數(shù)字信號處理概述2017

1、數(shù)字信號處理理論1. 數(shù)字信號處理概述2. 離散時間信號分析3. DFT4. 快速付里葉變換FFT5. 數(shù)字濾波器(DF)的結構和實現(xiàn)方法6. IIR DF的設計(無限長單位脈沖響應數(shù)字濾波器的設計)7. FIR DF 的設計(有限長單位脈沖濾波器的設計)2022-7-5教材及參考書目1、數(shù)字信號處理的經(jīng)典書籍 麻省理工學院 奧本海姆編著的Discrete Time Signal Processing ，有中譯本離散時間信號處理由西安交通大學出版。現(xiàn)在是第二版。（1978年）2、王世一、程佩清、丁玉美3、面向工程師的數(shù)字信號處理 MATLAB程序、dsp芯片、FPGA電路設計4.數(shù)字信號處理（

2、MATLAB版），Vinay K. Ingle, John G. Proakis. 西安交通大學出版社，20082022-7-5NCU數(shù)字信號處理概述 為何要上數(shù)字信號處理? 在過去的數(shù)十年中，數(shù)字信號處理(DSP)的領域，無論在理論上還是技術上都有非常重要的發(fā)展。 由于工業(yè)上開發(fā)和利用廉價的硬件和軟件，使不同領域的新工藝和新應用現(xiàn)在都想利用DSP算法，運用DSP處理器，故成為教學內(nèi)容。2022-7-5電子信息發(fā)展時代電子信息發(fā)展時代70年代：消費電子時代：年代：消費電子時代： 關鍵產(chǎn)品：彩電，錄象機等關鍵產(chǎn)品：彩電，錄象機等 主要獲勝者：日本主要獲勝者：日本/Sony，JVC，Panason

3、ic 制勝的策略：強大的制造能力、質(zhì)量及設計能力制勝的策略：強大的制造能力、質(zhì)量及設計能力80年代：計算機時代：年代：計算機時代： 關鍵產(chǎn)品：關鍵產(chǎn)品：PC，硬盤，打印機等，硬盤，打印機等 主要獲勝者：主要獲勝者：USA/Intel，Microsoft 制勝的策略：通用制勝的策略：通用PC平臺，軟件制造平臺，軟件制造90年代：數(shù)字信號時代：年代：數(shù)字信號時代： 關鍵產(chǎn)品：個人通信機，網(wǎng)絡接入關鍵產(chǎn)品：個人通信機，網(wǎng)絡接入 主要獲勝者：？主要獲勝者：？ 制勝的策略：數(shù)字信息技術，產(chǎn)品創(chuàng)新制勝的策略：數(shù)字信息技術，產(chǎn)品創(chuàng)新21世紀：因特網(wǎng)世紀：因特網(wǎng),數(shù)碼時代：數(shù)碼時代： 關鍵產(chǎn)品：網(wǎng)絡，關鍵產(chǎn)品

4、：網(wǎng)絡，DSP & Analog 主要獲勝者：？主要獲勝者：？2022-7-5第一個問題 什么是數(shù)字信號處理？什么是數(shù)字信號處理？2022-7-5一、數(shù)字信號處理(DSP)(Digital Signal Processing) 凡是利用數(shù)字計算機或?qū)Ｓ脭?shù)字硬件、對數(shù)字信號所進行的一切變換或按預定規(guī)則所進行的一切一切變換或按預定規(guī)則所進行的一切加工處理運算加工處理運算。 數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波（提取信息以便應用）。 例如：濾波、檢測、參數(shù)提取、頻譜分析等。2022-7-5 因此在進行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實

5、現(xiàn)（采集卡，大的有5G）。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。 采集卡 對于DSP: 狹義理解可為Digital Signal Processor 數(shù)字信號處理器。 廣義理解可為Digital Signal Processing 譯為數(shù)字信號處理技術。在此我們討論的DSP的概念是指廣義的理解。1.信 號 信號是一種物理體現(xiàn)。在信號處理領域中，信號被定義為一個隨機變化的物理量。 例如：為了便于處理，通常都使用傳感器把這些真實世界的物理信號-電信號，經(jīng)處理的電信號-傳感器-真實世界的物理信號。 如現(xiàn)實生活中最常見的傳感器是話筒、揚聲器 話筒(將聲壓變化)-電壓信號-

6、空氣壓力信號(揚聲器)2022-7-52.信號的最基本的參數(shù)頻率和幅度3-30kHz:Very low frequency VLF(潛水艇導航)30-300kHz:Low frequency LF(潛水艇通信)3003000kHz:Medium frequency(調(diào)幅廣播)3-30MHz:High frequency(HF)(無線電愛好者，國際廣播，軍事通信 無繩電話，電報，傳真)30-300MHz:Very High frequency(VHF)(調(diào)頻FM，VHF電視)0.33GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHF電視，蜂窩電話，雷達，微波，個人通信)頻率低20

7、Hz范圍，稱為次聲波，它不能被聽到，當強度足夠大，能被感覺到。(處于VLF Very low frequency)頻率20Hz20KHz稱為聲波，Low frequency (處于LF)頻率20KHz稱為超聲波 ，具有方向性，可以成束(處于LF)2022-7-53.信號分類 連續(xù)信號和離散信號 模擬信號和數(shù)字信號 確定性信號和隨機信號2022-7-5NCU(1)連續(xù)信號和離散信號 連續(xù)信號：指隨時間信號而連續(xù)變化的信號。 離散信號：只有在離散的時間點有確定的值。它通常都是通過對連續(xù)信號采樣而得到的。(2)模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號：指幅度連續(xù)的信號，通常指 時間和幅度上都是連續(xù)的信號。 數(shù)字

8、信號：時間和幅度上都是離散的信號。x(t)tx(tn)tnx(n)n采樣模數(shù)保持轉(zhuǎn)換(3)確定性信號和隨機信號 確定性信號：它的每一個值可以用有限個參量來唯一地加以描述。 例：直流信號：僅用一個參量可以描述。 階躍信號：可用幅度和時間兩個參量描述。 正弦波信號：可用幅度、頻率和相位三個參量來描述。 隨機信號：不能用有限的參量加以描述。也無法對它的未來值確定地參預測。它只能通過統(tǒng)計學的方法來描述(概率密度函數(shù)來描述)。 例：許多自然現(xiàn)象所發(fā)生的信號、語音信號、圖象信號、噪聲都是隨機信號。它們具有幅度(能量)隨機性、或具有發(fā)生時間上的隨機性或二都兼有之。4.信號處理 濾波 變換 壓縮 估計 識別二

9、、數(shù)字信號處理的學科概貌 1.數(shù)字信號處理開端 在國際上一般把1965年由Cooley-Turkey（J.W.庫利和T.W.圖基 ）提出快速付里葉變換(FFT)的問世，作為數(shù)字信號處理這一學科的開端。 而它的歷史可以追溯到17世紀-18世紀，也即牛頓和高斯的時代。 約翰卡爾弗里德里希高斯（Johann Karl Friedrich Gauss ，1777年4月30日1855年2月23日）德國著名數(shù)學家、物理學家、天文學家、大地測量學家。是近代數(shù)學奠基者之一，高斯被認為是歷史上最重要的數(shù)學家之一，并享有“數(shù)學王子”之稱。高斯和阿基米德、牛頓并列為世界三大數(shù)學家。一生成就極為豐碩，以他名字“高斯”

10、命名的成果達110個，屬數(shù)學家中之最。他對數(shù)論、代數(shù)、統(tǒng)計、分析、微分幾何、大地測量學、地球物理學、力學、靜電學、天文學、矩陣理論和光學皆有貢獻。高斯噪聲高斯分布 傅里葉是一位法國數(shù)學家和物理學家的名字，英語原名是Jean Baptiste Joseph Fourier(1768-1830), Fourier于1807年在法國科學學會上發(fā)表了一篇論文，運用正弦曲線來描述溫度分布，論文里有個在當時具有爭議性的決斷：任何連續(xù)任何連續(xù)周期信號可以由一組適當?shù)恼仪€組合而成周期信號可以由一組適當?shù)恼仪€組合而成。 讓巴普蒂斯約瑟夫傅立葉（1768-1830），男爵，法國數(shù)學家、物理學家，1768年

11、3月21日生于歐塞爾，1830年5月16日卒于巴黎。1817年當選為科學院院士，1822年任該院終身秘書，后又任法蘭西學院終身秘書和理工科大學校務委員會主席。 時域和頻域的橋梁時域和頻域的橋梁傅里葉變換傅里葉變換 當時審查這個論文的人，其中有兩位是歷史上著名的數(shù)學家拉格朗日(Joseph Louis Lagrange, 1736-1813)和拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace, 1749-1827)，當拉普拉斯和其它審查者投票通過并要發(fā)表這個論文時，拉格朗日堅決反對， 約瑟夫拉格朗日：法國著名數(shù)學家、物理學家。在數(shù)學上最突出的貢獻是使數(shù)學分析與幾何與力學脫離開來，使數(shù)學的

12、獨立性更為清楚，從此數(shù)學不再僅僅是其他學科的工具。 拉普拉斯：是法國分析學家、概率論學家和物理學家，法國科學院院士。拉普拉斯曾任拿破侖的老師。 在他此后生命的六年中，拉格朗日堅持認為傅里葉的方法無法表示帶有棱角的信號，如在方波中出現(xiàn)非連續(xù)變棱角的信號，如在方波中出現(xiàn)非連續(xù)變化斜率化斜率。直到拉格朗日死后15年這個論文才被發(fā)表出來。 拉格朗日是對的：正弦曲線無法組合成一個帶有棱角的信號。但是，我們可以用正弦曲線來非常逼近地表示它，逼近到兩種表示方法不存在能量差別，基于此，傅里葉是對的。 用正弦曲線來代替原來的曲線而不用方波或三角波來表示的原因在于，分解信號的方法是無窮的，但分解信號的目的是為了更

13、加簡單地處理原來的信號。用正余弦來表示原信號會更加簡單，因為正余弦擁有原信號所不具有的性質(zhì)：正弦曲線保真度正弦曲線保真度。一個正弦曲線信號輸入后，輸出一個正弦曲線信號輸入后，輸出的仍是正弦曲線，只有幅度和相位可能發(fā)生變化，但是頻的仍是正弦曲線，只有幅度和相位可能發(fā)生變化，但是頻率和波的形狀仍是一樣的。率和波的形狀仍是一樣的。且只有正弦曲線才擁有這樣的性質(zhì)，正因如此我們才不用方波或三角波來表示。 2.數(shù)字信號處理領域的理論基礎 數(shù)字信號處理的基本工具：微積分，概率統(tǒng)計，隨機過程，高等代數(shù)，數(shù)值分析，近代代數(shù)，復雜函數(shù)。 數(shù)字信號處理的理論基礎：離散線性變換(LSI)系統(tǒng)理論，離散付里葉變換(DF

14、T)。 3.“數(shù)字信號處理”又成為一些學科的理論基礎 在學科發(fā)展上，數(shù)字信號處理又和最優(yōu)控制，通信理論，故障診斷等緊緊相連，成為人工智能，模式識別，神經(jīng)網(wǎng)絡，數(shù)字通信等新興學科的理論基礎。4.數(shù)字信號處理基本學科分支 數(shù)字信號濾波（基礎傅里葉變換） 分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。主要為FIR 和IIR濾波器 數(shù)字信號頻譜分析 FFT進行譜分析 統(tǒng)計頻譜分析數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器 數(shù)字信號處理系統(tǒng)很容易用數(shù)字集成電路制成，顯示出體積小、穩(wěn)定性高、可程控等優(yōu)點。數(shù)字濾波器也可以用軟件實現(xiàn)。 軟件實現(xiàn)方法是借助于通用數(shù)字計算機按濾波器的設計算法編出程序進行數(shù)字濾波計算。譜分析分析 在實際中觀測到的數(shù)據(jù)是有限

15、的。這就需要利用一些估計的方法，根據(jù)有限的實測數(shù)據(jù)估計出整個信號的功率譜。針對不同的要求，如減小譜分析的偏差，減小對噪聲的靈敏程度，提高譜分辨率等。已提出許多不同的譜估計方法。在線性估計方法中，有周期圖法，相關法和協(xié)方差法；在非線性估計方法中,有最大似然法,最大熵法，自回歸滑動平均信號模型法等。譜分析和譜估計仍在研究和發(fā)展中。 語音信號處理 語音信號處理是信號處理中的重要分支之一。它包括的主要方面有：語音的識別，語言的理解，語音的合成,語音的增強,語音的數(shù)據(jù)壓縮等。 先將連續(xù)變化的聲波變?yōu)檫B續(xù)變化的信號x(t)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)槎M制的信號x(n)，數(shù)字信號處理器計算x(n)的平均值（計算方

16、法由編程者定），計算結果y(n)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器變?yōu)檫B續(xù)變化的信號y(t)。 史蒂芬威廉霍金，CH,CBE,FRS,FRSA（Stephen William Hawking，1942年1月8日），英國劍橋大學著名物理學家，被譽為繼愛因斯坦之后最杰出的理論物理學家。 霍金的主要研究領域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理。 時間簡史是1988年湖南科學技術出版社出版的圖書，該書是一部物理通俗化的科普范本，講述了狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學。（可借） 霍金是采用了眼動跟蹤、聯(lián)想輸入和通過合音器播放三個步驟達到此效果的。 在霍金的眼鏡上，約距右頰一英寸處，安裝了負責偵測肌肉

17、活動的紅外線發(fā)射器及偵測器，譬如他想打招呼，說聲“你好”，他先以眼球控制紅外線感應器，選定在屏幕上輪流出現(xiàn)的英文字母，當計算機出現(xiàn)他想要的“”時，霍金再動眼球，這樣計算機就會不斷顯示以“”為字頭的英文字，當“”出現(xiàn)時，他又動一下以選定這個字，當他造句完畢后，才把句子傳至合成器發(fā)聲。因此霍金要說一句話，就要逐字逐句輸入計算機，再由語音合成器將文字化成聲音，一分鐘只能處理35個字。振動信號處理振動信號處理 機械振動信號的分析與處理技術已應用于汽車、飛機、船只、機械設備、房屋建筑、水壩設計等方面的研究和生產(chǎn)中。振動信號處理的基本原理是在測試體上加一激振力，做為輸入信號。在測量點上監(jiān)測輸出信號。輸出信

18、號與輸入信號之比稱為由測試體所構成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（或稱轉(zhuǎn)移函數(shù)）。 地球物理信號處理地球物理信號處理 為了勘探地下深處所儲藏的石油和天然氣以及其他礦藏，通常采用地震勘探方法來探測地層結構和巖性。這種方法的基本原理是在一選定的地點施加人為的激震，如用爆炸方法產(chǎn)生一振動波向地下傳播,遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波,在距離振源一定遠的地方放置一列感受器，接收到達地面的反射波。從反射波的延遲時間和強度來判斷地層的深度和結構。 生物醫(yī)學信號處理生物醫(yī)學信號處理 信號處理在生物醫(yī)學方面主要是用來輔助生物醫(yī)學基礎理論的研究和用于診斷檢查和監(jiān)護。例如，用于細胞學、腦神經(jīng)學、心血管學、遺傳學等方面的基礎理論研究。

19、人的腦神經(jīng)系統(tǒng)由約 100億個神經(jīng)細胞所組成，是一個十分復雜而龐大的信息處理系統(tǒng)。 AlphaGo 阿爾法圍棋是一款圍棋人工智能程序，由位于英國倫敦的谷歌（Google）旗下DeepMind公司開發(fā)，這個程序利用“價值網(wǎng)絡”去計算局面，用“策略網(wǎng)絡”去選擇下子。 2015年10月阿爾法圍棋以5:0完勝歐洲圍棋冠軍、職業(yè)二段選手樊麾； 2016年3月對戰(zhàn)世界圍棋冠軍、職業(yè)九段選手李世石，并以4:1的總比分獲勝 。 谷歌Deep mind首席執(zhí)行官(CEO)德米斯哈薩比斯宣布“要將Alpha Go和醫(yī)療、機器人等進行結合”。 據(jù)韓國朝鮮日報2016年3月17日報道，為實現(xiàn)該計劃，哈薩比斯今年初在英

20、國的初創(chuàng)公司“巴比倫”投資了2500萬美元。巴比倫正在開發(fā)醫(yī)生或患者說出癥狀后，在互聯(lián)網(wǎng)上搜索醫(yī)療信息、尋找診斷和處方的人工智能APP(應用程序)。如果Alpha Go和巴比倫結合，診斷的準確度將得到劃時代性提高。三、數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成 以下所討論的是模擬信號的數(shù)字信號處理系統(tǒng).前置預濾波器A/D變換器數(shù)字信號處理器D/A變換器模擬濾波器模擬Xa(t)PrFADCDSPDACPoF模擬Ya(t)數(shù)字信號處理是如何實現(xiàn)的？第二個問題數(shù)字信號處理實現(xiàn)方法 1.采用大、中小型計算機和微機。 2.用單片機。 3.利用通用DSP芯片 4.利用特殊用途的DSP芯片1.采用大、中小型計算機和微機 工

21、作站和微機上各廠家的數(shù)字信號軟件，如有各種圖象壓縮和解壓軟件。 用這一方法優(yōu)點：可適用于各種數(shù)字信號處理的應用場合，很靈活。2.用單片機 由于單片機發(fā)展已經(jīng)很久，價格便宜，且功能很強。 優(yōu)點：可根據(jù)不同環(huán)境配不同單片機，其能達實時控制，但數(shù)據(jù)運算量不能太大。3.利用通用DSP芯片 DSP芯片較之單片機有著更為突出優(yōu)點。 如內(nèi)部帶有乘法器，累加器，采用流水線工作方式及并行結構，多總線速度快。配有適于信號處理的指令(如FFT指令)等。 目前市場上的DSP芯片有： 美國德州儀器公司(TI):TMS320CX系列 占有90% AT&T公司dsp16,dsp32系列 Motorola公司的dsp

22、56x,dsp96x系列 AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列第三個問題數(shù)字信號處理的特點數(shù)字信號處理的特點與模擬系統(tǒng)相比，數(shù)字系統(tǒng)具有如下特點： 精度高 可靠性 靈活性大 易于大規(guī)模集成 時分復用 可獲得高性能指標 二維與多維處理1.精度高 在模擬系統(tǒng)中，它的精度是由元件決定，模擬元器件的精度很難達到10-3以上。而數(shù)字系統(tǒng)中，17位字長就可達10-5精度，所以在高精度系統(tǒng)中，有時只能采用數(shù)字系統(tǒng)。2.可靠性強 數(shù)字系統(tǒng)：只有兩個信號電平0，1受噪聲及環(huán)境條件等影響小。 模擬系統(tǒng)：各參數(shù)都有一定的溫度系數(shù)，易受環(huán)境條件，如溫度、振動、電磁感應等影響，產(chǎn)生雜散效應甚至振蕩等 且數(shù)字系

23、統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，其故障率遠遠小于采用眾多分立元件構成的模擬系統(tǒng)。3.靈活性大 數(shù)字系統(tǒng)的性能主要決定于乘法器的各系數(shù)，且系數(shù)存放于系數(shù)存儲器內(nèi)，只需改變存儲的系數(shù)，就可得到不同的系統(tǒng)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。4.易于大規(guī)模集成 數(shù)字部件：高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成，大規(guī)模生產(chǎn)，對電路參數(shù)要求不嚴，故產(chǎn)品成品率高。 例：(尤其)在低頻信號：如地震波分析，需要過濾幾Hz幾十Hz的信號，用模擬系統(tǒng)處理其電感器、電容器的數(shù)值，體積，重量非常大，且性能亦不能達到要求，而數(shù)字信號處理系統(tǒng)在這個頻率處卻非常優(yōu)越(顯示出體積，重量和性能的優(yōu)點。5.時分復用 利用DSP同時處理幾個通道的信號。 某一路信號

24、的相鄰兩抽樣值之間存在很大的空隙時間，因而在同步器的控制下，在此時間空隙中送入其他路的信號，而各路信號則利用同一DSP，后者在同步器的控制下，算完一路信號后，再算另一路信號，因而處理器運算速度越高，能處理的信道數(shù)目也就越多。多路器DSP分路器同步123n123n6.可獲得高性能指標 例：對信號進行頻譜分析 模擬頻譜儀在頻率低端只能分析到10Hz以上頻率，且難于做到高分辨率(也即足夠窄的帶寬)。 但在數(shù)字的譜分析中，已能做到10-3Hz的譜分析。 又例：有限長沖激響應數(shù)字濾波器，則可實現(xiàn)準確的線性相位特性，這在模擬系統(tǒng)中是很難達到的。7.二維與多維處理 利用龐大的存儲單元，可以存儲一幀或數(shù)幀圖象

25、信號，實現(xiàn)二維甚至多維信號包括二維或多維濾波，二維及多維譜分析等。8.局限性 數(shù)字系統(tǒng)的速度還不算高，因而不能處理很高頻率的信號。(因為抽樣頻率要滿足奈奎斯特準則定理) 另外，數(shù)字系統(tǒng)的設計和結構復雜，價格較高，對一些要求不高的應用來說，還不宜使用。第四個問題數(shù)字信號處理的應用領域 自20世紀60年代以來，數(shù)字信號處理的應用已成為一種明顯的趨勢，這與它突出優(yōu)點分不開的。 數(shù)字信號處理大致可分為： 信號分析 信號濾波一、信號分析 任務：涉及信號特性的測量。它通常是一個頻域的運算。 主要應用于：譜(頻率和/或相位)分析語音分析說話人識別目標檢測Copyright 2005. Shi Ping CU

26、CreturnThe sound signal is an example of a 1-D signal where the independent variable is time Copyright 2005. Shi Ping CUC0102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3

27、-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60

28、.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2

29、-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.910102030-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91Copyright 2005. Shi Ping CUC010203040500246801020304050024680102030405002468010203040500123401020304050012340102030405001234二、信號濾波 任務：是信號入-信號出的情況。實現(xiàn)這個任務的系統(tǒng)被稱為濾波器。它通常(但不總是)作時域運算。 主要應用于：濾除不需要的背景噪聲，去除干擾頻帶分割， 信號譜的成形所以它廣

30、泛地應用于數(shù)字通信，雷達，遙感，聲納，語音合成，圖象處理，測量與控制，高清晰度電視，多媒體物理學，生物醫(yī)學，機器人等。三、DSP的典型應用 1.網(wǎng)絡 2.無線通信 3.家電 4.另外還有虛擬現(xiàn)實，噪聲對消技術，電機控制，圖像處理等等 可以說DSP是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的重要基石，它在網(wǎng)絡時代的地位與CPU在PC時代的地位是一樣的。四、舉例1.語音處理 它是最早采用數(shù)字信號處理技術的領域之一。 本世紀50年代提出語音形成數(shù)字模型，經(jīng)過十多年對語音的分析、綜合、證明是正確的。 在語音領域現(xiàn)存在著三種系統(tǒng)：語音分析系統(tǒng)語音分析系統(tǒng)：(自動語音識別系統(tǒng)，它能識別語音，辨認說話的人是誰，而且破譯后，能立即作出決

31、斷。語音綜合系統(tǒng)語音綜合系統(tǒng)：盲人的自動閱讀機，聲音響應的計算機終端，會說話玩具，家用電器(CD,VCD,DVD)。語音分析綜合語音分析綜合系統(tǒng)系統(tǒng)：語音存儲和檢索系統(tǒng)。 即廣泛應用于電話竊聽。即應用于語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人確認、語音郵件、語音存儲等。版權所有 違者必究DSP的典型應用的典型應用網(wǎng)絡音頻系統(tǒng)網(wǎng)絡音頻系統(tǒng)2.圖像處理 數(shù)字信號處理技術成功應用的圖像處理方法有： 數(shù)據(jù)壓縮 圖像復原 清晰化與增強由于單個數(shù)字圖像以1兆個采樣值的量級表示，所以要求高性能的處理機、高密度的數(shù)據(jù)存儲器。即要求高速度硬件。A black-and-white image signal

32、is an example of a 2-D signal where the 2 independent variables are the 2 spatial variables. ),(yxICopyright 2005. Shi Ping CUCA color image signal is a 3-channel signal composed of three 2-D signals representing the three primary color: red, green and blue (RGB) ),(),(),(),(yxIyxIyxIyxuGGRCopyright

33、 2005. Shi Ping CUCA black-and-white video signal is an example of a 3-D signal where the 3 independent variables are the 2 spatial variables and the time variable.),(tyxICopyright 2005. Shi Ping CUCA color video signal is a 3-channel signal composed of three 3-D signals representing the three prima

34、ry color: red, green and blue (RGB) ),(),(),(),(tyxItyxItyxItyxuBGRCopyright 2005. Shi Ping CUCOriginal ImageBlurred ImageRestored Image3.雷達 在軍事上，雷達、計算機、射擊武器等組成一個自動控制系統(tǒng)。 當目標進入雷達的作用半徑以內(nèi)并被雷達自動跟蹤時，雷達就測量出目標的當前位置(距離、方位角和高低角)，并把數(shù)據(jù)送入計算機，推算出目標的航向，航速，引導導彈或自動火炮去擊中目標(愛國者導彈對飛毛腿導彈)。雷達系統(tǒng)是應用高性能數(shù)字信號處理技術的一個例子。 雷達系統(tǒng)主

35、要信號處理功能包括： 信號產(chǎn)生、匹配濾波、門限比較、目標參數(shù)(如射程、方位和速度)估計。DSP的典型應用的典型應用雷達雷達4.通信 整個通信領域幾乎沒有不受數(shù)字信號處理技術影響的地方。 數(shù)字技術已用于信號的調(diào)制、解調(diào)、濾波、混頻、檢波和多路傳輸?shù)葐栴}中。 語音數(shù)據(jù)壓縮與解壓是數(shù)字信號處理的重要內(nèi)容。 在電信領域，數(shù)字處理技術已發(fā)展到音調(diào)檢測，回波清除、數(shù)字開關網(wǎng)和自適應均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、可視電話等。許多音頻通信的信號處理功能，已由單塊集成電路實現(xiàn)。版權所有 違者必究DSP的典型應用的典型應用通信手機通信手機5.電話、電報 下面介紹它們在通訊中的應用大家知道，脈沖編碼調(diào)制通訊（簡稱PCM

36、）的主要有的是抗干擾性強。但是，要對語音信號進行脈沖編碼傳輸，起碼要有64千比特/秒。為了提高信道的利用率，必須壓縮語音數(shù)碼率。語音壓縮編碼的方法很多，如自適應差分脈調(diào)制（ADPCM），32千比特/秒的數(shù)碼率達到了長途電話的質(zhì)量標準，且復雜程度較低，1988年被CCITT（國際電報電話咨詢委員會）建議為長途傳輸中的一種新型國際通用語音編碼方法。DSP的典型應用的典型應用數(shù)字無線電數(shù)字無線電6.擴頻通信 與數(shù)據(jù)壓縮相反的數(shù)據(jù)擴張，也是很有用的技術。它的根據(jù)是仙農(nóng)編碼定理：在一定的條件下，只要碼的長度充分大時，一定存在一種編碼、譯碼方法，使錯誤譯碼率充分小。近年來，在國防上實現(xiàn)發(fā)射功率隱蔽與抗電子

37、干擾，采用了數(shù)據(jù)擴張技術，用300千比特/秒的數(shù)碼率傳送64千比特/秒的語音，可以使敵方對此信號難以偵察或干擾。7.移動通信 現(xiàn)代通信系統(tǒng)是信息時代的生命線。最近幾年，電信業(yè)在我國發(fā)展很快，安裝電話的用戶與日俱增，移動通信已開始全國聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在，世界性的全球通訊網(wǎng)連接著6億個以上的電話，還提供大量的用戶電報以及數(shù)據(jù)通信業(yè)務。到本世紀末，通訊將超過能源、汽車、鋼鐵、交通和農(nóng)業(yè)，成為世界上最大的行業(yè)。8.其他 生物醫(yī)學信號處理CT / CAT CT：計算機X射線斷層攝影裝置。其中頭顱CT英國EMI公司豪斯菲爾德獲諾貝爾獎。 CAT:計算機X射線空間重建裝置。出現(xiàn)全身掃描，心臟活動立體圖形，腦腫瘤異物

38、，人體軀干圖像重建。 嵌入式電子系統(tǒng)DSP的典型應用的典型應用ADSLADSL網(wǎng)絡接網(wǎng)絡接入入(Asymmetrical Digital Subscriber Loop, 非對稱數(shù)字用戶環(huán)線)ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非對稱數(shù)字用戶線）是一種速率非對稱的銅線接入網(wǎng)技術，它利用數(shù)字編碼技術從現(xiàn)有銅質(zhì)電話線上獲取較大數(shù)據(jù)傳輸速率，同時又不干擾在同一條線上進行的常規(guī)話音業(yè)務。ADSL在銅質(zhì)電話線上創(chuàng)建了可以同時工作的三個信道，即高速下傳信道（High Speed Downstream）、中速雙工信道（Medium Speed Duplex）和PO

39、TS信道（它用以保證即使ADSL連接失敗時，語音通信仍能正常運轉(zhuǎn)）。ADSL采用了高級的數(shù)字信號處理技術和新的算法壓縮數(shù)據(jù)，使大量的信息得以在網(wǎng)上高速傳輸。 國際上廣泛采用的ADSL調(diào)制調(diào)制技術有三種：正交幅度調(diào)制QAM（Quadature Amplitude Modulation），無載波幅度/相位調(diào)制CAP（Carrierless Amplitude-plase Modulation），離散多音DMT（Discrete Multitone）。 modem 、ADSL、光纖、光纖調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器是計算機與電話線之間進行信號轉(zhuǎn)換的裝置，由調(diào)制器和解調(diào)器兩部分組成，調(diào)制器是把計算機的數(shù)字信號

40、（如文件等）調(diào)制成可在電話線上傳輸?shù)穆曇粜盘柕难b置，在接收端，解調(diào)器再把聲音信號轉(zhuǎn)換成計算機能接收的數(shù)字信號。通過調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器和電話線就可以實現(xiàn)計算機之間的數(shù)據(jù)通信。而所謂的56K modem是指modem的傳輸速率是56K，V.90標準，但在實際使用中無論是國外還是國內(nèi)，實際連接的速率最高也就是在52K54K左右。 通常ADSL在不影響正常電話通信的情況下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。 光纖光纖寬帶就是把要傳送的數(shù)據(jù)由電信號轉(zhuǎn)換為光信號進行通訊。在光纖光纖的兩端分別都裝有“光貓”進行信號轉(zhuǎn)換。 光光纖纖是寬帶網(wǎng)絡中多種傳輸媒介中最理想的一種，它的特點是傳輸容量大，傳輸質(zhì)量好，損耗小，中繼距離長等。光光纖纖傳輸使用的是波分復用，即是把小區(qū)里的多個用戶的數(shù)據(jù)分別調(diào)制成不同波長的光信號在一根光纖光纖里傳輸。 10M，20M ，50MDSPDSP的典型應用的典型應用ADSLADSL的的DMTDMT調(diào)制器框圖調(diào)制器框圖DSP的典型應用的典型應用Digital Digital SpeakerSpeake