数字信号处理(0)

数字信号处理通信工程学院高全学邮箱:[e-mail]主要内容基本概念信号的分类数字信号处理框图数字信号处理的基本内容数字信号处理的实现方法数字信号处理的优点基本概念信号：信息的载体，传递信息的函数．自变量可以是时间、距离、温度、压力等上课铃声—声信号，表示该上课了；十字路口的红绿灯—光信号，指挥交通；电视机天线接受的电视信息—电信号；广告牌上的文字、图象信号等等。系统：将信号进行处理以达到人们要求的各种设备。系统可以是硬件的，也可以是软件编程实现的。基本概念信号处理：对含有信息的信号进行某种运算（变换），获取信号中携带的有用信息，便于利用的一门学科。通信信号处理雷达信号处理声音-Representairpressureasafunctionoftimeatapointinspace信号举例（1）信号举例（2）心电图信号举例（3）脑电波•Representtheelectricalactivitycausedbytherandomfiringsofbillionsofneuronsinthebrain信号举例（4）黑白照片•Representslightintensityasafunctionoftwospatialcoordinates信号举例（5）视频信号Videosignals•Consistsofasequenceofimages,calledframes,andisafunctionof3variables:2spatialcoordinatesandtime信号分类(1)信号幅度的统计特性确定性信号／随机信号维数分类一维信号／多维信号周期性质周期信号／非周期信号能量是否有限能量信号／功率信号自变量和函数值的形式模拟信号，时域离散信号，数字信号信号分类(2)自变量函数值模拟信号连续连续时域离散信号离散连续数字信号离散离散信号处理框图（1）数字系统处理模拟信号的原理方框图预处理平滑滤波数模转换数字处理系统量化编码采样()xt()xn[]xn[]yn()yt()yn信号处理框图（2）时域离散系统处理模拟信号的原理方框图预处理平滑滤波时域离散系统采样()xt()xn()yt()yn数字信号处理的基本内容1.模拟信号的预处理预滤波和前置滤波作用：滤除输入模拟信号中的无用频率成分和噪声，避免采样后发生的频谱混叠失真。为了满足采样定理的要求。2.模拟信号的时域采样与恢复模数转换技术采样定理量化误差分析3.时域离散信号与系统分析信号的表示与运算傅里叶变换、Z变换、离散傅里叶变换系统的描述时域离散信号与系统的时域和频域分析4.数字信号处理中的快速算法快速傅里叶变换快速卷积5．模拟滤波器的和数字滤波器的分析、设计与实现6．多采样率信号处理技术数字信号处理系统的实现软件实现专用硬件实现软硬件软件实现在通用的数字算机上编程，实现数字信号处理算法。优点：灵活、开发周期短缺点：是处理速度慢场合：研究、教学、非实时的应用场合，例：处理一盘混有噪声的录像(音)带，我们可以将图像(声音)信号转换成数字信号并存入计算机，用较长的时间一帧帧地处理这些数据。处理完毕后，再实时地将处理结果还原成一盘清晰的录像(音)带。专用硬件实现专用集成电路实现实现某种专用的信号处理功能。如调制解调器、快速傅里叶变换芯片、数字滤波器等。优点：处理速度快。缺点：专用、不灵活、开发周期长。场合：专用设备。软硬件结合实现依靠通用单片机或数字信号处理专用单片机（DSP）的硬件资源，编制相应的信号处理软件，实现工程所需的信号处理功能。优点：高速、灵活、开发周期短数字信号处理的优点（1）灵活性好可编程性：适于在计算机、可编程器件上实现处理模拟系统：调整硬件设计数字系统：调整软件例如：模拟滤波器，数字滤波器，自适应滤波器数字信号处理的优点（2）2、精确性：模拟系统：精确性依元器件不同而有所差异。数字系统：精度由机器字长，算法等决定。例如，求对数运算，数字运算精度可任意高，而对于模拟电路，1%的精度就很难达到。数字信号处理的优点（3）3、稳定可靠：数字系统：各级数字系统之间通过数据进行耦合，不存在阻抗匹配问题，只要设计正确，就可以稳定工作不易随环境条件的变化而变化只要在门限范围内，不会随着温度的变化而变化。模拟系统：模拟元器件（电阻、电容、运算放大器等）的特性随着环境温度、湿度的改变而变化。数字信号处理的优点（4）4.处理精度高数字系统与系统字长有关。二进制工作状态，基本不受内部噪声的影响，不存在噪声积累。模拟系统模拟电路计算精度低；模拟电路的内部、外部噪声影响精度,存在噪声积累。数字信号处理的优点（5）5.便于纠错、加密/解密:信号在传输过程中，存在传输出错的可能，或者信息安全的问题，当数据采用数字系统传输时，可以很容易地在数据流中插入“冗余码”进行纠错或者加密/解密。数字信号处理的优点（6）6.便于大规模集成化，系统小型化数字系统的基本单元和基本模块具有高度的一致性，便于大规模集成、大规模生产。数字电路对电路参数的一致性要求低，便于大规模集成，易于达到体积小、重量轻，且性价比高。数字信号处理的优点（7）7.便于多功能化数字系统易于根据各种状态自动执行相应的操作，易于实现多种功能。如：手机数字信号处理的优点（8）8.便于实现复杂的处理功能模拟系统：仅能对信号进行一些简单的处理，如放大、滤波、调制/解调数字系统：复杂处理，如解卷积、时分复用、选择性滤波等数字信号处理的优点（9）9.数据压缩、传输和存储：例如：Internet、CompactDisc(CD)、DigitalVideoDisc(DVD)模拟系统的优势1、实时性（Real-TimeProcessing）：模拟系统：除去电路延时，系统的处理速度具有实时性。数字系统：由处理器速度决定。2、能够处理超高频信号：模拟系统：能够处理微波、光信号等。数字系统：根据Nyquist准则，处理速度受限于最低采样频率,A/D和处理器速度.数字信号处理发展趋势一般来说，数字信号处理限于线性时不变系统理论，并假设信号及背景是高斯平稳的，信号的分析基于二阶矩，数字滤波和FFT是常用方法。目前DSP研究热点：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：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。自适应滤波离散小波变换高阶矩分析信号盲处理分形、混沌理论教材及参考书教材：《数字信号处理（第三版）》，编者：丁玉美、高西全，出版单位：西安电子科技大学出版社参考书：《数字信号处理教程》，编者：陈佩青，出版单位：清华大学出版社《数字信号处理》，编者：王世一，出版单位：北京理工大学出版社《数字信号处理学习指导》，编者：高西全、丁玉美，出版单位：西安电子科技大学出版社