數(shù)字信號處理講課PPT課件

1、1目錄 基本概念基本概念 信號采集信號采集 信號處理信號處理第1頁/共68頁基本概念基本概念數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理(digital signal processing ,DSP) ：利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備，以數(shù)值計算的方法對信號進行采集、變換、綜合、估值與識別等加工處理，借以達到提取信息和便于應用的目的。信號是如何被處理的呢？信號是如何被處理的呢？第2頁/共68頁基本概念基本概念DSP為何會取代模擬電路處理呢？l 完成復雜信號處理應用中能力有限完成復雜信號處理應用中能力有限模擬信號處理缺點模擬信號處理缺點數(shù)字信號處理優(yōu)點數(shù)字信號處理優(yōu)點l 復雜信號處理能力突出復雜信號處理能力突出l 運算建

2、立在加法與乘法基礎上，擁有極為穩(wěn)定的處理能力運算建立在加法與乘法基礎上，擁有極為穩(wěn)定的處理能力l 系統(tǒng)實現(xiàn)用軟件來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，便于建立和測試，并且移植方便系統(tǒng)實現(xiàn)用軟件來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，便于建立和測試，并且移植方便l 運算容易實時進行修改，可以通過改變代碼和寄存器的設置實現(xiàn)不同的功能運算容易實時進行修改，可以通過改變代碼和寄存器的設置實現(xiàn)不同的功能l 電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復雜、成本較高電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復雜、成本較高l 由于由于VLSI技術(shù)的普遍發(fā)展和應用，電路結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)成本較低技術(shù)的普遍發(fā)展和應用，電路結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)成本較低第3頁/共68頁基本概念基本概念信號第4頁/共68頁基本概念基本概念信號分

3、類第5頁/共68頁基本概念基本概念常用基本信號第6頁/共68頁信號采集信號采集信號是如何被采集的呢？信號是如何被采集的呢？自然信號自然信號模擬電信號模擬電信號數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號模擬信號傳感器傳感器A/D傳感器第7頁/共68頁信號采集信號采集 信號抽樣第8頁/共68頁信號采集信號采集采樣定理 2sc第9頁/共68頁信號采集信號采集信號還原利用理想低通濾波器還原滿足奈奎斯特取樣定理的取樣信號。1212,|(j)0,|sasTH(j)F( )(j)(j)(j)aaaaYy tXHX第10頁/共68頁信號采集信號采集ADC采樣采樣保持保持量化量化編碼編碼第11頁/共68頁信號采集信號采集ADC指

4、標第12頁/共68頁信號采集信號采集ADC使用中需要注意那些設置？使用中需要注意那些設置？第13頁/共68頁信號處理信號處理數(shù)字信號定義數(shù)字信號數(shù)字信號離散時間離散時間信號信號數(shù)字序數(shù)字序列列第14頁/共68頁信號處理信號處理數(shù)字信號定義第15頁/共68頁信號處理信號處理數(shù)字信號定義第16頁/共68頁信號處理信號處理基本運算和和積積移位移位標乘標乘翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)累加累加差分差分時間尺度變換時間尺度變換信號的能量信號的能量卷積和卷積和第17頁/共68頁信號處理信號處理和運算第18頁/共68頁信號處理信號處理和運算12,1( )0,1nnx nn 2 ,0( )1,0nny nnn12 ,13( )(

5、) ,1221,0nnnx ny nnnn 信號信號X(n)與信號與信號Y(n)和為多少呢？和為多少呢？第19頁/共68頁信號處理信號處理和運算12 ,13( )( ) ,1221,0nnnx ny nnnn 第20頁/共68頁信號處理信號處理積運算第21頁/共68頁信號處理信號處理積運算12,1( )0,1nnx nn 2 ,0( )1,0nny nnn10,11( )( ),12(1)2,0nnx ny nnnn 信號信號X(n)與信號與信號Y(n)積為多少呢？積為多少呢？第22頁/共68頁信號處理信號處理積運算10,11( )( ),12(1)2,0nnx ny nnnn x(n)第23

6、頁/共68頁信號處理信號處理移位運算第24頁/共68頁信號處理信號處理移位運算12,1( )0,1nnx nn 22,11(1)0,11nnx nn 信號信號X(n+1)為多少呢？為多少呢？第25頁/共68頁信號處理信號處理移位運算x(n)22,11(1)0,11nnx nn 12,1( )0,1nnx nn 第26頁/共68頁信號處理信號處理標乘運算第27頁/共68頁信號處理信號處理標乘運算12,1( )0,1nnx nn 12,14 ( )0,1nnx nn 信號信號4X(n)為多少呢？為多少呢？第28頁/共68頁信號處理信號處理翻轉(zhuǎn)運算第29頁/共68頁信號處理信號處理翻轉(zhuǎn)運算12,1(

7、 )0,1nnx nn 12,1()0,1nnxnn信號信號X(-n)為多少呢？為多少呢？第30頁/共68頁信號處理信號處理累加運算 設序列為x(n)，則序列 定義為對x(n)的累加，表示將n 以前的所有x(n)值求和。nkkxny)()(第31頁/共68頁信號處理信號處理差分運算第32頁/共68頁信號處理信號處理多階差分運算)() 1(2)2()() 1()()(2nxnxnxnxnxnxnx)2() 1(2)() 1()()()(2nxnxnxnxnxnxnx(按二項式定理展開)第33頁/共68頁信號處理信號處理時間尺度變換運算( / ),0,1,2,( )0,x n m n ml lz

8、nn其 它 第34頁/共68頁信號處理信號處理時間尺度變換運算抽取第35頁/共68頁信號處理信號處理時間尺度變換運算插值第36頁/共68頁信號處理信號處理信號能量2| ( )|nEx n第37頁/共68頁信號處理信號處理卷積和運算( )( )( )() ()my nx nz nx m z nm第38頁/共68頁信號處理信號處理卷積和運算四個步驟第39頁/共68頁信號處理信號處理卷積和運算1001( )( ) ()1nnnn mnmmmmay nx m z nmaaaa1001( )( ) ()1nnnn mnmmmmay nx m z nmaaaa信號信號x(n)*z(n)是多少呢？是多少呢？

9、第40頁/共68頁信號處理信號處理卷積和運算aaaaaanynnmmmnmn1)(144040aaaaaanynnmmmnmn1)(144040410660( )nnmkmnky naa47101066001nnnkkkkaaaaaa第41頁/共68頁信號處理信號處理數(shù)字信號常用的基本序列信號第42頁/共68頁信號處理信號處理單位脈沖序列0, 00, 1)(nnnmnmnmn0, 1)(第43頁/共68頁信號處理信號處理單位階躍序列 1,0( )0,0nu nn1,()0,nmu nmnm(n) = u(n)-u(n-1) 0( )()( )nkku nnkk第44頁/共68頁信號處理信號處理

10、單位矩形序列 1,01( )0,NnNR n 其 它 NmNmnnR0)()( )( )()NRnu nu nN第45頁/共68頁信號處理信號處理實指數(shù)序列( )( )nx na u n第46頁/共68頁信號處理信號處理正弦序列 得到x(n)= Asin(n+) =/fs (線性關系 )第47頁/共68頁信號處理信號處理復指數(shù)序列 用表示 ( )e(cosjsin)ecosejsinnnnx nnnnnjarg ( )j( )( ) eeex nnnx nx n 第48頁/共68頁信號處理信號處理信號周期性 為例討論周期性 第49頁/共68頁信號處理信號處理信號周期性N、k 為整數(shù)，k 的取值

11、滿足條件，且保證N 最小正整數(shù)。其周期為 kN22/為整數(shù)時，取k = 1，保證為最小正整數(shù)。此時為周期序列，周期為2/。 ( )5sin(3)4x nn第50頁/共68頁信號處理信號處理信號周期性2/為有理數(shù)而非整數(shù)時，仍然是周期序列，周期大于2/。例 序列 ，2/= 8/3是有理數(shù)，所以是周期序列，取k= 3，得到周期N= 8。 任何k 都不能使N 為正整數(shù)，這時正弦序列不是周期序列。 3( )2cos(7)4x nn3( )2cos(7)4x nn 第51頁/共68頁信號處理信號處理( )()()mx nx mnmmnmnnxmnmx, 0),(=)( )(第52頁/共68頁信號處理信號

12、處理第53頁/共68頁信號處理信號處理 第54頁/共68頁信號處理信號處理傅里葉變換拉普拉斯變換Z變換傅里葉變換 時間域 頻率域(復頻域 ) 拉普拉斯變換 離散時間傅里葉變換 時間域 頻率域(復頻域 ) Z變換 連續(xù)時間信連續(xù)時間信號與系統(tǒng)號與系統(tǒng)離散時間信離散時間信號與系統(tǒng)號與系統(tǒng)他們之間有什么關系呢？他們之間有什么關系呢？第55頁/共68頁信號處理信號處理傅里葉變換第56頁/共68頁信號處理信號處理何謂濾波器呢？何謂濾波器呢？第57頁/共68頁信號處理信號處理模擬濾波器模擬濾波器數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器連續(xù)時間系統(tǒng)離散時間系統(tǒng)有源濾波器有源濾波器無源濾波器無源濾波器第58頁/共68頁信號處理信號處理 第59頁/共68頁信號處理信號處理數(shù)字濾波器描述數(shù)字濾波器描述 10( )()()NMkkkky na y nkb x nk 01( )( )( )1MkkkNkkkb zY zH zX za z第60頁/共68頁信號處理信號處理 第61頁/共68頁信號處理信號處理120( )(1)(2)( )y na y na y nb x n 第62頁/共68頁信號處理信號處理低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶通濾波器