數(shù)字信號(hào)處理緒論

1數(shù)字信號(hào)處理

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)測(cè)控技術(shù)系

授課教師：邊琰聯(lián)系方式：aileanbian@

137522885352數(shù)字信號(hào)處理緒

論一、信號(hào)、系統(tǒng)和信號(hào)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)處理的優(yōu)點(diǎn)五、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用六、數(shù)字信號(hào)處理的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展方向3概述數(shù)字信號(hào)處理是高速發(fā)展的一門新興學(xué)科，也是現(xiàn)在信息時(shí)代非常重要的基礎(chǔ)學(xué)科。數(shù)字信號(hào)處理是把信號(hào)表示成數(shù)字或符號(hào)序列，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的方法，通過計(jì)算機(jī)或通用（專用）信號(hào)處理設(shè)備來處理信號(hào)，以達(dá)到提取有用信號(hào)，便于應(yīng)用的目的。

4一、信號(hào)、系統(tǒng)和信號(hào)處理1、信號(hào)：信號(hào)是信息的物理表現(xiàn)形式

是傳遞信息的函數(shù)信號(hào)有多種形式，力的、熱的、電的、磁的、光的，一般都轉(zhuǎn)化為電信號(hào)處理例：交通燈：紅燈（光信號(hào)）---停止（信息）

感冒：發(fā)熱（熱信號(hào)）---感冒病（信息）5（1）按維數(shù)分：一維信號(hào)、二維信號(hào)、矢量信號(hào)（多維信號(hào)）。信號(hào)的變量可以是時(shí)間變量，也可以是頻率變量、空間或其他變量。一維信號(hào)的自變量只有一個(gè)，如語音信號(hào)，以時(shí)間為變量。

信號(hào)的分類：二維信號(hào)的自變量有兩個(gè)，如黑白圖像信號(hào)，有橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)兩個(gè)變量。多維信號(hào)：自變量有多個(gè)

67（2）按周期性分：周期信號(hào)和非周期信號(hào)

周期信號(hào)：若信號(hào)滿足，k為整數(shù)；或，N為正整數(shù)，k，n+kN為任意整數(shù)，則和都是周期信號(hào)，周期分別為T和N。。8（3）確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)確定信號(hào)：信號(hào)的任意時(shí)刻的取值都能精確確定。如正弦信號(hào)、指數(shù)信號(hào)等。隨機(jī)信號(hào)：信號(hào)的取值是隨機(jī)的。如噪聲，語音信號(hào)等。本課程只討論確定信號(hào)。9（4）能量信號(hào)和功率信號(hào)信號(hào)能量公式：（連續(xù)時(shí)間信號(hào)在全部時(shí)間范圍內(nèi)的幅度的平方和）（離散時(shí)間信號(hào)在全部時(shí)間范圍內(nèi)的幅度的平方和）若E有限為能量信號(hào)。否則為功率信號(hào)10信號(hào)功率公式：

思考：

周期信號(hào)及隨機(jī)信號(hào)一定是功率信號(hào)。非周期的絕對(duì)可和信號(hào)一定是能量信號(hào)。11（5）連續(xù)時(shí)間信號(hào)、離散時(shí)間信號(hào)和數(shù)字信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)：在某個(gè)時(shí)間區(qū)間，除有限間斷點(diǎn)外所有瞬時(shí)均有確定值。

模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)的特例。時(shí)間和幅度均連續(xù)。離散時(shí)間信號(hào)：時(shí)間上不連續(xù)，幅度連續(xù)。數(shù)字信號(hào)：幅度量化，時(shí)間和幅度均不連續(xù)。

按自變量與函數(shù)值的取值形式不同分類：

時(shí)間幅度連續(xù)時(shí)間信號(hào)連續(xù)連續(xù)離散時(shí)間信號(hào)離散連續(xù)數(shù)字信號(hào)離散量化抽樣量化2、系統(tǒng)系統(tǒng)是將信號(hào)進(jìn)行處理（或變換）以達(dá)到人們要求的各種設(shè)備。系統(tǒng)可以是硬件的，也可以是軟件編程實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的分類（按所處理的信號(hào)種類不同分類）-連續(xù)時(shí)間信號(hào)系統(tǒng)（模擬信號(hào)系統(tǒng)）

-離散時(shí)間信號(hào)系統(tǒng)-

數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)143．信號(hào)處理信號(hào)處理對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換（處理），以獲得人們所希望的信號(hào)，從而達(dá)到提取有用的信息、便于應(yīng)用的目的。如果處理的設(shè)備用模擬部件，則為模擬處理。若系統(tǒng)中的部件用數(shù)字電路，信號(hào)也是數(shù)字信號(hào)則這樣的處理方法就為數(shù)字處理。信號(hào)處理的主要內(nèi)容有：

時(shí)域分析、頻域分析（譜分析）、濾波。其他如檢測(cè)、估計(jì)、壓縮、識(shí)別等。

15二、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字信號(hào)處理過程17三、數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)科概貌數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科主要包含有：（1）離散時(shí)間線性時(shí)不變系統(tǒng)分析（2）離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域和頻域分析、離散傅立葉變換（DFT）理論。（3）信號(hào)的采集，包括A/D，D/A，抽樣，多速率抽樣、量化噪聲理論等。（4）數(shù)字濾波技術(shù)。（5）譜分析與快速傅立葉變換（FFT）,快速卷積和相關(guān)算法。18（6）自適應(yīng)信號(hào)處理。（7）估計(jì)理論，包括功率譜估計(jì)及相關(guān)函數(shù)估計(jì)等。（8）信號(hào)的壓縮，包括語音信號(hào)和圖像信號(hào)的壓縮。（9）信號(hào)的建模，包括AR、MA、ARMA、CAPON、PRONY等模型。（10）其他特殊算法（同態(tài)處理、抽取與內(nèi)插、信號(hào)重建等）。（11）數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)。（12）數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用。

191、精度高。在模擬系統(tǒng)的電路中，元器件精度要達(dá)到10-3以上已經(jīng)不容易了，而數(shù)字系統(tǒng)17位字長(zhǎng)可以達(dá)到10-5的精度，這是很平常的。2、靈活性強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)處理采用了專用或通用的數(shù)字系統(tǒng)，其性能取決于運(yùn)算程序和乘法器的各系數(shù)，這些均存儲(chǔ)在數(shù)字系統(tǒng)中，只要改變運(yùn)算程序或系數(shù)，即可改變系統(tǒng)的特性參數(shù)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。四、數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)203、可靠性強(qiáng)。數(shù)字系統(tǒng)不易受環(huán)境溫度和噪聲影響。模擬系統(tǒng)各元器件有一定的溫度系數(shù)，易受溫度、噪聲、電磁感應(yīng)等的影響。4、容易大規(guī)模集成。數(shù)字部件有高度規(guī)范性，便于大規(guī)模生產(chǎn)和集成模擬器件體積、重量相對(duì)較大，不易集成。215、可以實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)很難達(dá)到的指標(biāo)或特性。有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的線性相位；在數(shù)字信號(hào)處理中可以將信號(hào)存儲(chǔ)起來，用延遲的方法實(shí)現(xiàn)非因果系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)；數(shù)據(jù)壓縮方法可以大大地減少信息傳輸中的信道容量。226、可以實(shí)現(xiàn)多維信號(hào)處理

利用龐大的存儲(chǔ)單元，可以存儲(chǔ)二維的圖像信號(hào)或多維的陣列信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二維或多維的濾波及譜分析等。23五、數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用(1)信號(hào)處理---數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、相關(guān)運(yùn)算、譜

分析、波形產(chǎn)生等；(2)通

信---調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)加密、多路復(fù)用、可視電話、擴(kuò)頻通信等；(3)圖形/圖像---二維/三維圖像處理、圖像壓縮與傳輸、

動(dòng)畫、機(jī)器人視覺等；(4)儀器

儀表---頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)等；(5)自動(dòng)控制---聲控、自動(dòng)駕駛、電機(jī)控制、磁盤控制;24(6)家用

電器---高保真音響、聲樂合成、玩具、數(shù)字電話/電視等；

(7)軍事---加密通信、雷達(dá)處理、聲納處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。……25數(shù)字信號(hào)處理不斷開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。在機(jī)械制造中，基于FFT算法的頻譜分析儀用于振動(dòng)分析和機(jī)械故障診斷；醫(yī)學(xué)中使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)心電(ECG)和腦電(EEG)等生物電信號(hào)作分析和處理；數(shù)字音頻廣播(DAB)廣泛地使用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)?？梢哉f，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已在信息處理領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注和高度的重視。

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在腦電分析中的應(yīng)用視頻26六、數(shù)字信號(hào)處理的研究?jī)?nèi)容和

發(fā)展方向經(jīng)典的數(shù)字信號(hào)處理限于線性時(shí)不變系統(tǒng)理論，數(shù)字濾波和FFT是常用方法。目前研究熱點(diǎn)：時(shí)變非線性系統(tǒng)、非平穩(wěn)信號(hào)、非高斯信號(hào)

處理方法的發(fā)展：自適應(yīng)濾波、離散小波變換、高階矩分析、盲處理、分形、混沌理論27主要的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)有：（1）數(shù)字匯聚：即信號(hào)處理、通信、計(jì)算機(jī)相融合。（2）遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)。（3）融合網(wǎng)絡(luò)：即三網(wǎng)合一（電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)）。（4）數(shù)字圖書館。（5）圖像與文本合一的信息檢索業(yè)務(wù)。（6）多媒體通信。（7）個(gè)人信息終端。

參考資料教材:《數(shù)字信號(hào)處理教程》程佩青清華大學(xué)出版社