數(shù)字信號處理教程-MATLAB釋義與實現(xiàn)(第2版)課件第一章

數(shù)字信號處理教程

—MATLAB釋義與實現(xiàn)陳懷琛編著1數(shù)字信號處理教程

—MATLAB釋義與實現(xiàn)1第一章信號和信號處理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2第一章信號和信號處理1.1信號的分類21.1信號的分類按信號載體的物理特征，可分為電、磁、光、機(jī)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）31.1信號的分類按信號載體的物理特征，可分為電、磁、光、機(jī)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-Time—CT）信號：

自變量和因變量均連續(xù)取值,(自變量的連續(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-Time—DT）信號：

自變量離散，因變量仍連續(xù)取值數(shù)字信號（DigitalSignal）：

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)4信號的分類按信號中自變量和因變量的取值特點分4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

5信號的分類信號量化的方法5由對模擬信號采樣而產(chǎn)生離散信號x(n)量化后信號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6由對模擬信號采樣而產(chǎn)生離散信號x(n)信號的分類6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hc1117信號分類的例題例1.1.1設(shè)連續(xù)信號為7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)+cos(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8例1.1.1的MATLAB程序hc111此程序分別描述了連續(xù)例1.1.1的圖形9例1.1.1的圖形9按照信號的來源來分

心電（ElectroCardioGraphy—ECG）信號：腦電圖（ElectroEncephaloGram—EEG）信號地震信號：它由巖石的自然運(yùn)動、或人為的地下爆炸等產(chǎn)生。發(fā)動機(jī)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10按照信號的來源來分信號的分類10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(xì)分。如T1,T2,…波11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：111.2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(dá)回波信號提取和分析目標(biāo)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121.2信號處理信號的時域分析處理：如12把模擬信號作為數(shù)字信號

進(jìn)行處理的基本框圖將模擬信號用數(shù)字方法進(jìn)行處理的框圖如下：模擬信號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(jìn)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。13把模擬信號作為數(shù)字信號

進(jìn)行處理的基本框圖將模擬信號用數(shù)字方數(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(qiáng)14數(shù)字信號處理的優(yōu)越性1)靈活性141.3信號采樣和復(fù)原的實例

Windows錄音機(jī)的界面Windows錄入的‘大家好’聲音信號151.3信號采樣和復(fù)原的實例Windows錄音機(jī)的界面15聲音信號文件的格式和參數(shù)16聲音信號文件的格式和參數(shù)16聲音文件格式選擇17聲音文件格式選擇17用MATLAB分析WINDOWS聲音文件%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：savedajiahaox18用MATLAB分析WINDOWS聲音文件%讀入文件上的變量x1.4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(jìn)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);限定的研究方法是“數(shù)字技術(shù)”。我們認(rèn)為第二種理解比較恰當(dāng)。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。191.4本書概貌的說明對“數(shù)字信號處理”內(nèi)涵的兩種理解方法關(guān)于MATLAB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：，

20關(guān)于MATLAB語言本書提供的程序集有：20關(guān)于MATLAB語言在學(xué)習(xí)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(xí)本課時邊學(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(xí)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21關(guān)于MATLAB語言在學(xué)習(xí)本課之前，讀者應(yīng)先學(xué)過和用過MAT學(xué)習(xí)MATLAB的參考書籍1《MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南》(第2版)“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(jī)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22學(xué)習(xí)MATLAB的參考書籍1《MATLAB及其在理工課程中的學(xué)習(xí)MATLAB的參考書籍2《MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用》(第2版)“語言篇”, 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‘?dāng)?shù)字信號處理’中應(yīng)用第八章：在‘自動控制原理’中應(yīng)用第九章：MATLAB工具箱簡介23學(xué)習(xí)MATLAB的參考書籍2《MATLAB及在電子信息課程中本書的組成第一章 信號和信號處理第二章 時域中的離散信號和系統(tǒng)

第三章 離散信號的兩種傅立葉變換第四章 信號頻譜的高效計算第五章 變換域中離散線性系統(tǒng)第六章 數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)第七章 FIR濾波器的設(shè)計

第八章 IIR濾波器的設(shè)計

第九章 綜合應(yīng)用

24本書的組成第一章 信號和信號處理24數(shù)字信號處理教程

—MATLAB釋義與實現(xiàn)陳懷琛編著25數(shù)字信號處理教程

—MATLAB釋義與實現(xiàn)1第一章信號和信號處理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26第一章信號和信號處理1.1信號的分類21.1信號的分類按信號載體的物理特征，可分為電、磁、光、機(jī)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）271.1信號的分類按信號載體的物理特征，可分為電、磁、光、機(jī)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-Time—CT）信號：

自變量和因變量均連續(xù)取值,(自變量的連續(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-Time—DT）信號：

自變量離散，因變量仍連續(xù)取值數(shù)字信號（DigitalSignal）：

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)28信號的分類按信號中自變量和因變量的取值特點分4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

29信號的分類信號量化的方法5由對模擬信號采樣而產(chǎn)生離散信號x(n)量化后信號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30由對模擬信號采樣而產(chǎn)生離散信號x(n)信號的分類6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hc11131信號分類的例題例1.1.1設(shè)連續(xù)信號為7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)+cos(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32例1.1.1的MATLAB程序hc111此程序分別描述了連續(xù)例1.1.1的圖形33例1.1.1的圖形9按照信號的來源來分

心電（ElectroCardioGraphy—ECG）信號：腦電圖（ElectroEncephaloGram—EEG）信號地震信號：它由巖石的自然運(yùn)動、或人為的地下爆炸等產(chǎn)生。發(fā)動機(jī)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34按照信號的來源來分信號的分類10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(xì)分。如T1,T2,…波35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：111.2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(dá)回波信號提取和分析目標(biāo)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361.2信號處理信號的時域分析處理：如12把模擬信號作為數(shù)字信號

進(jìn)行處理的基本框圖將模擬信號用數(shù)字方法進(jìn)行處理的框圖如下：模擬信號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(jìn)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。37把模擬信號作為數(shù)字信號

進(jìn)行處理的基本框圖將模擬信號用數(shù)字方數(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(qiáng)38數(shù)字信號處理的優(yōu)越性1)靈活性141.3信號采樣和復(fù)原的實例

Windows錄音機(jī)的界面Windows錄入的‘大家好’聲音信號391.3信號采樣和復(fù)原的實例Windows錄音機(jī)的界面15聲音信號文件的格式和參數(shù)40聲音信號文件的格式和參數(shù)16聲音文件格式選擇41聲音文件格式選擇17用MATLAB分析WINDOWS聲音文件%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：savedajiahaox42用MATLAB分析WINDOWS聲音文件%讀入文件上的變量x1.4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(jìn)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);限定的研究方法是“數(shù)字技術(shù)”。我們認(rèn)為第二種理解比較恰當(dāng)。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。431.4本書概貌的說明對“數(shù)字信號處理”內(nèi)涵的兩種理解方法關(guān)于MATLAB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：，

44關(guān)于MATLAB語言本書提供的程序集有：20關(guān)于MATLAB語言在學(xué)習(xí)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(xí)本課時邊學(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