數(shù)字信號(hào)處理(胡廣書(shū)) (19)課件

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關(guān)于“數(shù)字信號(hào)處理”概論（一）信號(hào)（二）數(shù)字信號(hào)（三）數(shù)字信號(hào)處理1數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)2數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)3數(shù)字信號(hào)處理的理論4數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)5數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用6關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理信號(hào)？數(shù)字信號(hào)？數(shù)字信號(hào)處理？

信號(hào)是信息（Information)的載體，即信息包含在信號(hào)中。

信號(hào)，特別是一維信號(hào)，多是時(shí)間的函數(shù)，即一.什么是DSP（一）信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)，又稱(chēng)模擬信號(hào)（AnalogSignal)常見(jiàn)信號(hào)：

電壓，電流，磁通； 溫度，壓力，壓強(qiáng)； 光，機(jī)械振動(dòng)； 價(jià)格，經(jīng)濟(jì)指數(shù)，股市指數(shù)；流量，水位，潮位； 人體生理信號(hào)等等常見(jiàn)人體生理信號(hào)

（生物醫(yī)學(xué)信號(hào)）ECG(心電)EEG(腦電)EOG(眼電)EMG(肌電)PCG(心音)要求：準(zhǔn)確檢測(cè)R波，>99％準(zhǔn)確檢測(cè)P,Q,S,T等波， >90%準(zhǔn)確測(cè)量P－Q間期， QRS寬度，S-T段形態(tài)腦電信號(hào)胎兒心電信號(hào)火車(chē)?guó)Q笛信號(hào)

作用：將非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。轉(zhuǎn)化后的信號(hào)是連續(xù)時(shí)域模擬 （Analog)信號(hào),可以用表示。模擬信號(hào)產(chǎn)生、處理和傳輸所使用 的器件是:R,L,C,OP(運(yùn)算放大器)缺點(diǎn):體積大,精度低，不靈活傳感器(sensor)

15/30離散時(shí)間信號(hào)BeijingInstituteofTechnology

16/30離散時(shí)間信號(hào)v.s.數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)沖激采樣信號(hào)采樣保持信號(hào)數(shù)字信號(hào)001101000101011010100010000100001000011110001011TBeijingInstituteofTechnology

17/30量化誤差（二）數(shù)字信號(hào):所有整數(shù):抽樣間隔，：抽樣頻率(SamplingFrequency)歸一化：例:A/D8bit5V000000000V0000000120mV0000001040mV29mV31mVA/D芯片已高度集成化，將這些芯片配以一些必要的外圍電路可做成不同的A/D板（又稱(chēng)數(shù)據(jù)采集板）。將A/D板插入普通計(jì)算機(jī)（如PC）的擴(kuò)展槽中，配以相應(yīng)的軟件即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的抽樣。A/D芯片有兩個(gè)主要的參數(shù)，一是字長(zhǎng)，二是轉(zhuǎn)換速度?，F(xiàn)在市售的A/D芯片的字長(zhǎng)有8bit，10bit，12bit及14bit，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，量化誤差越小，自然，轉(zhuǎn)換的精度就越高。轉(zhuǎn)換速度決定了其A/D芯片的最大抽樣速度，目前市售的A/D芯片的抽樣速度可由幾十千赫至幾百兆赫。當(dāng)然，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，速度越高，其售價(jià)也越貴，使用者應(yīng)視實(shí)際需要選用。任務(wù)：從信號(hào)中提取出所需要的信息，并將其用于 實(shí)際。1.數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)例：心電監(jiān)護(hù)儀：內(nèi)含CPU用于危重病房（intensivecareunit，ICU）的心電自動(dòng)監(jiān)護(hù)儀的作用是監(jiān)護(hù)病人的心電狀態(tài)（同時(shí)也包括其他生理參數(shù)，如血壓、呼吸等），它應(yīng)能實(shí)時(shí)地顯示和存儲(chǔ)病人的心電波形，并根據(jù)心電圖的異常來(lái)自動(dòng)決定是否給出報(bào)警。一個(gè)實(shí)際的心電監(jiān)護(hù)儀由心電放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU、顯示單元、存儲(chǔ)單元、系統(tǒng)管理軟件和心電信號(hào)處理軟件所組成。心電處理軟件的功能：（1）在CPU的控制下實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集、顯示和存儲(chǔ)；

（3）波形檢測(cè)（參數(shù)提?。?/p>

R波檢測(cè)：要求>99％；

P波檢測(cè)，T波檢測(cè)：幅度特別低，>90％；

P-Q間期測(cè)量；S-T段形態(tài)檢測(cè)；

QRS寬度檢測(cè)（4）病類(lèi)判別：根據(jù)檢測(cè)出的參數(shù)、心臟疾病的原理和醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)，建立起各種心律異常的數(shù)學(xué)模型并對(duì)心電信號(hào)做出判別，決定是否異常，如異常，又屬于哪一類(lèi)異常。這一工作即是信號(hào)處理的應(yīng)用。以上內(nèi)容雖然屬于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的范疇，但從中可以看出數(shù)字信號(hào)處理的內(nèi)容和任務(wù)。其他學(xué)科的信號(hào)處理過(guò)程和該問(wèn)題類(lèi)似，即大體上也包含了去噪、特征檢測(cè)（或提?。┖蛻?yīng)用于實(shí)際這三個(gè)方面。2.數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì):（1）.精度高（2）.可重復(fù)性強(qiáng)（3）.體積?。?）.成本低（5）.可編程：所以靈活性強(qiáng)（6）.實(shí)時(shí)性(Real-time)強(qiáng)1.信號(hào)抽樣與采集理論;

2.信號(hào)分析理論:Z變換,離散傅里葉變換(DFT)Hilbert變換離散余弦變換(DCT)離散小波變換(DWT)快速算法理論(FFT)3.離散系統(tǒng)分析;4.離散系統(tǒng)設(shè)計(jì)(濾波器設(shè)計(jì));

5.隨機(jī)信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析理論;6.信號(hào)建模(AR,MA,ARMA);7.特征估計(jì)(自相關(guān)函數(shù),功率譜計(jì));8.實(shí)現(xiàn)(軟件--MATLAB;硬件--DSP);

9.應(yīng)用

（教學(xué),科研,開(kāi)發(fā)的前期）DSP軟件包MATLABSignalProcessingToolBox4.數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn):硬件實(shí)現(xiàn):CPU,MCU,DSPTI產(chǎn)品系列

DSP的特點(diǎn):時(shí)鐘快；硬件乘法器（實(shí)現(xiàn)連乘連加）；

哈佛結(jié)構(gòu)；較多的寄存器，等等數(shù)字信號(hào)處理中最常用的算法是線性卷積和DFT,其特點(diǎn)是大量的“連乘連加”運(yùn)算，如：

5、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用Alowpassfilterwithacut-off

of456HzappliedtotheCEGchordextractsthesignal:Alowpassfilterwithacut-off

of361HzappliedtotheCEGchordextractsthesignal:Alowpassfilterwithacut-off

of296HzappliedtotheCEGchordextractsthesignal:合成的鋼琴音圖像低通濾波CombfilterscanbeappliedtosoundsamplestocreateechoeffectsCombFilterOutputReal"eee"SoundSynthesized"eee"Sound濾波去噪去噪前：去噪后：聲音變調(diào)原始音：低通后:高通后：鳥(niǎo)聲及其頻譜：圖像處理小波出像處理DSP的應(yīng)用耳背式耳道式耳內(nèi)式完全耳內(nèi)式心電Holter5.關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)作為一門(mén)課程，學(xué)好數(shù)字信號(hào)處理和學(xué)好其他課程有著共同的要求。下面是幾點(diǎn)特殊的要求：（1）特別要注意加深概念的理解，不要只停留在死記數(shù)學(xué)公式上；（2）通過(guò)應(yīng)用來(lái)加深理解和記憶；特別希望大家在學(xué)習(xí)的過(guò)程中一定要重視利 用MATLAB來(lái)完成實(shí)際的信號(hào)處理任務(wù)。

（3）打好基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)；（4）盡可能的多看一些國(guó)外的教科書(shū)及有關(guān)文獻(xiàn)

[1]SJ.Orfanids.IntroductiontoSignalProcessing.1996;清華大學(xué)出版社，1999[2]SKMitra.DigitalSignalProcessing:AComputer－BasedApproach.2001，清華大學(xué)出版社，2001[3]ProakisJ.G.IntroductiontoDigitalSignalPr