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_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


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

二、数字信号处理的实现方法

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

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





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

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

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

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

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。


(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


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.

上课要求

• 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

2. 数字信号处理的实现方法
数值计算 数字信号 处理

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。
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

,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。

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数字信号处理第一章(1)

数字信号处理 Digital Signal Processing
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 )

实时数字信号处理 绪论完美版PPT

– 用差分方程描述的系统的响应计算。 – 信号互相关函数计算 – 离散傅立叶变换(DFT) – 离散余弦变换(DCT)
• 循环
数字信号处理实现方法
• 理论、实现、应用 • 1822年傅立叶级数理论 • 研究各种应用算法和快速算法 • 1965年快速傅立叶变换(FFT) • 数字信号处理的实现方法经历了一个较长的发展过程。 • 1982,TI TMS320C10 • 数字信号处理的实现方法
是20世纪60年代前后发展起来的一门新兴学科。 • 现代信号处理理论
– 涉及到非常复杂的算法和大量的计算 – 增加了实时处理难度 – 分布式、并行计算 – 并行计算机系统 、DSP芯片的阵列处理系统 – 通用计算机和DSP都朝着多核发展数字信号处理算法基本特点
• 乘累加(MAC)
– 根据线性时不变离散时间系统的单位脉冲响应, 系统响应可采用卷积和来计算。
• ADI
– 16位的定点DSP产品ADSP-21xx系列、Blackfin ADSP-215xx系 列
– 32位的浮点DSP产品SHARC系列、TigerSHARC系列 – 混合信号处理DSP产品ADSP-2199X系列 – 嵌入式电机控制DSP产品ADMC系列等
数字信号处理器基本概念
系列
型号
类型
数字信号处理器基本概念
• 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器,或者 说主要是为快速实现各种数字信号处理算法而设计的。
• 目前,DSP芯片已广泛应用 • 第一颗DSP芯片,1978年AMI公司发布的S2811 • 1979,Intel,商用可编程器件2920
– 是DSP芯片的一个主要里程碑 – 但上述两种芯片内部都没有单周期乘法器
• 新型数字信号处理器在实现复杂音视频媒体处理算法基础 上,提供了完成事务管理的控制功能
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