搜索
数字信号处理DigitalSignalProcessing课程教材：丁玉美，高西全.数字信号处理（第五版）.西安电子科技大学出版社.本课内容绪论时域离散信号和时域离散系统时域离散信号和系统的频域分析离散傅里叶变换快速傅里叶变换(FFT)时域离散系统的基本网络结构与状态变量分析法无限脉冲响应数字滤波器的设计有限脉冲响应数字滤波器的设计•本课特点数学工具多信号与系统,高等数学，随机过程等。是重要的理论基础电子信息工程专业、通信专业、物联网专业等学科的基础。与其它学科密切相最优控制、通信理论、微电子技术等；人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础。•课程目标：（1）掌握DSP的基本概念、基本理论和基本方法；（2）为以后学习DSP设计、数字通信和现代数字信号处理等课程打下良好的基础；（3）希望能对研究生入学考试有所帮助。一、信号的定义举例：•古代通讯方式：烽火、旗语、信号灯；•战场上的信号弹、吹战号等。•生活中：红绿灯、闹钟的铃声、婴儿的啼哭声。•近代通讯方式：电报、电话、无线电等•现代通讯方式：计算机、网络、卫星传输、移动通讯等绪论信息（Information）是指人类社会和自然界中需要传送、交换、存储和提取的抽象内容。消息（massage）是指表示信息的语言、文字、图像和数据等。信号（signal）是指运载消息的光、声、电等物理量。它是传递信息的一个行动或一个东西，通常不用文来表示。信号与信息的关系：信息是信号的具体内容信号是信息的载体信息与消息的关系：消息≠信息，同一消息可含有不同的信息量信息包含在消息之中，是通信系统中传送的对象1、声音、心电图、地震信号等一元函数2、照片、文字等二元函数),(yxf在信号分析和处理中，通常研究的是什么样的信号?我们先来看一些具体的例子：在数学中，信号指的是携带信息的一个或几个独立自变量的一元或多元函数。3、电影、电视等三元函数),,(tyxf例如：单词Away256Hz音叉信号注意声音与频率的关系虎鲸的声音黑白视频信号：三维信号彩色视频信号：三维三通道信号彩色图像：三通道二维信号脑电图(EEG)：黑白图像：二维信号本课中，我们研究的是单一变量的信号，一般把独立变量指定为时间。信号的基本参数：幅度（Amplitude）频率（Frequency）相位（Phase）信号的描述二、信号的分类数学上，信号表示为一个或多个自变量的函数。根据自变量及幅度取值连续与否：连续信号（continuoussignal）指自变量为连续的信号，通常又称为模拟信号（analogsignal）。离散信号(discretesignal)是指自变量为离散的信号称为（或称离散信号序列）。除此以外，信号取值也可以是连续或离散的。自变量离散+信号取值离散=数字信号？三、信号分析和处理信号分析是通过解析法或测试法找出不同信号的特征，从而了解其特性，掌握它的随时间或频率变化的规律。信号处理是利用数值计算方法对信号进行采集、变换、滤波、估计与识别、特征提取等加工或变换，以达到提取有用信息的目的。信号分析是信号处理的基础信号处理是信号分析的手段信号分析和处理是以傅里叶分析（或称频谱分析）为基础理论信号是时间函数，傅里叶分析是从频率角度看信号，把时间信号变成频率函数，用一个新的角度来看信号。1、傅里叶分析主要是利用三角级数（如正弦、余弦（或周期复指数）函数）作为基本工具，这些正弦、余弦函数随着自变量的变化构成了各种不同的波形，称其为简谐波（Sinusoid）。2、在现代史上，欧拉在这方面作出了许多开创性的研究工作（著名欧拉公式），其后伯努利、拉格朗日、傅里叶（Jean-BaptisteFourier,1768-1830）、狄利克雷等都做了许多有意义的工作。特别是傅里叶，正是由于他的杰出工作和不懈努力，才使得这一方法得到认可和进一步的发展。信号分析和处理的数学基础法国数学家傅立叶（Fourier）在1822年《热的解析理论》论文中提出，将以2π为周期的周期函数f(x)展开为无穷多个正弦和余弦函数之和，即信号分析和处理的数学基础其中此为著名的傅立叶级数，称为f(x)的Fourier系数。信号分析和处理的数学基础周期为2π函数非周期函数任意周期函数傅里叶级数傅里叶积分信号分析和处理信号处理分为模拟信号处理和数字信号处理。模拟信号处理是通过电子线路实现的；数字信号处理是通过计算机来实现的。数字信号处理是从20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。其形成的标志是1965年库利(Cooley)和图基(Tukey)发表在《计算数学》上的快速傅里叶变换（FFT）算法。正是有了FFT，使得可以在计算机上实时进行信号的频谱分析，进而可进行在其基础上的其它处理。四、数字信号处理系统1.基本组成框图前置预滤波器A/D变换器数字信号处理器D/A变换器模拟滤波器y(n)y(t)模拟信号连续时间信号数字信号模拟信号连续时间信号2、数字信号处理的实现在通用的微计算机上用软件来实现利用单片机来实现利用专门用于信号处理的DSP芯片来实现ASIC利用特殊用途的DSP芯片来实现FPGA1）精度高模拟系统：由元器件确定（最大10-3）；数字系统：由字长确定。而数字系统17位字长可以达到10-5的精度。2)灵活性高数字系统的性能主要由乘法器的系数决定，这些均存储在数字系统中，只要改变运算程序或系数，即可改变系统的特性参数，比改变模拟系统方便得多。3、数字信号处理特点3）可靠性高电子元件受温度、电磁感应等影响；数字系统只有“0”和“1”两个信号电平，受温度、噪声影响小。5）可以实现模拟系统很难达到的指标或特性频谱分析：模拟方法10Hz；数字方法10-3Hz4）便于大规模集成规范性高，电路参数要求不高。6）可以实现多维信号处理4、应用领域工业监控、生产调度、资源探测、气象预报、交通管理、人工智能宇宙探测、军事侦查、武器技术、安全报警、指挥系统经济预测、股市分析、财务统计、市场信息电子出版、新闻传媒、影视制作远程教育、远程医疗、远程会议虚拟技术、虚拟控制