《數(shù)字信號處理教程——MATLAB釋義與實現(xiàn)》第一章

1、1數(shù)字信號處理教程數(shù)字信號處理教程 MATLAB釋義與實現(xiàn)陳懷琛編著2第一章第一章 信號和信號處理信號和信號處理1.1 信號的分類 1.2 信號處理 1.3 信號采樣和復(fù)原的一個實例1.4 本書概貌的說明31.1 1.1 信號的分類信號的分類 按信號載體的物理特征，可分為電、磁、光、機械、熱、聲音等； 按信號中的自變量的數(shù)目分：一維信號：如語言和音樂 二維信號：如黑白照片或地形圖， 三維信號：如黑白電視圖象， （彩色圖像或電視是三個因變量，自變量同上）4信號的分類信號的分類 按信號中自變量和因變量的取值特點分 連續(xù)時間（Continuous-TimeCT）信號：自變量和因變量均連續(xù)取值,(自變

2、量的連續(xù)稱為連續(xù)時間，因變量的連續(xù)稱為模擬信號) 離散時間（Discrete-TimeDT）信號：自變量離散，因變量仍連續(xù)取值 數(shù)字信號（Digital Signal）： 自變量和因變量均離散取值(因變量的離散稱為數(shù)字信號)5信號的分類信號的分類 信號量化的方法 自變量的量化：等間隔采樣，t=nT, n=0,1, T為采樣周期，也即量化步長 因變量x的量化： 設(shè)量化步長為x，則量化公式為對應(yīng)的MATLAB語句(x為數(shù)組也適用)xq=round(x/deltax)*deltax;其它取整函數(shù)有ceil,floor,fix等 )/(xxroundxxq6 由對模擬信號采樣而產(chǎn)生離散信號x(n) 量

3、化后信號xq的誤差 絕對誤差 e=xq-x 相對誤差 rerror=(xq-x)./abs(x) 對大的數(shù)，量化造成的相對誤差??；而對小的數(shù)，量化造成的相對誤差大。 信號的分類信號的分類1, 2 , 1 , 0,)()(NntxnxnTta7信號分類的例題信號分類的例題 例1.1.1 設(shè)連續(xù)信號為其中tf為終點時刻。若采樣周期為0.5秒，求采樣后的離散時間信號 MATLAB程序hc11160cos)(fatttttx8例1.1.1的MATLAB程序hc111此程序分別描述了連續(xù)信號、離散信號和數(shù)字信號dt=0.001; tf=6; t=0:dt:tf;% 建立自變量向量xa=sqrt(t)+c

4、os(t);% 原始的連續(xù)時間信號xa(t)T=0.5;n=0:tf/T;% 建立離散自變量向量x=sqrt(n*T)+cos(n*T); % 離散時間信號x(n)deltax=0.5;% deltax為x的量化步長xq=round(x/deltax)* deltax;% 量化的數(shù)字信號xq 以下為繪圖語句9例例1.1.1 1.1.1 的圖形的圖形 圖1-1.1 連續(xù)信號、離散時間信號和數(shù)字信號 10 按照信號的來源來分 心電（ElectroCardioGraphyECG）信號：腦電圖（ElectroEncephaloGramEEG）信號 地震信號：它由巖石的自然運動、或人為的地下爆炸等產(chǎn)生。

5、 發(fā)動機振動信號： 語言信號： 音樂信號： 統(tǒng)計數(shù)據(jù)： 等等信號的分類11心電圖信號：心電圖信號：心電圖主要分析它的時域特性：常用的特征點有： P波； Q波； R波； S波； T波；延續(xù)時間較長的波還要細分。如T1,T2,波121.2 1.2 信號處理信號處理 信號的時域分析處理：如分析心電路中各波形特征，從雷達回波信號提取和分析目標參數(shù) 信號的頻域分析處理：如 分析腦電波信號的頻譜來判斷大腦的活動分析音樂信號的頻譜 濾波器設(shè)計：如 設(shè)計模擬濾波器和數(shù)字濾波器13把模擬信號作為數(shù)字信號把模擬信號作為數(shù)字信號進行處理的基本框圖進行處理的基本框圖 將模擬信號用數(shù)字方法進行處理的框圖如下： 模擬信號

6、 xa(t)經(jīng)預(yù)濾波，A/D變換，變成數(shù)字信號x(n)； 用數(shù)字方法進行處理；得到數(shù)字信號y(n) 作D/A變換，再平滑濾波，變回模擬信號ya(t) ；用圖中五個方框完成對模擬信號的處理。 14數(shù)字信號處理的優(yōu)越性數(shù)字信號處理的優(yōu)越性 1) 靈活性 2) 高精度和高穩(wěn)定性 3) 便于開發(fā)和升級 4) 便于大規(guī)模集成 5）功能強151.3 1.3 信號采樣和復(fù)原的實例信號采樣和復(fù)原的實例 Windows錄音機的界面 Windows錄入的大家好聲音信號16聲音信號文件的格式和參數(shù)聲音信號文件的格式和參數(shù)17聲音文件格式選擇聲音文件格式選擇18用用MATLABMATLAB分析分析WINDOWSWIN

7、DOWS聲音文聲音文件件 %讀入文件上的變量x:x,Fs,Nbits=wavread(dajiahao); %分析變量x的長度，取樣頻率和位數(shù)size(x), Fs,Nbits %恢復(fù)變量x的聲音：sound(x,22050) %畫出變量x的曲線：plot(x) %分析x的若干樣本點的值：x(15120:15124) %用MATLAB保存變量x：save dajiahao x 191.4 1.4 本書概貌的說明本書概貌的說明 對“數(shù)字信號處理”內(nèi)涵的兩種理解方法：1。研究對“數(shù)字信號”進行處理的理論和技術(shù);限定的研究對象是“數(shù)字信號”。2。研究用“數(shù)字”方法來“處理信號”的理論和技術(shù);限定的研

8、究方法是“數(shù)字技術(shù)”。 我們認為第二種理解比較恰當。它比第一種含義覆蓋的領(lǐng)域?qū)?，消除了盲區(qū)。因為自然界大多數(shù)信號是模擬的。用數(shù)字技術(shù)來研究它們是本課程的主要任務(wù)。為此本書中在這方面加了不少篇幅。20關(guān)于關(guān)于MATLAB語言語言 本書提供的程序集有： 例題程序約120個，放在exampdsp子目錄下； 自編的子程序28個，放在subrtdsp子目錄下； 演示程序28個，放在demodsp子目錄下；(讀者不必讀懂）讀者應(yīng)把這幾個程序庫放到MATLAB的搜索路徑上 下載程序的網(wǎng)址為：http:/， 21關(guān)于關(guān)于MATLAB語言語言 在學(xué)習本課之前，讀者應(yīng)先學(xué)過和用過MATLAB語言，而不是在學(xué)習本課

9、時邊學(xué)邊用。不然，在使用本教材的時候，會感到困難。因為本書不只把MATLAB作為計算工具，在講解許多概念時，是用MATLAB語言來概括其思路的。 如果沒有學(xué)過MATLAB, 應(yīng)急學(xué)習可參閱下兩本書之一的“語言篇“MATLAB入門：MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南（第2版），西安電子科技大學(xué)出版社，2004年9月MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用（第2版），電子工業(yè)出版社，2003年7月22學(xué)習學(xué)習MATLABMATLAB的參考書籍的參考書籍(1)(1)線性代數(shù)實踐及MATLAB入門 “語言語言篇篇”,電子工業(yè)出版社, 2005.10第一篇：MATLAB入門第二篇：線性代數(shù)實踐第5章 預(yù)

10、備知識第6章 用行階梯法解線性方程第7章 用矩陣運算解線性方程第8章 向量空間法解線性方程第6章 線性變換及其特征23學(xué)習學(xué)習MATLABMATLAB的參考書籍的參考書籍(2)(2)MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南(第2版) “語言篇語言篇”西安電子科技大學(xué)出版社,2004.10第一篇：語言篇第二篇：應(yīng)用篇第五章：在高等數(shù)學(xué)中應(yīng)用第六章：在普通物理中應(yīng)用第七章：在力學(xué)機械中應(yīng)用第八章：在電工電子中應(yīng)用第九章：在信號系統(tǒng)中應(yīng)用24學(xué)習學(xué)習MATLABMATLAB的參考書籍的參考書籍(3)(3)MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用 (第2版) “語語言篇言篇”,電子工業(yè)出版社,2003.7第一篇：語言篇第二篇：應(yīng)用篇第五章：在電路原理中應(yīng)用第六章：在信號與系統(tǒng)中應(yīng)用第七章：在數(shù)字信號