56数字信号处理

数字信号处理DigitalSignalProcessing04011323黄国宇主要内容信号的特征信号的分类数字信号处理的基本内容数字信号处理的实现方法数字信号处理的特点数字信号处理的应用信号是什么？信号是信息的载体——信息是信号的具体内容为了有效的传播和利用信息，常常需要将信息转化为便于传输和处理的信号。信号的特征信号(signal)是一种物理体现，或是传递信息的函数。可以是时间、长度、温度、压力等函数与我们的日常生活密切相关信号举例（声信号）02000400060008000100001200014000-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81信号举例（光信号）信号举例（电信号）信号的获取方式信号可以通过采集，从自然界获取。可以信号处理的输出结果。可以人工合成。信号的分类（1）信号幅度的统计特性确定性信号随机信号信号的分类（2）信号的维数一维信号：语音信号，是时间变量的函数，二维信号：灰度图像，是空间坐标的函数三维信号：彩色图像，是空间坐标、RGB的函数视频图像，是空间坐标、时间的函数一维信号多维信号信号的分类（3）信号自变量的连续性连续信号离散信号数字信号ttnx(n)n采样模数保持转换系统处理信号的物理设备。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。系统可以是硬件，也可以是软件编程实现系统可以是：线性系统和非线性系统移变和移不变系统因果和非因果系统稳定系统和非稳定系统模拟信号信号处理的内容：滤波、变换、检测、谱分析、估计、压缩、识别等一系列的加工处理。多数科学和工程中遇到的是模拟信号。以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。模拟信号处理缺点：难以做到高精度，受环境影响较大，可靠性差，且不灵活等。随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。数字信号处理的应用数字滤波器离散傅里叶变换的快速算法谱分析数字信号处理系统语音信号处理图像信号处理振动信号处理地球物理信号处理生物医学信号处理数字信号处理的基本概念研究用系统对含有信息的信号进行处理以获得人们所希望的信号，从而达到提取信息、便于利用的一门学科。DSP的概貌开端：在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处理这一学科的开端。DSP的基本工具：微积分，概率统计，随机过程，高等代数，数值分析，近代代数，复杂函数。DSP的理论基础：离散线性变换(LSI)系统理论，离散付里叶变换(DFT)。DSP学科分支：数字信号滤波和数字信号频谱分析信号处理系统的基本组成PrFADCDSPDACPoFA/D变换器通用或专用计算机采样保持器D/A变换器模拟低通滤波器模拟信号数字信号模拟信号数字信号处理系统连续时间信号连续时间信号Xa(t)模拟模拟Ya(t)数字信号处理的实现方法软件实现硬件实现DSP芯片软件实现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进行实现。优点：高灵活性，修改系统参数就可改变系统性能，这种方法适合于科研和教学。缺点：运算速度慢，一般达不到实时处理硬件实现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部件实现的一种方法。优点：运算速度快，可以达到实时处理要求缺点：不灵活，要改变系统性能需要重新设计。DSP芯片芯片：随着大规模集成电路的发展，一个复杂数字信号处理系统已可以集成在一个芯片上。芯片包括有：数字电路、模拟电路、模拟和数字转换电路、微处理器、微控制器以及数字信号处理器等。特点：既有软件灵活性又有硬件实时性。但价格昂贵数字信号处理的特点精度高可靠性灵活性大易于大规模集成时分复用可获得高性能指标二维与多维处理与模拟系统(ASP)相比，数字系统具有如下特点：数字信号系统的局限性数字系统的速度还不算高，因而不能处理很高频率的信号。(因为抽样频率要满足奈奎斯特准则定理)另外，数字系统的设计和结构复杂，价格较高，对一些要求不高的应用来说，还不宜使用。数字信号系统的发展和应用语音处理：它是最早采用数字信号处理技术的领域之一。本世纪50年代提出语音形成数字模型，经过十多年对语音的分析、综合、证明是正确的。在语音领域现存在着三种系统：语音分析系统：(自动语音识别系统，它能识别语音，辨认说话的人是谁，而且破译后，能立即作出决断。语音综合系统：盲人的自动阅读机，声音响应的计算机终端，会说话玩具，家用电器(CD,VCD,DVD)。语音分析综合系统：语音存储和检索系统。广泛应用于电话窃听。应用于语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人确认、语音邮件、语音存储等。数字信号系统的发展和应用数字信号处理技术成功应用的图像处理方法有：数据压缩图像复原清晰化与增强由于单个数字图像以1兆个采样值的量级表示，所以要求高性能的处理机、高密度的数据存储器。即要求高速度硬件。数字信号系统的发展和应用雷达在军事上，雷达、计算机、射击武器等组成一个自动控制系统。当目标进入雷达的作用半径以内并被雷达自动跟踪时，雷达就测量出目标的当前位置(距离、方位角和高低角)，并把数据送入计算机，推算出目标的航向，航速，引导导弹或自动火炮去击中目标(爱国者导弹对飞毛腿导弹)。雷达系统是应用高性能数字信号处理技术的一个例子。数字信号系统的发展和应用通信整个通信领域几乎没有不受数字信号处理技术影响的地方。数字技术已用于信号的调制、解调、滤波、混频、检波和多路传输等问题中。语音数据压缩与解压是数字信号处理的重要内容。在电信领域，数字处理技术已发展到音调检测，回波清除、数字开关网和自适应均衡、数据加密、数据压缩、可视电话等。许多音频通信的信号处理功能，已由单块集成电路实现。数字信号处理的应用和发展TelematicsIndustry-SpecificPDAsEnhancedGamingBiometricsWebpadMilitaryandGovernmentCellular,SecureConnectivityDigitalMediaProcessingMedicalDevices谢谢奈奎斯特准则（无码间串扰条件）为消除码间串扰，须基带传输系统冲击响应h(t)仅在本码元抽样时刻存在最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，即根据h(t)←→H(jw)的对应关系，将上式划至频域，得无码间串扰时传输系统函数该条件即为奈奎斯特第一准则，其物理意义是：将H(w)在w轴上以2π/Ts为间隔切开，然后分段沿w轴平移到(-π/Ts，π/Ts)区间内进行叠加、其结果应是一常数(不必一定是Ts)；如何选择信道使其传输特性满足上式是我们所要考虑的问题