数字信号处理导论1绪论》
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第0章_数字信号处理绪论
第0章 绪 论 章
2. 本课程与其它课程的联系
《工程数学》 工程数学》 《数字电路》 数字电路》 《微机原理》 微机原理》 《信号与系统》 信号与系统》 语言》 《MATLAB语言》 语言
第0章 绪 论 章
3. 课程内容
52学时授课＋12学时实验 学时授课＋ 学时实验 学时授课
考核方式
学分： 学分：4 闭卷考试 闭卷考试 总成绩＝ ％平时成绩＋ ％实验成绩＋ ％ 总成绩＝20％平时成绩＋10％实验成绩＋70％试卷成绩
第0章 绪 论 章
1. 本课程的性质及作用
数字信号处理是电子、通信、信息、自 数字信号处理是电子、通信、信息、 动化类专业的一门专业基础课。 动化类专业的一门专业基础课。它的任务是 使学生掌握离散时间信号和系统的基本理论、 使学生掌握离散时间信号和系统的基本理论、 离散时间信号和系统 基本概念与基本分析方法以及FFT、数字滤 基本概念与基本分析方法以及 以及 、 波器等数字信号处理技术， 波器等数字信号处理技术，了解并学会使用 技术 现代设计、分析、开发、仿真与实验工具。 现代设计、分析、开发、仿真与实验工具。 工具
第0章 绪 论 章
绪
论
模拟高通滤波器与数字高通滤波器的比较
x(n)
xa (t )
y (n)
ya (t )
第0章 绪 论 章
绪
二、数字信号处理的实现方法
论
软件实现方法、硬件实现方法、 软件实现方法、硬件实现方法、软硬结合实现方法
软件实现方法：按照原理和算法， 软件实现方法：按照原理和算法，自己编写程序或者采用现成的程序在通 用计算机上实现。 用计算机上实现。 硬件实现方法：按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法器、 硬件实现方法：按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法器、加 法器、延时器、控制器、存储器以及输入输出接口部件等硬件组成系统来 法器、延时器、控制器、 实现。 实现。 软硬结合实现方法：用单片机实现。 软硬结合实现方法：用单片机实现。
数字信号处理导论
What is 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。
数字信号处理：把信号用数字或符号表示的序列， 利用计算机或通用（专用）数字信号处理设备，用数 值计算方法处理（例如：滤波、检测、参数提取、频 谱分析等），实现信号自身或有用特征的提取，达到 认识信号、利用信号的目的。
四、数字信号处理的特点
精度高 Precision
component specification
在模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟元 器件的精度很难达到10-3以上。而数字系统中，17位
字长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，通常采
用数字系统。
ADC bits, CPU word width
（信号的频谱分析和数字滤波）
How to learn?
二、课程的特点 （数学工具要求高、应用性强）
三、课程的学习方法与要求 （课上、作业、实验）
课程教学大纲
四、课程的性质和目的 五、课程的研究对象 六、课程的安排与考核 七、主要教材和参考书
绪
论
一、信号、系统和信号处理 二、数字信号处理系统的基本组成 三、数字信号处理的学科概貌 四、数字信号处理的特点 五、数字信号处理的应用
1 2 3 n
多路器
DSP
分 路 器
1 2 3 n
同步
We still need analog processing
（1）Real-Time Processing
Analog system：Besides the delay introduced by the circuit, the processing is in real-time. Digital system：Decided by the processor speed.
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。
数字信号处理：把信号用数字或符号表示的序列， 利用计算机或通用（专用）数字信号处理设备，用数 值计算方法处理（例如：滤波、检测、参数提取、频 谱分析等），实现信号自身或有用特征的提取，达到 认识信号、利用信号的目的。
四、数字信号处理的特点
精度高 Precision
component specification
在模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟元 器件的精度很难达到10-3以上。而数字系统中，17位
字长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，通常采
用数字系统。
ADC bits, CPU word width
（信号的频谱分析和数字滤波）
How to learn?
二、课程的特点 （数学工具要求高、应用性强）
三、课程的学习方法与要求 （课上、作业、实验）
课程教学大纲
四、课程的性质和目的 五、课程的研究对象 六、课程的安排与考核 七、主要教材和参考书
绪
论
一、信号、系统和信号处理 二、数字信号处理系统的基本组成 三、数字信号处理的学科概貌 四、数字信号处理的特点 五、数字信号处理的应用
1 2 3 n
多路器
DSP
分 路 器
1 2 3 n
同步
We still need analog processing
（1）Real-Time Processing
Analog system：Besides the delay introduced by the circuit, the processing is in real-time. Digital system：Decided by the processor speed.
数字信号处理导论
成果如右图
接上例：N＝10
分别用矩形窗
和Hamming 窗
使用Hamming 窗后，阻带衰 减变好，但过 渡带变宽。
高通：
令：
H
d
(e
j
)
e
j
N 1 2
0
c 0 c
hd
(n)
sin[(n
N 1) ] sin[(n
2
(n N 1)
N 2
1)c
]
2
相当于用一种截止频率在 处旳低通滤波器
理想微分器 x(t) 旳频率特征：
H (s)
y(t)
y(t) dx(t) dt
H (s) s H ( j) j
令： x(n) x(t) tnTs , y(n) y(t) tnTs
x(n) H (z)
y(n)
理想差分器
旳频率特征： H (e j ) j,
Hd (e j ) j
奇对称， 纯虚函数
主瓣宽度最宽：12
N
旁瓣幅度最小
汉宁窗-布拉克曼窗比较
矩形窗-汉宁窗-布拉克曼窗比较
矩形窗-三角形窗比较
矩形窗-海明窗-凯泽窗比较
六种窗函数基本参数比较
窗函数
矩形窗 三角形窗
汉宁窗 海明窗 布拉克曼窗 凯泽窗
窗谱性能指标
加窗后滤波器性能指标
旁瓣峰值 主瓣宽度 过渡带宽 阻带最小衰减
/dB
在
c
2
N
处出现肩峰值，两侧形成起伏振
荡，振荡旳幅度和多少取决于旁瓣旳幅度和多少
变化N只能变化窗谱旳主瓣宽度，但不能变化主
瓣与旁瓣旳相对百分比。其相对百分比由窗函数 形状决定，称为Gibbs效应
例1.设计低通 FIR
接上例：N＝10
分别用矩形窗
和Hamming 窗
使用Hamming 窗后，阻带衰 减变好，但过 渡带变宽。
高通：
令：
H
d
(e
j
)
e
j
N 1 2
0
c 0 c
hd
(n)
sin[(n
N 1) ] sin[(n
2
(n N 1)
N 2
1)c
]
2
相当于用一种截止频率在 处旳低通滤波器
理想微分器 x(t) 旳频率特征：
H (s)
y(t)
y(t) dx(t) dt
H (s) s H ( j) j
令： x(n) x(t) tnTs , y(n) y(t) tnTs
x(n) H (z)
y(n)
理想差分器
旳频率特征： H (e j ) j,
Hd (e j ) j
奇对称， 纯虚函数
主瓣宽度最宽：12
N
旁瓣幅度最小
汉宁窗-布拉克曼窗比较
矩形窗-汉宁窗-布拉克曼窗比较
矩形窗-三角形窗比较
矩形窗-海明窗-凯泽窗比较
六种窗函数基本参数比较
窗函数
矩形窗 三角形窗
汉宁窗 海明窗 布拉克曼窗 凯泽窗
窗谱性能指标
加窗后滤波器性能指标
旁瓣峰值 主瓣宽度 过渡带宽 阻带最小衰减
/dB
在
c
2
N
处出现肩峰值，两侧形成起伏振
荡，振荡旳幅度和多少取决于旁瓣旳幅度和多少
变化N只能变化窗谱旳主瓣宽度，但不能变化主
瓣与旁瓣旳相对百分比。其相对百分比由窗函数 形状决定，称为Gibbs效应
例1.设计低通 FIR
数字信号处理绪论
8、应用
DSP这一学科近二、三十年发展十分迅速，特别是FFT算法的出现 及大规模集成电路和计算机技术的快速发展，使DSP的应用领域不断 扩大。
应用领域有： 通信 雷达 地震预测 声纳 遥感 图像处理和模式识别 语音处理和识别 生物医学 自动控制 消费电子
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发 射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获 得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径 向速度）、方位、高度等信息。
时变系统
非平稳信号 非高斯信号 非线性信号
处理方法的发展： 自适应滤波 离散小波变换 高阶矩分析 信号盲处理 分形、混沌理论 目的：数学模型更加符合实际，或者降低对信号先验知识 的要求，充分利用观测信号中的一切有用信息，提高信息 利用率。
一阶矩就是随机变量的期望，二阶矩 就是随机变量平方的期望，以此可以类推 高阶的矩。
讲授内容
0.绪论--DSP的发展和应用 （1学时） 1.离散时间信号与系统 (3学时） 2.Z变换与离散时间傅里叶变换（DTFT）（4学时） 3.离散傅里叶变换(DFT) （6学时） 4.快速傅里叶变换（FFT）（6学时） 5.数字滤波器的基本结构（2学时） 6.IIR DF的设计(无限长单位脉冲响应数字滤波器的设 计)（5学时） 7.FIR DF 的设计(有限长单位脉冲响应数字滤波器的设 计)（5学时）
2、数字信号处理系统
以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统.
模拟 前置预
滤波器 Xa(t) PrF
A/D 变换器 ADC
数字信号 处理器 DSP
D/A 变换器 DAC
模拟 模拟 滤波器 Ya(t) PoF
(1)前置滤波器
也称为抗混叠滤波器，将输入信号xa(t)中高 于某一频率(称折叠频率，等于抽样频率的 一半)的分量加以滤除。
数字信号处理 第0章绪论
超大规模集成的DSP芯片，使设备简化，进一步提高了系统的
稳定性和可靠性。
运算位数又由8位提高到16、32位，在计算精度方面，模拟 系统是不能和数字系统相比拟的，为此，许多测量仪器为满足
高精度的要求只能采用数字系统。
绪
论
（3）便于大规模集成 表现： 数字部件具有高度的规范性，对电路参数要求不严， 容易 大规模集成和大规模生产，价格不断降低，这也是DSP芯片和
绪
论
4． 数字信号处理涉及的理论、 实现技术与应用
• 数字信号处理的理论和技术一出现就受到人们的极大关注，发展非常迅速 • 1965年数字信号处理成为新学科开端，40多年以来，这门学科基本上形成了 自己一套完整的理论体系，其中也包括各种快速的和优良的算法 • 随着各种电子技术及计算机技术的飞速发展，数字信号处理的理论和技术还 在不断丰富和完善，新的理论和新技术层出不穷
[13]陈后金,等.数字信号处理学习指导与习题精解.[M]高等教育出版 社,2005.
绪
上课要求
论
• 1、不迟到不旷课 • 2、遵守课堂纪律、不开小差不喧闹 • 3、按时完成作业 • 4、学会听课，有不懂的问题欢迎与老师讨论 • 5、期末成绩=平时成绩+考试成绩
平时成绩=作业+考勤+平时练习+积极回答问题讨论
数字信号处理就是用数值计算的方法对信号进行处理(运算) 处理对象：模拟信号和数字信号
绪
2． 数字信号处理的实现方法
数值计算 数字信号 处理
论
数 字 信 号 处 理
软件实现 按照原理和算法，自己编写程序或者采用现成的程序 在通用计算机上实现
硬件实现 按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法器 、加法器、延时器、控制器、存储器以及输入输出接 口等基本部件实现的一种方法
绪论：本章介绍数字信号处理课程的基本概念。
绪论：本章介绍数字信号处理课程的基本概念。
0.1 信号、系统与信号处理
1.信号 信号是信息的载体。分类：模拟信号、量化信号、抽样信号和数字信号。 2.系统 系统定义为处理（或变换）信号的物理设备，或者说，凡是能将信号加以变换以达 到人们要求的各种设备都称为系统。 3.信号处理 信号处理即是用系统对信号进行某种加工。包括：滤波、分析、变换、综合、压缩、 估计、识别等等。 所谓“数字信号处理”，就是用数值计算的方法，完成对信号的处理。通过处理， 往往可以达到两个目的： （1）对信号在时域及变换域内的特性进行分析，以便对信号有更清楚的认识。 （2）对信号实施处理，以改善其性能，比如滤波。
信号 ya(t)。
1．周期信号的傅里叶级数 复指数函数集是一种常见的完备正交函数集，周期信号可以表示为复指数函数的线
性组合。
一般是复函数。
2．傅里叶变换
（1）定义
电信号：时域
频域
f(t)
F(Ω)
f(t)与 F(Ω)之间的关系——傅里叶变换
正变换
积分因子： 反变换
积分因子：
3
（2）傅里叶变换性质
3．冲激函数 δ(t) （1）定义
2
散信号。在 A/D 变换器中的保持电路中进一步变换为若干位码。 （3）数字信号处理器（DSP） （4）D/A 变换器 按照预定要求，在处理器中将信号序列 x(n)进行加工处理得到输出信号 y(n)。由一
个二进制码流产生一个阶梯波形，是形成模拟信号的第一步。 （5）模拟滤波器 把阶梯波形平滑成预期的模拟信号；以滤除掉不需要的高频分量，生成所需的模拟
当 为下采样。
时，序列
或
，其中 M 和 N 都是正整数。
是通过取 x(n)的每第 M 个采样形成，这种运算称
0.1 信号、系统与信号处理
1.信号 信号是信息的载体。分类：模拟信号、量化信号、抽样信号和数字信号。 2.系统 系统定义为处理（或变换）信号的物理设备，或者说，凡是能将信号加以变换以达 到人们要求的各种设备都称为系统。 3.信号处理 信号处理即是用系统对信号进行某种加工。包括：滤波、分析、变换、综合、压缩、 估计、识别等等。 所谓“数字信号处理”，就是用数值计算的方法，完成对信号的处理。通过处理， 往往可以达到两个目的： （1）对信号在时域及变换域内的特性进行分析，以便对信号有更清楚的认识。 （2）对信号实施处理，以改善其性能，比如滤波。
信号 ya(t)。
1．周期信号的傅里叶级数 复指数函数集是一种常见的完备正交函数集，周期信号可以表示为复指数函数的线
性组合。
一般是复函数。
2．傅里叶变换
（1）定义
电信号：时域
频域
f(t)
F(Ω)
f(t)与 F(Ω)之间的关系——傅里叶变换
正变换
积分因子： 反变换
积分因子：
3
（2）傅里叶变换性质
3．冲激函数 δ(t) （1）定义
2
散信号。在 A/D 变换器中的保持电路中进一步变换为若干位码。 （3）数字信号处理器（DSP） （4）D/A 变换器 按照预定要求，在处理器中将信号序列 x(n)进行加工处理得到输出信号 y(n)。由一
个二进制码流产生一个阶梯波形，是形成模拟信号的第一步。 （5）模拟滤波器 把阶梯波形平滑成预期的模拟信号；以滤除掉不需要的高频分量，生成所需的模拟
当 为下采样。
时，序列
或
，其中 M 和 N 都是正整数。
是通过取 x(n)的每第 M 个采样形成，这种运算称
数字信号处理(第二版) 绪论
三、发展与运用
年代 60年代 70年代 80年代 90年代 21世纪
特点 大学探索 军事运用 商用成功 消费类电子 能源、居家
$/MIPS $100-$1,000 $10-$100 $1-$10 $0.1-$1 $0.01以下
三、发展与运用
上个世纪60年代计算机每秒可以完成百万 次操作，而1024点的DFT就需要百万次的复 数乘法运算。
三、发展与应用
1946年 宾夕法尼亚大学发明了第一代电子管计算 机
1957年 飞歌公司制造出第二代晶体管计算机 1964年 IBM公司制造出第三代集成电路计算机 1971年 Intel公司制造出第四代微型计算机―微处
理器 1975年 第一台PC机 1979年 苹果机问世 1982年 IBM—PC
数字信号处理
Digital Signal Processing 绪论
从模拟到数字
1、留声机诞生于１８７７年 。它的发明人就是誉满全球 的发明大王爱迪生。
2、模拟系统经历了一个世纪 的历程。留声机→电唱机→ 钢丝录音机→磁带录音机
3、 １９８２年问世的CD唱 盘，是数字技术取代模拟技 术的典型产品。 CD唱盘只用 了５年就淘汰了唱片。
3、可以实现模拟系统很难达 到的指标或特性
例如： 有限长单位脉冲响应数字滤波器可以实 现严格的线性相位； 在数字信号处理中可以将信号存储起来 ，用延迟的方法实现非因果系统，从而 提高了系统的性能指标； 数据压缩方法可以大大地减少信息传输 中的信道容量。
4、可以实现多维信号处理
利用庞大的存储单元，可以存储 二维的图像信号或多维的阵列信 号，实现二维或多维的滤波及谱 分析等。
信号可以由单个信号源产生，也可以由多个信号源产 生。前者是一标量信号(Scalar signal)，而后者是一向 量信号通常也称作多通道信号(Multichannel signal)，例 如，立体声信号是一种双通道信号。
数字信号处理教案
石河子大学教案二OO六——二OO七学年第二学期注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。
第页年月日年月日友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。