信号采样

包装测试技术参考读物•数字信号处理：原理与实践，方勇，清华大学出版社，2006•包装测试技术，郭彦峰，化学工业出版社，2007。•MITopencourse:Discrete-TimeSignalProcessing.•ASTM包装测试标准第1章数字信号处理基本概念–数字信号与数字信号处理的基本概念–时域离散系统及特性–Z变换与性质–数字滤波系统的基本网络结构一数字信号•1适用范围——数字信号与数字信号处理信号处理技术已经涉及到几乎所有工程技术领域。•2信号处理的目的——对被观测到的信号进行分析、变换、综合、估计和识别等，使之容易为人们所使用，–如语音识别、–语音合成、–图像压缩、–地震波分析–高清晰度电视。第一节概述•3信号表现形式–如电、磁、热、光、声等–本课程研究的信号一般为电信号–许多其他类型的信号可转换为电信号进行处理–如声音信号可通过麦克风将声信号转变为电信号–数字照相机将物体光信号产生的电荷包转变为二维栅上的电信号。•4连续时间信号——信号在任意时刻都有值，且可取连续值范围内的任意值，即它的时间变量是连续的，则称该信号为连续时间信号，俗称模拟信号，–如正弦信号xa（t）=sin（Ω0t）、–声音信号–图像信号–然而，模拟信号在任意时刻取值，不适合于计算机处理。•5离散时间信号——一个信号的时间变量是离散的，即它只在有限的时间点上取值，就称该信号为离散时间信号。–例如，x（n）={0.25，1.3，0.5，-0.5，-1，-0.48，…，}–其中0.25表示处在零位置的信号取值为0.25，–x（n）如图1.1.2所示。图1.1.2数字信号实例•6数字信号——经过量化、编码后的离散时间信号就称为数字信号，–广义的数字信号还包括许多更为一般的自然离散序列，•如人口统计数据、•金融股票的交易、•每日的气象数据等。–数字信号非常适合于计算机处理，是数字信号处理研究的主要对象。•7处理方式–通常，模拟信号处理由一些模拟元器件来实现•如晶体管、•电阻、•电容、•电感，–数字信号处理（DSP）则是用数值计算的方法来实现，这里“处理”的实质是“运算”。•8相互转换–如果系统增加了A/D（模/数）转换器和D/A（数/模）转换器–数字信号处理系统就可以处理模拟信号了，–模拟信号处理系统也可以处理数字信号。–图1.1.3反映了模拟信号的数字信号处理过程。•二数字信号处理的实现方法1实现方法–软件实现——软件实现的速度较慢，一般不能够做到实时处理–硬件实现——当算法复杂度较低和处理器件处理速度较高时能实现实时处理2软件包•有关信号处理的最强大的软件工具是MATLAB软件包。•与数字信号处理有关的工具箱主要包括：••（1）SignalProcessingToolbox（信号处理工具箱）；（2）FilterDesignToolbox（滤波器设计工具箱）；（3）WaveletToolbox（小波工具箱）；（4）ImageProcessingToolbox（图像处理工具箱）；（5）High-OrderSpectralAnalysisToolbox（高阶谱分析工具箱）；（6）CommunicationToolbox（通信工具箱）。•3硬件•大多数的硬件实现是采用DSP芯片以及某些单片机来完成的。•DSP芯片的优点，–内部带有乘法器、累加器，–采用流水线工作方式及并行结构，–高总线，速度快，–内部配有适合信号处理的指令等。•目前市场上的DSP芯片以TI公司的TMS320系列为主。•现场可编程门阵列（FPGA）技术可以通过一个芯片上的多级MAC单元来提供更多的带宽，用于–移动通信多媒体业务、–无线电–军用雷达系统•三数字信号处理的优点•1灵活性——模拟系统功能发生变化时，需要重新进行系统设计。•2高精度——模拟频谱仪分辨率10Hz，数字频谱仪可达10－4～10-3Hz•3非线性信号处理能力——借助神经网络•4便于大规模集成——体积小，功耗小•四应用领域•雷达、航天、声纳、通信、微电子、计算机、人工智能、消费电子、地震波分析、文字识别，语音识别、磁共振成像、图像处理、电机运动控制、高清晰电视、加密第二节数字信号－序列•一模拟信号的数字处理方法•1怎样进行？关键问题？•首先进行采样•如何采样，使采样后的信号保持原有信息，能够还原出原信号•采样定理•物理模型(图a)：将模拟信号xa(t)送入电子开关•等效开关：周期为T的矩形脉冲函数PT(t)•采样信号——是xa(t)与PT(t)相乘的结果aˆx(t)采样过程——图b理想采样•若开关合上时间τ→0，形成理想采样•矩形脉冲变成单位冲激函数Pδ(t)•采样过程如图c•公式表示：aaan-ˆx(t)=x(t)P(t)=x(t)(t-nT)•只有t=nT时，才有非零值；•采样信号化为：•T——采样周期；•fs=1/t——采样频率aan-ˆx(t)=x(nT)(t-nT)•思考：采样序列能否不失真恢复原模拟信号？•采样频率fs与模拟信号最高频率fc之间的依赖关系？