数字信号与信息处理
数字信号处理
3《Digital Signal Processing》A.V.Oppenheim 4…….
4
第一章 数字信号处理概述
1.1 数字信号处理技术 1.2 数字信号与连续时间信号的关系 1.3 数字信号处理的分析方法 1.4 A/D、D/A原理 1.5 模拟信号的数字滤波
12
1.4 A/D、D/A原理
1.4.1 A/D原理与抽样定理
模拟信号的抽样 抽样信号的频谱 无失真抽样条件 前置预滤波器的作用 A/D变换的指标
.4.2 D/A原理和重构定理
重构定理 一种D/A变换器原理
13
1.4.1 A/D原理与抽样定理
A/D 将模拟信号转变为数字信号
s
Ya (
j)
FT
ya (t) X a ( j)G(
ya (t) xa (t)
j)
Xa(
j) (*)
X a ( j)
19
讨论
1、（*）式成立的条件：
s 2m
s
1
T
k
Xa(
j
jks )
Xˆ a ( j) s
当m s / 2
Xˆ a ( j)
18
m s / 2
时信号的提取
xˆa (t)
G( j)
Xˆ a ( j)
ya (t)
G(
j)
T , 0,
1 2
s
1 2
s
(完整word版)《数字信号处理》课程教学大纲
课程编号15102308《数字信号处理》教学大纲Digital Signal Processing一、课程基本信息二、本课程的性质、目的和任务《数字信号处理》课程是信息工程本科专业必修课，它是在学生学完了高等数学、概率论、线性代数、复变函数、信号与系统等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。
本课程将通过讲课、练习使学生建立“数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。
三、教学基本要求1、通过对本课程的教学，使学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。
2、要求学生学会运用数字信号处理的两个主要工具：快速傅立叶变换（FFT）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。
3、学生应具有初步的算法分析和运用MA TLAB编程的能力。
四、本课程与其他课程的联系与分工本课程的基础课程为《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《复变函数》、《信号与系统》等课程，同时又为《图像处理与模式识别》等课程的学习打下基础。
五、教学方法与手段教师讲授和学生自学相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。
六、考核方式与成绩评定办法本课程采用平时作业、期末考试综合评定的方法。
其中平时作业成绩占40%，期末考试成绩占60%。
七、使用教材及参考书目【使用教材】吴镇扬编，《数字信号处理》，高等教育出版社，2004年9月第一版。
【参考书目】1、姚天任,江太辉编，《数字信号处理》（第二版），华中科技大学出版社，2000年版。
2、程佩青著，《数字信号处理教程》（第二版），清华大学出版社出版，2001年版。
3、丁玉美,高西全编著，《数字信号处理》，西安电子科技大学出版社，2001年版。
4、胡广书编，《数字信号处理——理论、算法与实现》，清华大学出版社，2004年版。
5、Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer，《Digital Signal Processing》，Prentice-Hall Inc, 1975.八、课程结构和学时分配九、教学内容绪论（1学时）【教学目标】1. 了解：什么是数字信号处理，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。
什么是数字信号如何处理数字信号
什么是数字信号如何处理数字信号数字信号是一种在计算机科学和通信领域中广泛使用的信号类型。
它是通过离散的数字值来表示信息或数据的信号。
与模拟信号相比，数字信号具有许多优势，如抗干扰能力强、传输距离远、易于处理和复制等。
数字信号的处理是指对数字信号进行各种操作和算法，以获取所需的信息或实现特定的功能。
以下是数字信号处理的几个关键步骤：1. 采样（Sampling）：数字信号处理的第一步是对模拟信号进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样过程中需要确定采样频率，以充分保留原始信号的频率信息。
2. 量化（Quantization）：量化是将连续的采样值映射到有限数量的离散级别的过程。
通过量化，将连续的采样值转换为离散的数字值，以表示信号在某个时刻的幅值。
3. 编码（Encoding）：编码是将量化后的数字信号转换为二进制形式，以便于存储和传输。
常用的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）和压缩编码等。
4. 解码（Decoding）：解码是将接收到的二进制信号转换回原始的数字信号。
解码过程与编码过程相反，将二进制信号转换为量化的数字值。
5. 滤波（Filtering）：滤波是指通过滤波器对数字信号进行滤波，以去除噪声或不需要的频率成分。
滤波可以通过低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等方式进行。
6. 压缩（Compression）：压缩是指对数字信号进行压缩编码，以减少存储或传输所需的数据量。
压缩可以通过无损压缩和有损压缩两种方式实现。
7. 解压缩（Decompression）：解压缩是将压缩后的数字信号恢复为原始的数字信号。
解压缩过程与压缩过程相反，通过解码和滤波等操作还原信号的原始形态。
数字信号处理在各个领域都有广泛的应用，例如音频处理、图像处理、语音识别、通信系统等。
它不仅可以改善信号的质量和可靠性，还可以提供更多的功能和性能。
总结起来，数字信号是通过离散的数字值来表示信息或数据的信号，处理数字信号涉及采样、量化、编码、解码、滤波、压缩和解压缩等步骤。
考研中通信与信息系统专业与信号与信息处理专业的区别
考研中通信与信息系统专业与信号与信息处理专业的区别在考研选择专业的时候，通信与信息系统专业（简称通信专业）和信号与信息处理专业（简称信号专业）是两个常见的选项。
虽然它们都与通信和信息相关，但实际上存在一些区别。
本文将从专业的定位、学科核心内容和就业前景三个方面来论述考研中通信专业与信号专业的区别。
一、专业的定位通信与信息系统专业注重培养学生掌握通信与信息系统的原理、技术和应用的能力。
该专业侧重于培养学生在通信、网络、信息系统等方面的理论知识和技能，使其具备设计、开发和管理通信与信息系统的能力。
通信专业的学生主要学习通信原理、数字信号处理、无线通信等相关知识与技术，通过实践课程和实验室实训，培养学生的实践操作能力。
信号与信息处理专业侧重于信号与信息的获取、分析、处理与应用。
该专业培养学生掌握信号与信息处理的基础理论、方法和技术，使其在信号处理、图像处理、声音处理等领域具备较高水平的科学研究与应用能力。
信号专业的学生主要学习信号与系统、数字信号处理、图像处理等相关课程，通过科研项目与实践实验，锻炼学生的科学研究与实验设计能力。
二、学科核心内容通信专业的核心内容主要包括通信原理、数字信号处理、无线通信、调制与解调技术等。
学生将学习通信理论与技术的基本原理，了解通信系统的设计与实现，掌握数字信号处理的基本方法以及无线通信的原理与应用。
此外，学生还将学习网络通信、多媒体通信等前沿领域的相关知识。
信号专业的核心内容主要包括信号与系统、数字信号处理、图像处理、模式识别等。
学生将学习信号与系统的基本概念与分析方法，掌握数字信号处理的基本理论与算法，在图像处理领域研究处理技术与方法，同时学习模式识别与机器学习等相关知识。
三、就业前景通信专业的学生毕业后，可以就业于电信运营商、通信设备制造企业、互联网公司、电子信息产业等领域。
他们可以从事通信技术的研发、通信网络的设计与管理、移动通信系统的维护与优化等工作。
随着5G技术的发展，通信专业将迎来更广阔的就业前景。
数字信号处理应用领域详细
数字信号处理应用领域详细数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门研究如何对信号进行数字化处理的学科，它广泛应用于通信、音频、图像、雷达和生物医学等领域。
下面将详细介绍数字信号处理的应用领域。
1.通信领域：在无线通信系统中，数字信号处理被广泛应用于信号的调制、解调、编解码、信道均衡、自适应滤波等方面。
它可以提高通信系统的抗干扰能力、提高信号传输的稳定性和可靠性，并扩大通信系统的容量。
2.音频信号处理：数字音频信号处理是将模拟音频信号转换为数字化音频并对其进行处理的过程。
在音乐产业、音频处理系统和语音识别等领域中，数字信号处理可以实现音频信号的增强、降噪、压缩和编码等功能，提高音频信号的质量和传输效率。
3.图像处理：数字图像处理是将模拟图像转换为数字化图像，并对其进行处理的过程。
数字信号处理可以应用于图像的增强、去噪、压缩、分割和识别等方面。
在电视、电影、摄影和医学图像等领域中，数字图像处理可以提高图像的质量、准确性和可视化效果。
4.雷达信号处理：雷达信号处理是将雷达接收到的模拟信号转换为数字信号并对其进行处理的过程。
数字信号处理可以应用于雷达信号的预处理、目标检测、跟踪和成像等方面。
它可以提高雷达系统的灵敏度、分辨率和目标识别的准确性。
5.生物医学信号处理：在生物医学领域中，数字信号处理可以应用于生物体信号的收集、分析和处理，如脑电图（EEG）、心电图（ECG）、肌电图（EMG）和医学图像等。
它可以帮助医生诊断疾病、监测疗效和研究生理机制。
6.航天与卫星通信：数字信号处理在航天和卫星通信中起着至关重要的作用。
它可以处理航天器和卫星传输的信号，实现数据的压缩、解调、解码和去除噪声等功能，确保信息的可靠传输。
7.视频编码：在视频通信、视频监控和视频广播等领域中，数字信号处理可以应用于视频的编码和解码，实现视频信号的压缩和传输。
它可以提高视频传输的效率和质量，降低网络带宽的需求。
数字信号处理
数字信号处理数字信号处理（Digital Signal Processing）数字信号处理是指将连续时间的信号转换为离散时间信号，并对这些离散时间信号进行处理和分析的过程。
随着计算机技术的飞速发展，数字信号处理在各个领域得到了广泛应用，如通信、医学影像、声音处理等。
本文将介绍数字信号处理的基本概念和原理，以及其在不同领域的应用。
一、数字信号处理的基本概念数字信号处理是建立在模拟信号处理基础之上的一种新型信号处理技术。
在数字信号处理中，信号是用数字形式来表示和处理的，因此需要进行模数转换和数模转换。
数字信号处理的基本原理包括采样、量化和编码这三个步骤。
1. 采样：采样是将连续时间信号在时间上进行离散化的过程，通过一定的时间间隔对信号进行取样。
采样的频率称为采样频率，一般以赫兹（Hz）为单位表示。
采样频率越高，采样率越高，可以更准确地表示原始信号。
2. 量化：量化是指将连续的幅度值转换为离散的数字值的过程。
在量化过程中，需要确定一个量化间隔，将信号分成若干个离散的级别。
量化的级别越多，表示信号的精度越高。
3. 编码：编码是将量化后的数字信号转换为二进制形式的过程。
在数字信号处理中，常用的编码方式有PCM（脉冲编码调制）和DPCM （差分脉冲编码调制）等。
二、数字信号处理的应用1. 通信领域：数字信号处理在通信领域中具有重要的应用价值。
在数字通信系统中，信号需要经过调制、解调、滤波等处理，数字信号处理技术可以提高信号传输的质量和稳定性。
2. 医学影像：医学影像是数字信号处理的典型应用之一。
医学影像技术如CT、MRI等需要对采集到的信号进行处理和重建，以获取患者的影像信息，帮助医生进行诊断和治疗。
3. 声音处理：数字信号处理在音频处理和语音识别领域也有广泛的应用。
通过数字滤波、噪声消除、语音识别等技术，可以对声音信号进行有效处理和分析。
总结：数字信号处理作为一种新兴的信号处理技术，已经深入到各个领域中，并取得了显著的进展。
数字信号处理第一章(1)
绪论
• 为何要上数字信号处理?
在当今科学技术迅速发展的时代,大量 数据和信息需要传递和处理,数字信号处理 就是研究用数学的手段,正确快速地处理数 字信号,提取各类信息的一门学科.
一、数字信号处理
1、信号 • 数字信号处理的研究对象为信号。 • 所谓信号就是信息传递的载体。 • 信号是随时间、空间或其它独立变量变化的物理量，为了便 于处理，通常都使用传感器把这些真实世界的物理信号----->电信号，经处理的电信号--->传感器--->真实世界的物理 信号。 • 例如：现实生活中最常见的传感器是话筒、扬声器 话筒(将声压变化)--->电压信号-->空气压力信号(扬声器) • 数学上，我们用一个一元或多元函数来表示信号，如 s1 (t ) 5t 这是一个时间轴上的一维信号。
用通用的可编程的数字信号处理器实现法—是目前 重要的数字信号处理实现方法，它即有硬件实现法 实时的优点，又具有软件实现的灵活性优点。
五、本课程教学内容
• 作为本课程，因受到各种条件的制约，只能向大家介 绍数字信号处理的基础理论和基本知识。具体内容见 课本的第一章～第三章。
第一章：我们主要介绍离散时间信号和系统的基本概念以及 傅利叶变换Z变换，它们是分析离散信号与系统的 基本数学工具。 第二章：我们讲解信号的离散傅利叶变换(DFT)和DFT的快速 算法(FFT)，内容涉及课本第二章的1～5节。 第三章：介绍无限冲激响应(IIR)数字滤波器和有限冲激响 应(FIR)的设计方法，其中我们只介绍通过变换公 式逼近的经典设计方法。
第一章 离散时间信号、系统和Z变换
1-1 引言
x(t ) s(t ) n(t )
数字信号处理整理(全)
1、信号的分类：模拟信号（时间连续，幅度也连续）、连续时间信号（时间连续，幅度可以连续也可以离散）、离散时间信号（在一组离散的时间下表示信号数值的函数，又称取样信号或序列）、数字信号（在时间上和幅度上都经过量化的信号）。
2、信号处理系统分类：连续时间系统、离散时间系统、模拟系统、数字系统。
3、数字信号处理过程：P3首先通过一连续时间的前置取样滤波器，以保证输入信号的最高频率限制在一定数值之内。
然后在A/D 转换器中每隔T 秒读出一次 的幅度，并将其量化为标准电平 。
经过数字处理器加工以后，转换为另一组输出序列 ，再在数/模转换器中将数码反转成模拟电压（或电流），其中二进制数首先转换成连续时间脉冲，再用零阶保持法等方法填充脉冲间的空隙。
最后利用连续时间滤波器滤出模拟量中不需要的高频成分就得到系统输出的模拟信号 。
4、信号的取样过程：取样开关每隔T 秒短暂地闭合一次，接通连续时间信号。
若每次开关闭合时间为t 秒，则取样器的输出将是一列重复周期为T ，宽度为t 的脉冲串。
而每一脉冲的幅度则等于该脉冲所在时刻的相应的连续时间信号的幅度，即这组脉冲信号的幅度被原来的连续时间信号所调制。
这种信号成为取样信号。
5、香农(Shannon)采样定理：为了避免发生混叠现象，ωs ≥2ωmax ，即取样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍， 6、序列的运算规则（1）移位：序列x(n)，当m>0时：x(n-m)：延时/右移m 位；x(n+m)：超前/左移m 位。
（2）翻褶：x(-n)是以n=0的纵轴为对称轴将序列x(n)加以翻褶。
（3）和： ，同序列号n 的序列值逐项对应相加。
（4）积： ，同序号n 的序列值逐项对应相乘。
（5）累加： （6）差分： 前向差分： 后向差分：（8）卷积和7、常用的典型序列 （1）单位取样序列：)(t x a )(t x a )(n x )(n x ()y n )(t y a （7）时间尺度变换（2）单位阶跃序列：与单位抽样序列的关系：（3）矩形序列：与其他序列的关系：8、序列的周期性：讨论一般正弦序列的周期性若一个正弦信号是由连续信号抽样得到，则抽样时间间隔T和连续正弦信号的周期T0之间应是什么关系才能使所得到的抽样序列仍然是周期序列？9、线性系统10、移不变系统：若系统响应与激励加于系统的时刻无关，则称为移不变系统（或时不变系统）。
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实验报告
课程名称：数字信号与信息处理
实验名称：图像特征定位
院（系）：海洋科学与工程学院
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
2012年9月17日
一、实验目的：
（1）、实验类型：设计性实验； （2）、掌握卷积和相关运算的基本原理与主要应用；
（3）、掌握利用MATLAB 语言环境进行灰度图像的读取和显示； （4）、掌握利用相关运算进行图像特征的定位的主要方法；
二、实验主要仪器设备，软件
（1）硬件准备：PC 机
（2）软件准备：Matlab 语言环境
三、实验的基本原理与内容：
1）实验原理：数字信号处理应用中广泛的应用到相关和卷积运算。
从技术上讲，相关和卷积是相同的过程。
相关运算常用它来度量两个序列相似的程度，可应用到在图像特性的定位。
二维卷积和相关运算的表达式如下：
()()()∑∑--=m
n
y n ,x m h n ,m f y ,x g
()()()∑∑--=
m
n
n y m x h n m f y x g ,,,
2）实验内容：应用Matlab 语言进行编程，实现在一个包含文字的图像中定位所有的字母“e ”。
图像matlab 工具箱自带图像名为‘text.png ’。
3）用到主要的Matlab 命令：imread ，imshow ，ginput ，im2double ，rot90，conv2（或corr2），
四、实验的步骤：
（1）图像的读取与显示
%读入显示图片
bw=imread('text.png')
imshow(bw)
（2）从图像中提取字母“e”的模板图形
%从图像中提取e
%采用ginput交互式找到“e”的四点坐标
[x,y]=ginput(2)
x1=int32(min(x));
x2=int32(max(x));
y1=int32(min(y));
y2=y1+x2-x1;
e=bw(y1:y2,x1:x2);
（3）进行输入图像类型的转换，将“e”模板与输入图像进行相关运算% 将e与图像进行相关运算
C1=conv2(im2double(bw),im2double(rot90(e,2)));
Cmax=max(C1(:));
figure
imshow(C1)；
（4）设定阈值进行特征定位
%找出亮度最大值
%设定阀值
%显示特定定位
Cmax=max(C1(:));
thresh=Cmax-5;
C1=C1>thresh;
figure
imshow(C1);
%再相关运算
C=conv2(im2double(C1),im2double(e));
figure
imshow(C)
（5）可直接利用前面截取的“e”图像旋转90度，同理进行相关运算并设定阈值进行特征定位
e1=rot90(e,1);
%相关运算
C2=conv2(im2double(bw),im2double(rot90(e1,2)));
C2=C2>thresh;
%再相关运算
D1=conv2(im2double(C2),im2double(e1)); figure
imshow(D1)
（6）将两次定位进行组合
E=C+D1;
（7）将所有字母e提取出来。
%显示最终结果
Figure
imshow(E)
五、注意的事项和心得体会
（1）在M文件上编写，勿在command window上编写；
（2）要养成良好的编程习惯，条理清晰结构紧凑；
（3）为使程序更加清晰易懂，可加上必要的说明语句；
（4）注意matlab的格式和标点；
（5）为得到清晰完整的图像，提坐标定位时要准，否则图像可能不完整；（6）根据实际情况设定合适的阀值；
（7）要理解和熟悉相关运算的定义和公式的运用。
学习一项新的事项，难免会遇到一些意想不到的困难，要有谦虚好学积极向上的劲头，通过各种努力找出解决的方法才能取得进步。