实现心电信号的采集、显示和存储；

（3）波形检测（参数提取）：R波检测：病人的心电变形，要求>99％；

P波检测，T波检测：幅度特别低，>90％；

P-Q间期测量；S-T段形态检测；

QRS宽度检测（4）病类判别：根据检测出的参数、心脏疾病的原理和医生的临床经验，建立起各种心律异常的数学模型并对心电信号做出判别，决定是否异常，如异常，又属于哪一类异常。这一工作即是信号处理的应用。以上内容虽然属于生物医学工程学科的范畴，但从中可以看出数字信号处理的内容和任务。其他学科的信号处理过程和该问题类似，即大体上也包含了去噪、特征检测（或提取）和应用于实际这三个方面。2.数字信号处理的优势（1）.精度高（2）.可重复性强（3）.体积小（4）.可靠性强（5）.可编程：所以灵活性强1.信号抽样与采集理论;

2.信号分析理论:

Z变换,离散傅里叶变换(DFT)

Hilbert（希尔伯特）变换离散余弦变换(DCT)

离散小波变换(DWT)

快速算法理论(FFT)3.离散系统分析;4.离散系统设计(滤波器设计);

5.随机信号统计分析理论;6.信号建模(AR,MA,ARMA);7.特征估计(自相关函数,功率谱计);8.实现(软件--MATLAB;硬件--DSP);

9.应用

(教学,科研,开发的前期)DSP软件包MATLABSignalProcessingToolBox4.数字信号处理的实现软件实现:硬件实现:CPU,MCU,DSPMobilephone

(infrastructureandhandset)FashionhandsetsDSP的典型应用一——通信手机MIDDSP的典型应用——MP3GPS

(GlobalPositionSystem)AirEarlyWarning，AEW

SmartBombPilotlessaircraft汽车电子中的MCU/DSPDSP的典型应用——

汽车多媒体系统汽车电子汽车电子中国每年的汽车产量和销量已超过1000万辆，成为世界汽车大国，发展速度居世界第一。来自ICInsight的数据显示，全球平均每辆汽车中的电子器件价值从1990年的672美元提升至2004年的2132美元。预计2010年每辆汽车中的电子器件占总价值将由2001年的23%增加到35%，而用于混合动力汽车的电子器件在总价值中所占比例将达50%生物医学工程UltrasoundCT(ComputedTomography)MRI(MagneticResonanceImaging)GammaknifeHearingAidWhydigital?（1）Programmability

Analogsystem：Modifyhardwaredesign.

Digitalsystem：Modifysoftware.

Example：Analogfilter,digitalfilter,adaptivefilterWhydigital?（2）Precision

Analogsystem：componentspecification:resistorshaveatolerance5%;capacitors20%orworse

Digitalsystem：ADCbits,CPUwordwidthandalgorithmWhydigital?（3）Stability

Analogsystem：thecharacteristicsofanalogsystemcomponents,resistors,capacitorsandoperationalamplifierswillchangealongwithtemperature,humidity

Digitalsystem：willshownovariationwithtemperaturethroughouttheirguaranteedoperationrange.(4)Anti-noiseWhydigital?Whydigital?AmplifyAAmplifyBSignalgeneratorcomputerAcomputerB(5)RepeatabilityWhydigital?（6）VLSI(VeryLargeScaleIntegratedcircuit)尽管已经有了不少的模拟集成电路，但其集成度、可选择性、功耗等，还是无法与数字集成电路相比；更何况微处理器的出现和发展，体现出更大的优越性。Whydigital?(7)ErrorCorrectingCodesDataretrievalandtransmissionsystemssufferfromanumberofpotentialformsoferror.Withinformationinadigitalorbinaryform,wemayeasilybuildintothedatastreamadditional“redundant”bitsthatareusedtodetectwhenanerrorhasoccurred.Whydigital?(8)DataTransmissionandStorageTheInternet,CompactDisc(CD)andDigitalVideoDisc(DVD)broughtinformationbasedontrouble-freehigh-qualitytext,audioandvideointotheofficeandhome.Thefidelityofthedigitalmediumisgreaterthanthatoftheanalogone.Whydigital?(9)DataCompressionTheinformationchannelscostandtransmissionbottlenecksmakecompressionnecessaryforreal-timeprocessing.Withanalogcompressionsomeinformationislost.Atypicalexampleisthebandwidthlimitingappliedtoanalogtelephonelinesinordertomultiplescalls,whichlimitsthefrequencyresponseto3kHz.Westillneedanalogprocessing（1）Real-TimeProcessing

Analogsystem：Besidesthedelayintroducedbythecircuit,theprocessingisinreal-time.

Digitalsystem：Decidedbytheprocessorspeed.Westillneedanalogprocessing（2）Processingveryhighfrequencysignals

Analogsystem：mayprocessmicrowave,mini-meter-wave,evenlightwavesignals.

Digitalsystem：BytheNyquistRule，theprocessingspeedislimitedbytheS/H,A/Dandprocessorspeed.Westillneedanalogprocessing(3)Themostsignalsinrealwouldareanalog.Ifwewanttoprocesstheseanalogsignalswithdigitalsignalprocessingsystem,mustchangethemintodigitalformfirstbymixedsignalprocessing.

几乎所有的工程技术领域都要涉及信号问题，包括电、磁、机械、热、声、光、生物医学等各种信号。如何在强噪声背景下有效地提取有用的信号及信号的特征，并将其应用于科学和技术的方方面面，就是信号处理需要完成的任务，也就是本课程要向学生传授并要求他们掌握的理论和方法。关于“数字信号处理”课程伴随着数字信号处理的发生和发展，都紧紧围绕着理论、实现和应用三个方面进行。它植根于众多学科的理论基础，其成果又应用到各个学科，成为理论与实践并重，以高新技术为特征，发展迅速，在各个学科领域具有重要地位的新兴的基础性学科。这也就是为什么，国内外的大学，都将本课程列为必修的专业基础课程。纷纷建立数字信号处理中心或实验室，将教学、科研、人才培养紧密地结合起来，在理论上和工程实践上，都取得了丰硕的成果。关于“数字信号处理”课程数字信号处理是理论性和工程性都很强的学科。业界对既掌握DSP理论和方法，又掌握DSP工程技术的人才的需求，近年来爆发式地增长。国内外各大学的电子信息类学科和专业，纷纷将数字信号处理列为必修课程，并加强了课程的建设与改革。关于“数字信号处理”课程传统的数字信号处理课程，大多只讨论算法的理论及其推导，较少涉及实现方法及相关的软硬件技术，和科技界和产业界的要求相去较远。教改的途径，一是使用MATLAB等工具软件，对数字信号处理的算法作仿真；一是引入已经被工程界广泛使用的DSP处理器，指导学生完成数字信号处理算法的实现，特别是实时（RealTime）实现。关于“数字信号处理”课程5.关于数字信号处理的学习

作为一本课程，学好数字信号处理和学好其他课程有着共同的要求。下面是几点特殊的要求：（1）特别要注意加深概念的理解，不要只停留在死记数学公式上；（2）通过应用来加深理解和记忆；特别希望大家在学习的过程中一定要重视利 用MATLAB来完成实际的信号处理任务。

（3）打好基础，循序渐进；（4）尽可能的多看一些国外的教科书及有关文献

[1]SJ.Orfanids.IntroductiontoSignalProcessing.1996;清华大学出版社，1999[2]SKMitra.DigitalSignalProcessing:AComputer－BasedApproach.2001，清华大学出版社，2001[3]胡广书.数字信号处理－理论、算法与实现（第二版），清华大学出版社，2003参考书有关期刊IEEETrans.onSignalProcessing;IEEET