數(shù)字信號(hào)處理課件

1信號(hào)處理理論與技術(shù)陳芳炯1信號(hào)處理理論與技術(shù)2基礎(chǔ):信號(hào)與系統(tǒng):線性時(shí)不變(LTI)系統(tǒng),

變換域分析

(Fourier,Laplace,Z,DFT,FFT)濾波器理論:FIR,IIR濾波,最小相位系統(tǒng)等計(jì)算機(jī):Matlab

2基礎(chǔ):3主要內(nèi)容:1、基礎(chǔ)知識(shí)2、隨機(jī)信號(hào)基礎(chǔ)3、參數(shù)估計(jì)理論4、隨機(jī)信號(hào)的線性模型5、功率譜估計(jì)6、自適應(yīng)濾波7、陣列處理3主要內(nèi)容:4第一章預(yù)備知識(shí)一信號(hào)處理慨論信號(hào)（signal）v.s.信息（information）信號(hào)是信息的形式化表示。信號(hào)處理的最終目的是對(duì)處理信息，形式表現(xiàn)為對(duì)信號(hào)的處理。實(shí)際上分為兩步，第一步是如何正確，高效把信息形式化為信號(hào)（信息論）;第二步是信號(hào)處理。4第一章預(yù)備知識(shí)5信號(hào)處理:

是20世紀(jì)60年代，隨著信息學(xué)科和計(jì)算機(jī)學(xué)科的高速發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科。它的重要性日益在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出來(lái)。其主要標(biāo)志是兩項(xiàng)重大進(jìn)展，即快速傅里葉變換(FFT)算法的提出和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法的完善。5信號(hào)處理:6年代 特點(diǎn) $/MIPS60年代 研究探索 $100-$1,00070年代 軍事運(yùn)用 $10-$10080年代 商用成功 $1-$1090年代 進(jìn)入消費(fèi)類電子$0.1-$1今后 生活用品 $0.01-$0.16年代 特點(diǎn) $/MIPS71．

信號(hào)處理的研究?jī)?nèi)容

(1)幾乎函蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域：航空航天，通訊，計(jì)算機(jī)，軍事，消費(fèi)電子……….更細(xì)的分類如：語(yǔ)音壓縮，圖像壓縮，視頻壓縮，語(yǔ)音識(shí)別，音頻壓縮，語(yǔ)音合成，數(shù)字水印，數(shù)據(jù)加密，地震波分析，聲納，智能天線，陣列處理，衛(wèi)星圖像分析，會(huì)波消除，信道估計(jì)、數(shù)字相機(jī)，高清晰度電視，高速調(diào)制解調(diào)器，電話，程控交換…71．

信號(hào)處理的研究?jī)?nèi)容8DSPApplications8DSPApplications9InternetAudioPlayer9InternetAudioPlayer10(2)內(nèi)容的擴(kuò)展很快例如IEEE對(duì)于信號(hào)處理方面的期刊增加很快。InstituteofElectronicsandElectricalEngineerTransactionsofIEEEsocietyofsignalprocessing80s:2個(gè)medicalimaging,Acoustic,speechandsignalprocessing90s:5個(gè)SP,ImageProc.,SpeechandAudioProcessing,MultimediaNow:8個(gè)，WirelessComm.,Intelligenttransportationsystem,MobileComputing10(2)內(nèi)容的擴(kuò)展很快11（3）和其他重要課程的聯(lián)系與區(qū)別（具體到通信領(lǐng)域）信息論----信號(hào)處理----通信原理（數(shù)字通信）-----計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)11（3）和其他重要課程的聯(lián)系與區(qū)別（具體到通信領(lǐng)域）信息論122.信號(hào)處理的研究方法（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）

(1)

信號(hào)處理的三大理論支柱

抽樣定理

有史以來(lái)10大定理之一變換域理論最重要的數(shù)學(xué)工具線性時(shí)不變系統(tǒng)理論系統(tǒng)無(wú)處不在122.信號(hào)處理的研究方法（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）13(2)研究方法理論:統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理應(yīng)用:模型+算法實(shí)現(xiàn):計(jì)算機(jī)(單片機(jī))處理其中最重要的是數(shù)學(xué)模型和算法研究，因?yàn)槔碚摶A(chǔ)的突破很困難，一般是采用現(xiàn)有的理論。13(2)研究方法理論:統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理14

（3）參考書(shū)張賢達(dá),數(shù)字信號(hào)處理第二版,清華大學(xué)出版社,1994張賢達(dá),信號(hào)處理中的線性代數(shù),科學(xué)出版社,2019王宏禹，隨機(jī)數(shù)字信號(hào)處理，科學(xué)出版社，1988A.V.奧本海姆，R.W.謝弗著，黃建國(guó)等譯，離散時(shí)間信號(hào)處理，科學(xué)出版社，2000IEEE/IEE全文庫(kù)（通過(guò)圖書(shū)館主頁(yè)轉(zhuǎn)）中國(guó)期刊庫(kù)（通過(guò)圖書(shū)館主頁(yè)轉(zhuǎn)）14（3）參考書(shū)15

二、理論基礎(chǔ)包括變換域理論,抽樣定理,線性時(shí)不變系統(tǒng)理論1、傳里葉變換1516連續(xù)沖激信號(hào)和離散沖激信號(hào)的等價(jià)連續(xù)信號(hào)采樣及連續(xù)FT到離散FT16連續(xù)沖激信號(hào)和離散沖激信號(hào)的等價(jià)連續(xù)信號(hào)采樣及連續(xù)FT到17頻域采樣及連續(xù)FT到周期信號(hào)FT17頻域采樣及連續(xù)FT到周期信號(hào)FT181819Laplace變換和z變換沖激函數(shù)的傅立葉變換反映了系統(tǒng)的頻率響應(yīng),但不能表征系統(tǒng)的其他特性,如因果性和穩(wěn)定性,所以引入更具有普遍性的拉氏變換對(duì)離散信號(hào),令得到Z變換:

Z變換形式簡(jiǎn)單,保留傅立葉變換的兩個(gè)主要特征:卷積性質(zhì)和時(shí)域移位性質(zhì)19Laplace變換和z變換沖激函數(shù)的傅立葉變換反映了系統(tǒng)204、204、212122222323242425LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)25LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)26濾波器結(jié)構(gòu)z-1p1p0x[n]z-1z-1p2p3z-1-d1-d0z-1-d2y[n]z-1Z-1-k3k3Z-1-k2k2Z-1-k1k1直接型格型26濾波器結(jié)構(gòu)z-1p1p0x[n]z-1z-1p2p3z-27三、信號(hào)的分類

27三、信號(hào)的分類28一維(1-D)信號(hào):一個(gè)自變量的函數(shù)。二維(2-D)信號(hào):兩個(gè)自變量的函數(shù)。多維(M-D)信號(hào):多個(gè)自變量的函數(shù)。例如：?jiǎn)卧~Away256Hz音叉信號(hào)注意聲音與頻率的關(guān)系虎鯨的聲音28一維(1-D)信號(hào):一個(gè)自變量的函數(shù)。例如：?jiǎn)卧~Awa29圖像信號(hào)：黑白圖像：二維信號(hào)黑白視頻信號(hào)：三維信號(hào)彩色視頻信號(hào)：三維三通道信號(hào)彩色圖像：三通道二維信號(hào)29圖像信號(hào)：黑白視頻信號(hào)：三維信號(hào)彩色圖像：三通道二維信號(hào)301、301、312、隨機(jī)信號(hào)給定時(shí)間起點(diǎn)和索引，但不能確定該時(shí)刻信號(hào)的值。（對(duì)照書(shū)上定義）車流量

internet流量

ALOHA型無(wú)線時(shí)分網(wǎng)的丟包率計(jì)算語(yǔ)音信號(hào)312、隨機(jī)信號(hào)32河涌名稱采樣日期pH值懸浮物水溫（℃）烏涌1.107.015619.0東圃涌1.107.8511818.6車陂涌1.107.8139321.1棠下涌1.108.1859221.3沙河涌1.107.8913519.8東濠涌1.107.284021.0紡織涌1.106.9141220.8鴨墩水1.107.487420.1石溪涌1.108.128219.9馬涌1.107.8618821.6西濠涌1.107.306820.2荔灣涌1.107.2210321.0澳口涌1.107.269021.0增步河1.107.228721.0塞壩涌1.106.7523021.0花地涌1.107.468320.0東朗涌1.107.0914022.0二尾涌1.107.1117620.0水口水1.106.7518219.0采樣日期pH值懸浮物水溫（℃）6.86.92590124610821201299708568477365358379930.06.87.87241368030.06.87.121030.06.87.251332.06.87.64530.06.87.161831.032河涌名稱采樣日期pH值懸浮物水溫（℃）烏涌1.107.03333343435抗混疊濾波器A/D變換器數(shù)字信號(hào)處理器D/A變換器抗鏡像濾波器模擬xa(t)模擬ya(t)x(n)y(n)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成采樣→量化轉(zhuǎn)換為模擬電平→零階保持ADCDACDSP35抗混疊A/D數(shù)字信號(hào)D/A抗鏡像模擬xa(t)模擬ya(36數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法1.采用大、中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī):工作站和微機(jī)上各廠家的數(shù)字信號(hào)軟件，如有各種圖象壓縮和解壓軟件。2.用單片機(jī):可根據(jù)不同環(huán)境配不同單片機(jī)，其能達(dá)實(shí)時(shí)控制，但數(shù)據(jù)運(yùn)算量不能太大。3.利用通用DSP芯片:DSP芯片較之單片機(jī)有著更為突出優(yōu)點(diǎn)。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(hào)處理的指令(如FFT指令)等。美國(guó)德州儀器公司TexasInstrument（IT），AnalogDevices，Lucent，Motorola，AT&T等公司都有生產(chǎn)。4.利用特殊用途的DSP芯片:市場(chǎng)上推出專門(mén)用于FFT,FIR濾波器，卷積、相關(guān)等專用數(shù)字芯片。其軟件算法已在芯片內(nèi)部用硬件電路實(shí)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)。36數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法37用通用的可編程的數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)法—是目前重要的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法，它即有硬件實(shí)現(xiàn)法實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又具有軟件實(shí)現(xiàn)的靈活性優(yōu)點(diǎn)。3738嵌入式處理器微處理器Microprocessor

微控制器MCU

數(shù)字信號(hào)處理器DSPDigitalsignalProcessor

單片機(jī)38嵌入式處理器39FeaturesCommontoMostDSP?有獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線?

高度的操作并行性：在一個(gè)指令周期完成多重操作?

支持流水線處理?

片內(nèi)有專門(mén)的硬件乘法器，累加器，運(yùn)算器等運(yùn)算單元?

豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)單元和靈活的尋址方式?

集成功能強(qiáng)大的外圍設(shè)備39FeaturesCommontoMostDSP40TITMS320C1xTMS320C3xTMS320C4xTMS320C8xTMS320C2000TMS320C5000TMS320C6000OMAPTITMS320C1xTMS320C3xTMS320C4xTMS320C8xTMS320C2000TMS320C5000TMS320C6000OMAP40TITI41TI主要產(chǎn)品系列LowestCostControlSystemsMotorControlStorageDigitalCtrlSystemsC2000C5000

EfficiencyBestMIPSperWatt/Dollar/SizeWirelessphonesInternetaudioplayersDigitalstillcamerasModemsTelephonyVoIPC6000MultiChannelandMultiFunctionApp'sCommInfrastructureWirelessBase-stationsDSLImagingMulti-mediaServersVideoPerformance&BestEase-of-Use41TI主要產(chǎn)品系列LowestCostC2000C50042TMS320C2000系列42TMS320C2000系列43TMS320C5000系列43TMS320C5000系列44TMS320C6000系列C6713C62x?PerformanceHighest

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