Lecture-1-数字信号处理概述-华工数字信号处理课件-DSP

数字信号处理概述IntroductiontoDigitalSignalProcessing主讲：薛洋[e-mail]第1讲数字信号处理DigitalSignalProcessing本章主要内容课程简介什么是数字信号处理（DSP）信号的概念及分类典型信号举例典型的信号处理运算举例信号处理的应用概述数字信号处理的优点一、课程简介课程简介教材[美]S.K.Mitra著,孙洪译，《数字信号处理－基于计算机的方法》（第四版），电子工业出版社，2012.1。主要参考书程佩青，《数字信号处理教程》（第三版），清华大学出版社，2007.2。[美]A.V.奥本海姆，刘树棠译，《离散时间数字信号处理》（第二版），科学出版社，1998.7。[美]维纳·K·恩格尔,约翰·G·普罗克斯,刘树棠译,《数字信号处理－使用MatLab》，西安交通大学出版社，2002.胡广书，《数字信号处理—理论、算法与实现》（第二版），清华大学出版社，2003.8。课程简介课程主讲金连文：博士，教授Email:[e-mail]Office:逸夫科学馆420室Tel：[phone]Web:薛洋：博士，讲师Email:[e-mail]Office:逸夫科学馆416室实验课程老师：薛洋课程内容安排学时上课48课时上机实践16课时授课内容数字信号处理概述离散时间信号的时域及频域分析离散时间系统的时域及变换域分析连续时间信号的数字处理（抽样、量化等）数字滤波器的结构及设计随机信号处理简介及应用专题数字信号处理及应用讲座（optional）考核方式考核方式期末考试：70％～80％平时作业：20％～30％课程宗旨突出基本概念及原理算法清晰理论及关键技术应用背景强调理论联系实践结合Matlab或C/C++，加强练习PracticeMakesPerfect结合学科发展进行有特色的讲座式授课创新型人才培养Internet、论文查阅，知识面扩展小研究报告（论文）撰写学习方法建议注重理解基本概念及其物理意义理解处理方法的思想及本质，而非公式表象计算与解题：博览群书，“不求甚解”“实践出真知”Tellme,IwillforgetShowme,ImayrememberInvolveme,Iwillunderstand!尝试用所学知识解决实际问题预备知识《高等数学》《信号与系统》《大学英语》（科技文献阅读）《MATLAB》基本编程知识《概率论与数理统计》（Optional,for随机信号处理）二、什么是数字信号处理两个概念DSP：DigitalSignalProcessing数字信号处理DSP:DigitalSignalProcessor数字信号处理器aspecializedmicroprocessordesignedspecificallyfordigitalsignalprocessingWiKiDSP?AnswerofDSP?WikiDSPDigitalSignalProcessingWikiPEDIA的定义：（维基百科）Digitalsignalprocessing(DSP)isthestudyandimplementationofsignalsindigitalcomputingandtheirprocessingmethods.DSPandanalogsignalprocessingaresubfieldsofsignalprocessing.DSPincludessubfieldslike:audioandspeechsignalprocessing,sonarandradarsignalprocessing,sensorarrayprocessing,spectralestimation,statisticalsignalprocessing,imageprocessing,signalprocessingforcommunications,biomedicalsignalprocessing,etc.Answers.comAnswers.com的定义Acategoryoftechniquesthatanalyzesignalsfromsourcessuchassound,weathersatellitesandearthquakemonitors.SignalsareconvertedintodigitaldataandanalyzedusingvariousalgorithmssuchasFastFourierTransform.AsimpleDSPsystemDigitalSignalProcessorDSP:DigitalSignalProcessorWikiPEDIA的定义：Adigitalsignalprocessor(DSP)isaspecializedmicroprocessordesignedspecificallyfordigitalsignalprocessing,generallyinreal-timecomputing.Characteristics（性质，特点）Designedforreal-timeprocessingOptimumperformancewithstreamingdataSeparateprogramanddatamemoriesSpecialInstructionsforSIMD(SingleInstruction,MultipleData)operationsProcessesdigitalsignalsconverted(usinganADC)fromanalogsignals.OutputisthenconvertedbacktoanalogformusingaDAC.Answers.com的定义Aspecial-purposeCPUusedfordigitalsignalprocessingapplications.Itprovidesultra-fastinstructionsequences,suchasshiftandadd,andmultiplyandadd,whicharecommonlyusedinmath-intensivesignalprocessing.DSPchipsarewidelyusedinamyriadofdevices,includingcell-phones,soundcards,faxmachines,modems,harddisksanddigitalTVs.ThefirstDSPchipusedinacommercialproductwasbelievedtobeintheverypopularSpeak&Spellgame,introducedbyTI(TexasInstruments)inthelate1970s.DSP(processing)vs.DSP(processor)数字信号处理是分析处理数字信号的一门科学，DSP将信号离散数字化表示，通过计算处理设备，用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息便于应用的目的。常用的处理方法有：AD/DA，滤波、检测、变换、编码、压缩、增强、估计、识别、参数提取、频谱分析等等数字信号处理是理论基础，是一个更加广义的概念数字信号处理器（芯片）是针对数字信号处理算法发展起来的处理器，是信号处理在硬件（或专用芯片）的实现/呈现。DSP的简要发展历史Before1960s：数字信号处理的理论发展阶段，硬件处于初级阶段1965年：一般认为Cooley-Turkey提出FFT（快速Fourier变换），标志DSP作为一个学科的开端1978：Intel推出2920“模拟信号处理芯片”，实现AD/DA等DSP功能1978：BellLabs推出Mac4DSP1979：AMI公司推出S2881信号处理器1983：TI推出首款可编程通用数字信号处理器TMS32010,此后发展为TMS320系列，商业应用获得极大成功1985之后：众多公司如Motorola、Phillips、ADI、ARM等等各自发展了多种不同的DSP芯片1990s：可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等，其中最为辉煌的成就之一是在移动电话中的成功应用DSP的简要发展历史TI公司DSP芯片系列第一代DSP芯片TMS32010及其系列第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32第四代DSP芯片TMS320C40/C44第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等集多片DSP芯片于一体的高性能DSP芯片TMS320C8X。应用领域举例：移动电话、数码相机、VoIP、CableModem、马达控制、智能机器人、VCD、DVD、MP3、Mp4、航天、……DSP有关的一些指标术语CMOS工艺：3微米、0.8微米、0.1微米未来的纳米计算能力（MIPS）5，40，200，5000，800050000?MIPS:MillionInstructionsPerSecond计算能力（主频）5MHz，到100MHz、200MHz、1.1Ghz?功耗250mW，12.5mW，0.1mW，0.01mW0.001mW?Q:这些指标代表什么物理意义？DSP发展的趋势DSP功耗的Gene定律DSP功耗性能比每隔5年将降低10倍年代1980199020002010速度（MIPS）540500050000RAM(字节)2562K32K1M规模（门）50K500K5M50M工艺（微米）30.80.10.02价格（美元）$150.00$15.00$5.00$0.15小知识什么是Moore’sLaw（摩尔定律）：Version1:集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番Vesion2:微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍Version3:每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两番Intel创始人之一GordonMoore1965年最早提出，后经过多次修正三、信号的概念及分类信号信号是什么？信号是含有一定信息量的时间的函数。信息量：我们要处理的客观对象的数学表征时间：广义概念，可以是时间、空间、多维…模拟信号(Analogsignal)：时间连续、幅度连续的信号数字信号(Digitalsignal)：时间和幅度上都是离散(量化)的信号离散信号（Discreatesignal)：时间上不连续，幅度连续数字信号及离散信号均是DSP研究处理的对象信号处理AsignalcarriesinformationObjectofSignalProcessing:ExtracttheusefullinformationcarriedbythesignalMethodofextraction:dependsonwhatkindsofsignalsweareprocessingOriginaltimedomainTransformeddomain离散时间信号:sequenceofnumbers(samples)时间序列，序列（Timesequence,sequence）)},(n],[{nx][nx0246810-2-4-6)0(x)1(x)2(x)1(x)3(x)5(x)4(xExamples电话拨号音信号：（DTMF）113802994591信号的分类按时间变量取值的连续性来分：连续信号离散信号抽