信息與信息技術(shù)3

1、Digital Signal ProcessingTheories, Algorithms, Realizations1信息社會信息技術(shù)信息技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)字化數(shù)字化的核心數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理技術(shù) 前沿、熱點、發(fā)展迅速數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ迷O(shè)備，以數(shù)值計算的方法對信號進(jìn)行采集、變換、綜合、估值、識別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的。23Mobile phone45Digital Camera 6Digital Camera7DVD(Digital Video Disc)8Watchman 9Simulator of airplane10Pattern recognizati

2、on11Fingerprint distinguish12GPS(Global Position System) 13Radar/Sonar 14Cruise missile15Smart bomb from F117161. 信號的采集 實現(xiàn)信號的數(shù)字化，包括取樣、量化。2. 信號分析 信號描述與運算，各種變換，時域、頻域、時頻域分析。3. 系統(tǒng)分析 線性系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、線性時不 變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)等。4. 快速算法 FFT、DCT、快速卷積、相關(guān)算法等。5. 數(shù)字濾波技術(shù) IIR DF 、FIR DF的分析與設(shè)計。6. 信號統(tǒng)計分析與估值 隨機信號的相關(guān)計算、功率譜估計等。7. 特殊算法 反

3、卷積、信號重構(gòu)、調(diào)制與解調(diào)等。8. 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)：軟件、硬件實現(xiàn)技術(shù). 0 課程介紹基本內(nèi)容17 0 課程介紹章節(jié)內(nèi)容關(guān)系數(shù)字信號處理離散時間信號離散時間系統(tǒng)表 示產(chǎn) 生時 域 頻 域采 樣DFS DFT FFT-Ch3/4Nq.Th DCT DST-Ch8抽取/插值經(jīng)典、現(xiàn)代譜估計-Ch11/12表 示結(jié) 構(gòu) (設(shè) 計)時域 頻域FIR/IIR-Ch5h(n) H(k)IIR數(shù)字濾波器-Ch6FIR數(shù)字濾波器-Ch7數(shù)字量化效應(yīng)-Ch13數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)-Ch14DSP中若干典型算法-Ch9離散時間信號與系統(tǒng)、Z變換、隨機信號-Ch1/2/10離散時間信號的時頻表示-STFT、W

4、T181、數(shù)學(xué)性強 微積分，概率統(tǒng)計，隨機過程，高等代數(shù)， 數(shù)值分析，積分變換，復(fù)變函數(shù)等數(shù)學(xué)工具。 網(wǎng)絡(luò)理論、信號與系統(tǒng)是本課程的理論基礎(chǔ)。2、學(xué)科性強 與最優(yōu)控制、通信理論、故障診斷、計算機、 微電子技術(shù)不可分，又是人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)之一。（外連密切） 信號采集、離散信號時域頻域時頻域分析、估值與建模、快速算法及特殊算法，系統(tǒng)分析、濾波器設(shè)計，DSP實現(xiàn)，技術(shù)應(yīng)用。（自成體系） 0 課程介紹本課程特點191、學(xué)時安排 Ch1/2（信號與系統(tǒng)-基礎(chǔ)，4學(xué)時）；Ch3/4（離散時間信號變換及快速算法，12學(xué)時）；Ch5（離散時間系統(tǒng)相位、結(jié)構(gòu)，2學(xué)時）；Ch6/7

5、（IIR、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計，10學(xué)時）；Ch8/9（DSP常用正交變換、典型算法，4學(xué)時）；Ch10-12（隨機信號的統(tǒng)計處理，12學(xué)時）；Ch13/14（量化效應(yīng)、DSP硬件實現(xiàn)，2學(xué)時）；時頻分析專題（STFT、WT等，6學(xué)時）；習(xí)題課（基于Matlab的DSP實現(xiàn)，8學(xué)時）。 0 課程介紹有關(guān)建議和說明202、參考書 1） A.V.Oppenheim ，“Digital Signal Processing” , 1975. 中譯本有多種。 2）S.J.Orfanidis, Introduction to signal processing, Copyright 1996 by Pre

6、ntice Hell Comp. 3）程乾生，信號數(shù)字處理的數(shù)學(xué)原理，石油工業(yè)出版社（第2版），1993。 4）徐伯勤等，信號處理中的數(shù)學(xué)變換和估計方法，清華大學(xué)出版社，2004。 0 課程介紹有關(guān)建議和說明213、學(xué)習(xí)方法 1） 概念、原理、理論算法實現(xiàn)應(yīng)用。點、面、體；（理解是基礎(chǔ)、應(yīng)用很重要、堅持要到底） 2） 聽課、看書、做作業(yè)。被動到主動，理解到貫通；（I listen, and I forget. I see, and I remember. I do, and I learn） 3）勤用Matlab。實現(xiàn)和應(yīng)用是目的。 0 課程介紹有關(guān)建議和說明4、作業(yè)和考試 22 離散時間信號

7、的基本概念 信號的分類 噪聲 信號空間的基本概念 離散時間系統(tǒng)的基本概念 LSI系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系 LSI系統(tǒng)的頻率相應(yīng) 確定性信號的相關(guān)函數(shù) 1 離散時間信號與離散時間系統(tǒng)23 1.1 離散時間信號的基本概念1.1.1 離散時間信號 信號是傳輸信息的函數(shù)，是信息的物理表現(xiàn)形式，是信息的載體；信息的產(chǎn)生、傳輸和處理都是通過信號的形式實現(xiàn)的。 放大、濾波A/D變換數(shù)字信號處理D/A變換濾波y(n)y(t) 時間信號 隨時間變換的信號。時域信號。 離散時間信號 數(shù)字信號24-30123435474nT2T-125y(n)01234n0y(t)261.1.2 典型離散信號 1、單位抽樣信號、序列 (

8、t)0t1-2-1012n1-2-101kn272、脈沖串信號、序列 上式即為連續(xù)信號抽樣的數(shù)學(xué)模型28293、單位階躍信號、序列 4、正弦信號、序列 5、復(fù)正弦信號、序列 306、指數(shù)信號、序列 31321.1.3 離散信號的運算延遲（移位）、相加、相乘、翻折、累加、差分等33信號時間尺度變化（信號壓縮或延展）3435信號的分解信號的變換36 1.2 信號的分類依載體： 電信號、磁信號、聲信號、光信號、熱信號、 機械信號等等。依某屬性： 模擬、數(shù)字信號；連續(xù)、離散信號；能量、功率信號；周期、非周期信號；確定、隨機信號；一維、二維、多維信號；等等3738 1.3 噪聲白噪聲： 含有所有頻率成分

9、的噪聲。 認(rèn)識： 通常有害、不可避免，相對性和隨機性。來源： 電源、電磁輻射、器件熱噪聲、抽樣量化噪聲、運算舍入噪聲等。分類： 加法性噪聲、乘法性噪聲；白噪聲、有色噪聲。用途： 模擬客觀對象，檢驗算法的有效性。信噪比（SNR）：39 1.4 信號空間的基本概念一、信號的范數(shù)與賦范線性空間 1 范數(shù)：信號的某個測量特征或參數(shù)。 2 賦范線性空間。二、信號的距離和度量空間 1 距離 2 度量空間 定義了距離的空間。40 1.4 信號空間的基本概念三、信號的內(nèi)積和內(nèi)積空間 1 內(nèi)積 2 內(nèi)積空間 引入內(nèi)積的賦范線性空間。四、距離與范數(shù)的關(guān)系五、許瓦茲不等式41 1.5 離散時間系統(tǒng)的基本概念一、定義

10、 系統(tǒng) 實際上可抽象表示為對輸入信號的一種運算、變換或映射。 離散時間系統(tǒng) 就表示對輸入序列的運算， y(n)=Tx(n)Tx(n)x(n)y(n)4243 1.5 離散時間系統(tǒng)的基本概念二、系統(tǒng)的單位抽樣響應(yīng) 系統(tǒng)輸入信號為單位抽樣信號時的系統(tǒng)輸出，即為系統(tǒng)的單位抽樣響應(yīng)。h(n)=y(n)=T 四、與離散時間系統(tǒng)的幾個概念 1、線性 具有均勻性和迭加性的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。 2、移（時）不變性 如果Tx(n)=y(n)，則Tx(n-m)=y(n-m)，滿足這樣性質(zhì)的系統(tǒng)稱作移不變系統(tǒng)。 即系統(tǒng)參數(shù)不隨時間變化的系統(tǒng)，亦即輸出波形不隨輸入加入的時間而變化的系統(tǒng)。三、按h(n)對系統(tǒng)進(jìn)行分類 F

11、IR、IIR。4445 1.5 離散時間系統(tǒng)的基本概念 3、因果性 一個LSI系統(tǒng)，如果其任意時刻的輸出y(n)，只取決于現(xiàn)在時刻和以前的輸入，而和將來的輸入無關(guān)，則稱該LSI系統(tǒng)為因果系統(tǒng)。 因果系統(tǒng)的單位抽樣響應(yīng)h(n)在n0時恒為零。 4、穩(wěn)定性 若系統(tǒng)輸入有界時，輸出亦有界，則稱該系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)。46 1.6 LSI系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系一、LSI系統(tǒng)的描述 二、LSI系統(tǒng)輸入輸出間的線性卷積關(guān)系 47 1.6 LSI系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系三、線性卷積的計算步驟 48xkhkxkh-ky0 xkh1-ky1xkh2-ky2xkh3-ky3xkh4-ky4 yn=n+2n-1+3n-2+2n-3+n-4 xn = hn = n + n-1 + n-249yn=1xn+ 2xn-1+ 3n-2+ 4xn-350 1.6 LSI系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系四、LSI系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù) 充要條件：單位抽樣響應(yīng)可和。51 1.7 LSI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)一、LSI系統(tǒng)的特征函數(shù)、頻率響應(yīng) 體現(xiàn)了系統(tǒng)的時域特征體現(xiàn)了系統(tǒng)的頻域特征52 1.7 LSI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)二、LSI系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 三、離散時間系統(tǒng)的分析、綜合 53 1.8