數(shù)字信號(hào)處理導(dǎo)論資料

1、數(shù)字(shz)信號(hào)處理共四十九頁What is DSP？狹義理解可為 Digital Signal Processor 數(shù)字信號(hào)處理器。廣義理解可為Digital Signal Processing，譯為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。 數(shù)字信號(hào)處理：把信號(hào)用數(shù)字或符號(hào)表示的序列，利用計(jì)算機(jī)或通用（專用）數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備，用數(shù)值計(jì)算方法處理（例如：濾波、檢測、參數(shù)提取、頻譜分析等），實(shí)現(xiàn)(shxin)信號(hào)自身或有用特征的提取，達(dá)到認(rèn)識(shí)信號(hào)、利用信號(hào)的目的。共四十九頁Why do we need DSP?在過去的數(shù)十年中，數(shù)字信號(hào)處理的領(lǐng)域，無論在理論上還是(hi shi)技術(shù)上都有非常重要的發(fā)展。由于工業(yè)上

2、開發(fā)和利用廉價(jià)的硬件和軟件，使不同領(lǐng)域的新工藝和新應(yīng)用現(xiàn)在都想利用DSP算法,使它成為本科教學(xué)內(nèi)容。共四十九頁一、課程的主要學(xué)習(xí)(xux)內(nèi)容（信號(hào)的頻譜分析和數(shù)字濾波）What to learn?共四十九頁二、課程的特點(diǎn)（數(shù)學(xué)(shxu)工具要求高、應(yīng)用性強(qiáng)）三、課程的學(xué)習(xí)方法與要求 （課上、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)） How to learn?共四十九頁四、課程的性質(zhì)和目的五、課程的研究對象六、課程的安排與考核(koh)七、主要教材和參考書課程(kchng)教學(xué)大綱共四十九頁緒 論一、信號(hào)(xnho)、系統(tǒng)和信號(hào)(xnho)處理二、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成三、數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)科概貌四、數(shù)字信號(hào)處理的特

3、點(diǎn)五、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用共四十九頁緒 論一、信號(hào)(xnho)、系統(tǒng)和信號(hào)(xnho)處理（1）信號(hào)(xnho)及其基本特征1、信號(hào) 信號(hào)很廣泛：如語音信號(hào)、圖像信號(hào) 解釋：一個(gè)隨著時(shí)間變化的物理量。物理信號(hào)電信號(hào)信號(hào)處理電信號(hào)物理信號(hào)話筒揚(yáng)聲器 信號(hào)最基本的參數(shù)：頻率、幅度共四十九頁（2）信號(hào)(xnho)的分類 單色信號(hào)(xnho)和復(fù)合信號(hào)(xnho)單色信號(hào)：只有單一的頻率。復(fù)合信號(hào)：各種正弦頻率分量的合成。 我們通?？紤]它的頻帶寬度。我們通常處理的是復(fù)合信號(hào)。例：例：一個(gè)高品質(zhì)的音響信號(hào)帶寬20kHz 一個(gè)視頻信號(hào)的帶寬是6MHz共四十九頁 連續(xù)時(shí)間(shjin)信號(hào)和離散時(shí)間(shji

4、n)信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)：隨時(shí)間連續(xù)變化(binhu)的信號(hào)，它們在一個(gè)時(shí)間 區(qū)間里的任何瞬間都有確定的值。離散時(shí)間信號(hào)：只在離散的時(shí)間點(diǎn)有確定的值，通常是對 連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣得到的。 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：指時(shí)間連續(xù)、幅度連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅度上都是離散（量化）的信號(hào)。 故：數(shù)字信號(hào)可用一序列的數(shù)表示，而每 個(gè)數(shù)又可表示為二制碼的形式。共四十九頁量化離散數(shù)字信號(hào)連續(xù)離散離散時(shí)間信號(hào)連續(xù)連續(xù)連續(xù)時(shí)間信號(hào)幅度時(shí)間 共四十九頁 周期(zhuq)信號(hào)和非周期(zhuq)信號(hào)若信號(hào)滿足： x(t)=x(t+kT0) k為正整數(shù)； 或 x(n)=x(n+kN) k,N皆為正整數(shù)， 則x(t)

5、或x(n)是周期信號(hào)，周期分別(fnbi)為T0和N；否則就是非周期信號(hào)。共四十九頁 確定信號(hào)(xnho)和隨機(jī)信號(hào)(xnho)確定性信號(hào)：若信號(hào)在任意時(shí)刻的取值能精確確定，則稱 它為確定信號(hào)；它的值可以用有限個(gè)參量來 唯一地加以(jiy)描述。例：直流信號(hào)、階躍信號(hào)、正弦波信號(hào)隨機(jī)信號(hào)：若信號(hào)在任意時(shí)刻的取值不能精確確定，或說 取值是隨機(jī)的，即它不能用有限的參量加以描 述。也無法對它的未來值確定性地預(yù)測。它只 能通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來描述。例：許多自然現(xiàn)象所發(fā)生的信號(hào)、語音信號(hào)、圖像信號(hào)、噪聲都是隨機(jī)信號(hào)。它們具有幅度(能量)隨機(jī)性、或具有發(fā)生時(shí)間上的隨機(jī)性或二都兼有之。共四十九頁2、系統(tǒng)(xt

6、ng) 系統(tǒng)分類系統(tǒng)：處理信號(hào)的物理(wl)設(shè)備?；蛘哒f，凡是能將信號(hào)加以變 換以達(dá)到人們要求的各種設(shè)備可稱之為系統(tǒng)。（a）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)（b）離散時(shí)間系統(tǒng)（c）模擬系統(tǒng)（d）數(shù)字系統(tǒng)共四十九頁3、數(shù)字(shz)信號(hào)處理解釋：數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備 ，以數(shù)值計(jì)算的方法對信號(hào)進(jìn)行采集、濾波 、變換、壓縮、增強(qiáng)、估計(jì)、識(shí)別等加工處 理，以達(dá)到提取有用信息和便于(biny)應(yīng)用的目的。共四十九頁二、數(shù)字(shz)信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成y (n)x (n)ya(t)xa(t)前置預(yù)濾波器采樣A/D數(shù)字信號(hào)處理器D/A模擬濾波器數(shù)字(shz)信號(hào)處理器的選擇與實(shí)現(xiàn) 軟件實(shí)現(xiàn) 專用DSP芯片

7、 通用DSP芯片共四十九頁數(shù)字信號(hào)處理器的實(shí)現(xiàn)(shxin)方法 采用(ciyng)大、中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī) 在工作站和微機(jī)上使用廠家的數(shù)字信號(hào)處理軟件或自己編寫信號(hào)處理軟件。優(yōu)點(diǎn)：可適用于各種數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用場合，很靈活。 用單片機(jī)由于單片機(jī)發(fā)展已經(jīng)很久，價(jià)格便宜，且功能較強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)不同環(huán)境配不同單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制， 但數(shù)據(jù)運(yùn)算量不能太大。共四十九頁 利用通用(tngyng)DSP芯片 DSP芯片(xn pin)較之單片機(jī)有著更為突出優(yōu)點(diǎn)。 其內(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(hào)處理的指令。 目前市場上的DSP芯片有：美國德州儀器公司(T

8、I):TMS320CX系列AT&T公司dsp16,dsp32系列Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 利用專用DSP芯片共四十九頁三、數(shù)字信號(hào)處理(xn ho ch l)的學(xué)科概貌1945 年Bode Schanon提出了采樣定理1955年國際上第一次開設(shè)了數(shù)字濾波器課程(kchng)1965年Corly-Tukey發(fā)明了快速傅立葉變換（FFT），1966年Kaiser提出數(shù)字濾波理論在國際上，一般把1965年FFT的問世，作為數(shù)字信號(hào)處理這一新學(xué)科的開端30多年的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理自身已基本上形成一套較為完整的理論體系共四十九頁數(shù)

9、字信號(hào)處理(xn ho ch l)的理論信號(hào)的采集（A/D）技術(shù)、取樣定理(dngl)、量化噪聲分析離散信號(hào)的分析（時(shí)域及頻域分析、各種變換技術(shù)、信號(hào)特征的描述等）離散系統(tǒng)分析（系統(tǒng)的描述、系統(tǒng)的單位取樣響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)及頻率特性等）信號(hào)處理中的快速算法（快速傅立葉變換、快速卷積與相關(guān)等）信號(hào)的估值（各種估值理論、相關(guān)函數(shù)與功率譜估計(jì)等）濾波技術(shù)（各種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)）信號(hào)的建模（AR、MA、ARMA等模型）信號(hào)處理中的特殊算法（如抽取、插值、反卷積、信號(hào)重建等）信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)（軟件實(shí)現(xiàn)、硬件實(shí)現(xiàn)）共四十九頁 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(dá)到10-3

10、以上。而數(shù)字(shz)系統(tǒng)中，17位字長就可達(dá)10-5精度，所以在高精度系統(tǒng)中，通常采用數(shù)字系統(tǒng)。Precisioncomponent specificationADC bits, CPU word width四、數(shù)字(shz)信號(hào)處理的特點(diǎn)共四十九頁 靈活性高ProgrammabilityAnalog system：Modify hardware design.Digital system：Modify software. 數(shù)字系統(tǒng)的性能主要決定(judng)于乘法器的各系數(shù)，且系數(shù)存放于系數(shù)存儲(chǔ)器內(nèi)，只需改變存儲(chǔ)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。共四十九頁 可靠性高Sta

11、bilityAnalog system：the characteristics of analog system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity.Digital system：will show no variation with temperature throughout their guaranteed operation range.共四十九頁Anti-noise共四十九頁數(shù)字系統(tǒng)：只有兩個(gè)信號(hào)(xnho)電

12、平0，1受噪聲及環(huán)境條件 的影響小。數(shù)字系統(tǒng)宜采用大規(guī)模集成電 路，其故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用眾多分立元件 構(gòu)成的模擬系統(tǒng)。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(dòng)、電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)等影響，產(chǎn) 生雜散效應(yīng)甚至振蕩等。Very Large Scale Integrated circuit共四十九頁 時(shí)分復(fù)用利用DSP同時(shí)(tngsh)處理幾個(gè)通道的信號(hào)。 某一路信號(hào)(xnho)的相鄰兩抽樣值之間存在很大的空隙時(shí)間，因而在同步器的控制下，在此時(shí)間空隙中送入其他路的信號(hào)(xnho)，而各路信號(hào)(xnho)則利用同一DSP，后者在同步器的控制下，算完一路信號(hào)后，再算另

13、一路信號(hào)，因而處理器運(yùn)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123n123n共四十九頁We still need analog processing共四十九頁（1）Real-Time ProcessingAnalog system：Besides the delay introduced by the circuit, the processing is in real-time. Digital system：Decided by the processor speed.共四十九頁（2）Processing very high frequency signalsAnal

14、og system：may process microwave, mini-meter-wave, even light wave signals.Digital system：By the Nyquist Rule，the processing speed is limited by the S/H, A/D and processor speed. 共四十九頁(3)The most signals in real would are analog. If we want to process these analog signals with digital signal processi

15、ng system, must change them into digital form first by mixed signal processing.共四十九頁五、數(shù)字(shz)信號(hào)處理的應(yīng)用濾波(lb)與變換通信語音圖像消費(fèi)電子儀器工業(yè)控制與自動(dòng)化醫(yī)療軍事共四十九頁DSP Solution共四十九頁P(yáng)rogrammable switch共四十九頁Mobile phone共四十九頁ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line)共四十九頁Digital Camera 共四十九頁Digital Camera共四十九頁HDTVHigh Definition

16、TV共四十九頁DVD(Digital Video Disc)共四十九頁Simulator of airplane共四十九頁GPS(Global Position System) 共四十九頁Radar/Sonar 共四十九頁Cruise missile共四十九頁Smart bomb from F117共四十九頁P(yáng)attern recognization 共四十九頁Fingerprint distinguish 共四十九頁Development of DSPHigher processing speedMulti-DSP co-operationLower price or higher performance price ratioLower power consumption or longer battery lifeASIC based on DSP coreApplication Specific Integrated Circuit 特定用途(yngt)集成電路共四十九頁Just Do it.共四十九頁內(nèi)容摘要數(shù)字信號(hào)處理。廣義理解可為Digital Signal Processing，譯為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。模擬信