数字信号处理系统的组成
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信号处理在实际生活中的运用
波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。
随着数字电路与系统技术以及计算机技术的发展,数字信号处理技术也相应地得到发展，其应用领域十分广泛.数字滤波器数字滤波器的实用型式很多，大略可分为有限冲激响应型和无限冲激响应型两类,可用硬件和软件两种方式实现。
在硬件实现方式中,它由加法器、乘法器等单元所组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器完全不同。
数字信号处理系统很容易用数字集成电路制成，显示出体积小、稳定性高、可程控等优点。
数字滤波器也可以用软件实现。
软件实现方法是借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。
离散傅里叶变换的快速算法1965年J.W。
库利和T.W。
图基首先提出离散傅里叶变换的快速算法,简称快速傅里叶变换，以FFT表示.自有了快速算法以后，离散傅里叶变换的运算次数大为减少,使数字信号处理的实现成为可能。
快速傅里叶变换还可用来进行一系列有关的快速运算，如相关、褶积、功率谱等运算。
快速傅里叶变换可做成专用设备，也可以通过软件实现。
与快速傅里叶变换相似,其他形式的变换，如沃尔什变换、数论变换等也可有其快速算法.谱分析在频域中描述信号特性的一种分析方法，不仅可用于确定性信号，也可用于随机性信号。
所谓确定性信号可用既定的时间函数来表示,它在任何时刻的值是确定的；随机信号则不具有这样的特性，它在某一时刻的值是随机的.因此，随机信号处理只能根据随机过程理论，利用统计方法来进行分析和处理，如经常利用均值、均方值、方差、相关函数、功率谱密度函数等统计量来描述随机过程的特征或随机信号的特性。
实际上，经常遇到的随机过程多是平稳随机过程而且是各态历经的，因而它的样本函数集平均可以根据某一个样本函数的时间平均来确定.平稳随机信号本身虽仍是不确定的，但它的相关函数却是确定的.在均值为零时,它的相关函数的傅里叶变换或Z变换恰恰可以表示为随机信号的功率谱密度函数，一般简称为功率谱。
这一特性十分重要，这样就可以利用快速变换算法进行计算和处理。
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。
DSP概述
1.2.1 DSP芯片的发展概况 DSP芯片的发展概况
第三阶段， 的完善阶段（ 年以后） 第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后） 的完善阶段 年以后 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善，而 制造商不仅使信号处理能力更加完善， 这一时期各 制造商不仅使信号处理能力更加完善 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上， 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上，大大 地提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到 地提高了数字信号处理能力。这一时期的 运算速度可达到 单指令周期10ns左右，可在 Windows 环境下直接用 C 语言编 左右， 单指令周期 左右 使用方便灵活， 芯片不仅在通信、 程，使用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到 芯片不仅在通信 了广泛的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 了广泛的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 目前， 芯片的发展非常迅速。 目前，DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处 芯片的发展非常迅速 理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、 理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大 容量片上RAM和ROM、程序加密、增加 驱动能力、外围电 驱动能力、 容量片上 和 、程序加密、增加I/O驱动能力 路内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台 路内装化、低功耗等方面发展。 的完善， 的应用开发更加灵活方便。 的完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。 的应用开发更加灵活方便
1.2.1 DSP芯片的发展概况 DSP芯片的发展概况
DSP芯片诞生于 世纪 年代末，至今已经得到 芯片诞生于20世纪 年代末， 芯片诞生于 世纪70年代末 了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。 了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。
数字信号处理-原理实现及应用(高西全-第3版)第1章 时域离散信号和系统
2020/7/5
信息与通信工程系—数字信号处理
14
时域离散信号的表示
用图形表示
直观
1
0.5
xaT(n)
0
-0.5
-1
-4
-2
0
2
4
6
n
为了醒目，在每一条竖线的顶端加一个小黑点。
2020/7/5
信息与通信工程系—数字信号处理
15
Matlab 语言中的序列表示
t=-0.025:0.001:0.025; xat=0.9*sin(50*pi*t); subplot(2,1,1); plot(t,xat);axis([-0.025,0.03,-1,1]); xlabel('t'); ylabel('xat(t)');
a nun
1 a 0
1 1 O 1
23
4n
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信息与通信工程系—数字信号处理
24
正弦序列
x(n) Asin(nT ) Asin(n )
T 采样间隔 ； 模拟信号的角频率
数字域的数字频率
T 1
x(n)
0
2 /10
-1
-10 -5
0
5 10
n
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信息与通信工程系—数字信号处理
信号的产生、传输和处理需要一定的物理装置，这样 的物理装置常称为系统。
系统的基本作用是对输入信号进行加工和处理，将其
转换为所需要的输出信号。
2020/7/5
信息与通信工程系—数字信号处理
6
1.1 引言
信号、系统数学描述的意义
为了把握信号与系统的特征参数
系统输出的预测
dsp管理器
DSP管理器的发展趋势
• 提高处理性能：通过优化算法、提高硬件资源和任务调度能力，提高DSP管理器的信号处 理性能 • 降低功耗和成本：通过设计高效的电源管理电路、优化硬件架构和采用低成本器件，降低 DSP管理器的功耗和成本 • 拓展应用领域：通过开发新的信号处理算法和应用，拓展DSP管理器的应用领域，如人工 智能、物联网等
02 图像处理领域
• 图像编码与解码：DSP管理器可以实现对图像编码和解 码任务的优化分配，提高图像处理速度 • 图像增强与降噪：DSP管理器可以实现对图像增强和降 噪任务的并行处理，提高图像处理质量
03 语音处理领域
• 语音识别与合成：DSP管理器可以实现对语音识别和合 成任务的优化分配，提高语音处理速度和准确率 • 语音压缩与传输：DSP管理器可以实现对语音压缩和传 输任务的并行处理，提高语音处理质量
• 提高信号处理速度：DSP管理器可以对DSP资源进行优化分配，提高信号处理速度 • 降低系统延迟：DSP管理器可以实现对DSP的任务调度和资源分配，降低系统延迟 • 保证系统稳定性：DSP管理器可以实现对DSP的动态电源管理和故障检测，保证系 统稳定性
DSP管理器在非实时信处理中的应用
非实时信号处理的特点
• 操作系统：负责管理和控制DSP管理器的硬件资源，如任务调度、内存管理等 • 驱动程序：负责与硬件设备进行通信，如总线驱动、接口驱动等 • 信号处理程序：负责执行具体的信号处理任务，如滤波器、变换器等 • 用户接口程序：负责与用户进行交互，如命令行界面、图形界面等
DSP管理器的软件设计要点
• 选择合适的操作系统：根据DSP管理器的性能和功能要求，选择合适的操作系统 • 设计高效的任务调度算法：设计高效的任务调度算法，提高信号处理能力和系统资源利用 率 • 设计完善的驱动程序：设计完善的驱动程序，保证DSP管理器与硬件设备的稳定通信
• 提高处理性能：通过优化算法、提高硬件资源和任务调度能力，提高DSP管理器的信号处 理性能 • 降低功耗和成本：通过设计高效的电源管理电路、优化硬件架构和采用低成本器件，降低 DSP管理器的功耗和成本 • 拓展应用领域：通过开发新的信号处理算法和应用，拓展DSP管理器的应用领域，如人工 智能、物联网等
02 图像处理领域
• 图像编码与解码：DSP管理器可以实现对图像编码和解 码任务的优化分配，提高图像处理速度 • 图像增强与降噪：DSP管理器可以实现对图像增强和降 噪任务的并行处理，提高图像处理质量
03 语音处理领域
• 语音识别与合成：DSP管理器可以实现对语音识别和合 成任务的优化分配，提高语音处理速度和准确率 • 语音压缩与传输：DSP管理器可以实现对语音压缩和传 输任务的并行处理，提高语音处理质量
• 提高信号处理速度：DSP管理器可以对DSP资源进行优化分配，提高信号处理速度 • 降低系统延迟：DSP管理器可以实现对DSP的任务调度和资源分配，降低系统延迟 • 保证系统稳定性：DSP管理器可以实现对DSP的动态电源管理和故障检测，保证系 统稳定性
DSP管理器在非实时信处理中的应用
非实时信号处理的特点
• 操作系统：负责管理和控制DSP管理器的硬件资源，如任务调度、内存管理等 • 驱动程序：负责与硬件设备进行通信，如总线驱动、接口驱动等 • 信号处理程序：负责执行具体的信号处理任务，如滤波器、变换器等 • 用户接口程序：负责与用户进行交互，如命令行界面、图形界面等
DSP管理器的软件设计要点
• 选择合适的操作系统：根据DSP管理器的性能和功能要求，选择合适的操作系统 • 设计高效的任务调度算法：设计高效的任务调度算法，提高信号处理能力和系统资源利用 率 • 设计完善的驱动程序：设计完善的驱动程序，保证DSP管理器与硬件设备的稳定通信
数字信号处理科普
索引
数字信号处理是科学家智慧的结晶，它饱含科学家解 决问题的认真态度和追求完美的精神。
Enjoy Science
详细介绍
数字信号处理 杨毅明
第1章 数字信号处理的概念
数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的一种理论和 技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。DSP也是 digital signal processor的简称，即数字信号处理器，它是集成专用计算 机的一种芯片，只有一枚硬币那么大。有时人们也将DSP看作是一门应 用技术，称为DSP技术与应用。 数字信号处理由三个词组成。信号是指那些代表一定意义的现象， 比如声音、动作、旗语、标志、光线等，它们可以用来传递人们想表达 的事情。所有的信号中，电信号是最常见的，因为它能让机器或电路处 理。 从信号的时间来看：时间是连续的、物理量也是连续的信号称为连 续时间信号或模拟信号。时间是离散的、物理量是连续的信号称为离散 时间信号或离散信号。 数字是表示物理量大小的符号，十进制由0~9组成，二进制则由0和 1组成。用数字表示信号，只能近似地表示物理量在不同时刻的大小。 处理是指人们为了某种目的，用工具对事物进行一系列操作，以改 变事物的位置、形状、性质、功能等。有些信号处理的速度要求按照信 号的实际变化时间进行，这种信号处理称为实时信号处理，它对机器的 速度要求较高。
数字信号处理 杨毅明
还有正弦序列，其定义和波形是
x(n) A sin(n )
Ts (Ts 是采样周期, 是初始相位)
数字角频率ω和模拟角频率Ω的关系由时间t和时序n的关系t=nTs获得。 还有周期序列，它满足关系式
x(n) x(n N ) 或者 x(n) x(n N ) ( N是最小的正整数)
数字信号处理-第一章(new)
2 n , n 3 x(n) 3 0, n 3 2 n 1 , n 2 x(n 1) 3 0, n 2 2 n 1 , n 4 x(n 1) 3 0, n 4
1数字信号处理第一章离散时间信号与系统11离散时间信号序列本节涉及内容序列的运算序列的周期性序列的能量几种常用序列用单位抽样序列表示任意序列2数字信号处理第一章离散时间信号与系统1离散时间信号定义??nntxnxnntxtxaanttan取整数3数字信号处理第一章离散时间信号与系统离散时间信号序列的表示形式nx表示离散时间信号序列如图1所示示0时刻的序列值表表示1时刻的序列值0x1x图14数字信号处理第一章离散时间信号与系统一序列的运算1移位m0时该移位
3、矩阵序列
RN (n) u(n) u(n N )
例如N=4
1,0 n N 1 RN ( n ) 0, 其它 n
19
数字信号处理－第一章 离散时间信号与系统
4、实指数序列
a 1 a 1
x(n) a u(n) x(n) 收敛
n
x ( n)
发散
例如a=1/2及a=2时
1 n , n 1 例： x ( n) 2 0, n 1
在－6<n<6范围内求： x(n) ，x(n)
9
数字信号处理－第一章 离散时间信号与系统 n01=-1; n02=0; ns=-5; nf=5; nf1=6; ns1=-6; n1=n01:nf1; n2=ns:nf; n3=ns:nf1; x=(1/2).^n1; x=[zeros(1,(n01-ns)),x]; for n=1:11 y1(1,n)=x(1,n+1)-x(1,n); end
数字信号处理概述
第二个问题
数字信号处理是 如何实现的？
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。
• 模拟信号：指幅度连续的信号，通常指 时间和幅度上都是连续的信号 。 • 数字信号：时间和幅度上都是离散的信 号。 x(tn) x(t)
x(n) 采样 模数 转换 n
t
保持
tn
(3)确定性信号和随机信号
• 确定性信号：它的每一个值可以用有限个参量来唯一 地加以描述。 例：直流信号：仅用一个参量可以描述。 阶跃信号：可用幅度和时间两个参量描述。 正弦波信号：可用幅度、频率和相位三个参量 来描述。 随机信号：不能用有限的参量加以描述。也无 法对它的未来值确定地 参预测。它 只能通过统计学的方法 来描述(概率 密度函数来描述)。 例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图象信号 、噪声都是随机信号。它们具有幅度(能量)随机性、
7.二维与多维处理
• 利用庞大的存储单元，可以存储一帧或数 帧图象信号，实现二维甚至多维信号包括 二维或多维滤波，二维及多维谱分析等。
2.可靠性强
• 数字系统：只有两个信号电平0，1受噪声 及环境条件等影响小。 • 模拟系统：各参数都有一定的温度系数， 易受环境条件，如温度、振动、电磁感应 等影响，产生杂散效应甚至振荡等 • 且数字系统采用大规模集成电路，其故障 率远远小于采用众多分立元件构成的模拟 系统。
3.灵活性大
• 数字系统的性能主要决定于乘法器的各系 数，且系数存放于系数存储器内，只需改 变存储的系数，就可得到不同的系统，比 改变模拟系统方便得多。
信号系统原理及组成
信号系统原理及组成
1.信号源：信号源是指产生信号的物理设备或系统，如麦克风、摄像头、传感器等。
信号源的特性决定了信号的类型、形态和频率等参数。
2. 信道：信道是指信号在传输过程中经过的物理媒介，如电缆、光纤、无线电波等。
信道的特性会对信号进行衰减、失真和噪声干扰等影响，因此信道的选择和设计非常关键。
3. 信号处理器：信号处理器是指对信号进行预处理、滤波、放大、调制解调等处理的电路或系统，包括模拟信号处理器和数字信号处理器两种。
4. 信号检测器：信号检测器是指对接收到的信号进行检测和解码的电路或系统，例如解调器、解码器等。
5. 信息终端：信息终端是指最终将处理后的信号转换为需要的信息的设备或系统，如扬声器、显示器、计算机等。
信号系统的设计和优化需要综合考虑以上各个组成部分的特性
和要求，以达到预期的信号传输质量和信息处理效果。
- 1 -。
第五章 信号处理初步
四、截断、泄漏和窗函数
截断：将无限长的信号乘以有限宽的窗函数。 “窗”的含义是通过窗口只能看到原始信号的一 部分，原始信号在时窗以外的部分均视为零。 实例说明：
如下图所示，x(t)为一余弦信号，其频谱是X(f)，它是 位于±f0处的δ函数。矩形窗函数w(t)的频谱是W(f) ，它 是一个sinc(f)函数。当用一个w(t)去截断x(t)时，得到截 断后的信号为x(t)*w(t)，根据傅立叶变换关系，其频谱为 X(f)*W(f)。
频域采样
DFT在频域的一个周期fs=1/Ts中输出N个数据点，故输出 的频率序列的频率间隔 Δ f=fs/N=1/(TSN)=1/T。计算机 的实际输出是X(f)p，
时域周期延拓：
频域采样过程在时域相当于将信号与一周期脉冲信号 d(t)做卷积，其结果是将时域信号平移至各脉冲坐标位置 重新构图，从而相对于在时域中将窗内的信号波形在窗外 进行周期延拓。 频域采样后对应的时域信号为： x(t)p=[s(t) x(t)ω(t)]*d(t)
式中 FSR: 满量程电压值； n: A/D转换器的位数。 例如: 12 位的 A/D 转换器，电压范围是0~10V，则 q=10/212=0.00244V.
量化误差：量化电平与信号实际电平之间的差值称 为量化误差 (n ) 。
q (n )的最大值为 。 2
量化误差是绝对误差，所以信号越接近满量程 电压值FSR，相对误差越小。在进行数字信号处 理时，应使模拟信号幅值的大小与满量程匹配。 若信号很小时，应使用程控放大器。 提高量化精度的途径:增大A/D的字长位数n
第五章 信号处理初步
• 信号处理:对测试所得信号经过必要的加工变换
以获得所需信息的过程
• 信号分析 : 研究信号的类别.构成和特征值 • 信号处理的目的:
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数字信号处理系统一般由以下几部分组成：
信号采集部分：将模拟信号转换成数字信号。
这一部分通常包括模拟前端电路、采样器和模数转换器等。
数字信号处理器（DSP）：是数字信号处理系统中最核心的部分。
它是一种专门用于数字信号处理的微处理器，可以进行高速、精确的数字信号运算。
存储器：用于存储数字信号和算法程序。
数字信号处理算法：是数字信号处理的核心内容，包括滤波、变换、编码、解码、压缩等算法。
数字信号输出部分：将数字信号转换成模拟信号，以便于人类感知或者传输到其他设备。
这一部分通常包括数模转换器、输出缓冲器和输出电路等。
除了以上的几个组成部分，数字信号处理系统还需要一些辅助部件，比如时钟、电源、接口电路等，以保证数字信号处理的稳定性和可靠性。