數(shù)字信號課件（鄭楚君）第1章緒論(沖突時的文件備份2013-11-23 11-14-10)

1數(shù)字信號處理

DigitalSignalProcessing2信號、系統(tǒng)與信號處理1.信號信號是信息的載體，以某種函數(shù)的形式傳遞信息。這個函數(shù)可以是時間域、頻率域或其它域，但最基礎(chǔ)的域是時域。信號的分類

周期信號/非周期信號

確定信號/隨機信號

能量信號/功率信號

連續(xù)時間信號/離散時間信號/數(shù)字信號3按自變量與函數(shù)值的取值形式不同分類：時間幅度連續(xù)時間信號連續(xù)連續(xù)模擬信號連續(xù)離散量化信號離散時間信號離散連續(xù)采樣信號離散離散數(shù)字信號42.系統(tǒng)

系統(tǒng)是將信號進行處理（或變換）以達到人們要求的各種設(shè)備。系統(tǒng)可以是硬件的，也可以是軟件編程實現(xiàn)的。系統(tǒng)的分類（按所處理的信號種類不同分類）

-連續(xù)時間信號系統(tǒng)（模擬信號系統(tǒng)）

-離散時間信號系統(tǒng)

-數(shù)字信號系統(tǒng)53.信號處理信號處理是研究用系統(tǒng)對含有信息的信號進行處理（變換）以獲得人們所希望的信號，從而達到提取信息，便于利用的一門學(xué)科。分類

-模擬信號處理

-數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理是用數(shù)值計算的方法，完成對信號的處理。因此處理的實質(zhì)是“運算”，運算的基本單元是延時器、乘法器和加法器。6CRxa(t)ya(t)簡單的模擬濾波器數(shù)字信號處理與模擬信號處理

7數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算的方法對信號進行變換和處理。不僅應(yīng)用于數(shù)字化信號的處理，而且也可應(yīng)用于模擬信號的處理。以下討論模擬信號數(shù)字化處理系統(tǒng)框圖前置預(yù)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)8數(shù)字信號處理的特點

與模擬系統(tǒng)（ASP）相比，數(shù)字系統(tǒng)具有的特點：精度高可靠性靈活性大易于大規(guī)模集成時分復(fù)用可獲得高性能指標(biāo)9

本科階段主要介紹以傅里葉變換為基礎(chǔ)的“經(jīng)典”處理方法，主要包括：（1）離散傅里葉變換及其快速算法。（2）數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計10

研究生階段相應(yīng)課程為“現(xiàn)代信號處理”（AdvancedSignalProcessing）。信號對象主要是隨機信號，主要內(nèi)容是自適應(yīng)濾波（用于分離相加性組合的信號，但頻譜占據(jù)同一頻段）和現(xiàn)代譜估計。

11信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的任務(wù)，特別是實時處理的任務(wù)，在很大程度上需要由DSP器件來完成DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展12信號處理的標(biāo)志：傅里葉變換（FT）信號分析：加深對信號特性的了解例：a.用頻譜儀分析信號，了解其頻譜分布、噪聲、雜散等；

b.技術(shù)監(jiān)督部門用以檢查商品質(zhì)量的各種手段

c.信號判定與識別……信號處理：改變信號的某些性能例：a.信號的編碼/解碼，調(diào)制/解調(diào)，壓縮/解壓，擴頻/解擴等

b.電視信號的調(diào)制是信號處理的杰作（調(diào)頻的伴音副載頻，彩色副載頻，殘留邊帶調(diào)制）……1.信號處理的發(fā)展13數(shù)字信號處理的發(fā)展

（1）現(xiàn)代意義上的數(shù)字信號處理是隨著數(shù)字計算機的出現(xiàn)和發(fā)展而發(fā)展的。最初將模擬信號用磁帶記錄，然后用計算機脫機處理，雖然不是實時的，但其靈活性仍然受到重視。用數(shù)字計算機來仿真模擬系統(tǒng)也得到發(fā)展。（2）1965年Cooley-Tukey提出的快速傅里葉變換算法（FFT）是數(shù)字信號處理發(fā)展史上的一個重要里程碑。不但將傅里葉變換的時間縮短了幾個數(shù)量級，而且指出了數(shù)字信號處理快速算法發(fā)展的方向，為實時處理帶來了希望。14

（3）大規(guī)模集成電路的發(fā)展和快速高效算法的發(fā)展，實際工作的需要，促進了DSP器件的發(fā)展。3.數(shù)字化決定未來程控交換機取代模擬交換機GSM和CDMA取代模擬移動通信系統(tǒng)數(shù)字相機普及，膠卷行業(yè)和洗印業(yè)……數(shù)字化電視將取代模擬電視...從根本上說，以計算機為中心的技術(shù)革命正在改變著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、教育、國防的面貌，正在改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣乃至思維習(xí)慣15

（1）實時性模擬系統(tǒng)：除開電路引入的延時外，處理是實時的

數(shù)字系統(tǒng)：由計算機的處理速度決定（2）高頻信號的處理

模擬系統(tǒng)：可以處理包括微波毫米波乃至光波信號數(shù)字系統(tǒng)：按照奈奎斯特準(zhǔn)則的要求，受S/H、A/D和處理速度的限制（3）模擬與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界的信號絕大多數(shù)是模擬的（溫度、速度、壓力等），轉(zhuǎn)換成的電信號也是模擬的（電流、電壓等）。要實現(xiàn)數(shù)字處理，就必須進行轉(zhuǎn)換。4.模擬和數(shù)字不可分16數(shù)字信號處理的應(yīng)用

數(shù)字化進入社會各個領(lǐng)域并影響人們的生活。1）程控交換機2）移動通信系統(tǒng)3）手機已不僅僅是通話的工具4）數(shù)字照相機5）液晶電視6）家庭影院7）全球定位系統(tǒng)（GPS）17還可以舉出很多例子醫(yī)院用的B超、CT、核磁共振衛(wèi)星遙感遙測天氣預(yù)報、地震預(yù)報、地震探礦數(shù)字化士兵、數(shù)字化戰(zhàn)爭……181.采用通用計算機用軟件實現(xiàn)

軟件采用高級語言編寫，如采用MATLAB或采用C或C++來實現(xiàn)數(shù)字信號處理的算法。也可利用商品化的各種DSP軟件進行二次開發(fā)，如LabView。

主要用于教學(xué)和科研的前期研制階段,或用于離線的信號處理、分析。數(shù)字信號處理實現(xiàn)方法192.

DSP芯片或PFGA實現(xiàn)應(yīng)用于實時的數(shù)字信號處理，如在通信系統(tǒng)或其他在線系統(tǒng)。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(jié)構(gòu)，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%AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列203.利用特殊用途的DSP芯片

市場上推出專門用于FFT,FIR濾波器，卷積、相關(guān)等專用數(shù)字芯片。如：

BB公司：DF17XX系列

MAXIM公司：MAXIM27X，MAXIM28X

National公司：National-SEMI系列，MF系列。其算法已在芯片內(nèi)部用硬件電路實現(xiàn)，使用者只需給出輸入數(shù)據(jù)，可在輸出端直接得到數(shù)據(jù)。21本章小結(jié)

對于信息社會，信息化涉及各個領(lǐng)域并影響人們的生活。信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號處理；數(shù)字信號處理的任務(wù)，特別是實時處理的任務(wù)，在很大程度上需要由DSP器件來完成，這使得DSP技術(shù)成為人們?nèi)找骊P(guān)注、并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。22講授內(nèi)容0.緒論1.離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析2.離散時間信號與系統(tǒng)的頻域分析3.離散傅里葉變換DFT4.快速傅里葉變換FFT5.IIRDF的設(shè)計(無限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計)6.FIRDF的設(shè)計(有限長單位脈沖濾波器的設(shè)計)7.數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)23參考書1.數(shù)字信號處理教程(第二版)程佩青清華大學(xué)出版社2.數(shù)字信號處理(第二版)丁玉美等西安電子科技大學(xué)出版社3.數(shù)字信號處理---理論、算法與實現(xiàn)（第二版）胡廣書清華大學(xué)出版社4.離散時間信號處理

[美]A.V奧本海姆R.W.謝弗編科學(xué)出版社245.數(shù)字信號處理的原理與實現(xiàn)（第二版）吳振揚東南大學(xué)出版社6.信號與系統(tǒng)（第二版）鄭君里等