ch17信號(hào)時(shí)域抽樣與重建資料課件

數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalProcessing)信號(hào)與系統(tǒng)系列課程組國(guó)家電工電子教學(xué)基地離散信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析離散信號(hào)的頻域分析離散系統(tǒng)的頻域分析雙邊z變換系統(tǒng)函數(shù)全通濾波器與最小相位系統(tǒng)信號(hào)的抽樣與重建簡(jiǎn)要回顧四種信號(hào)的時(shí)域與頻域?qū)?yīng)關(guān)系連續(xù)周期信號(hào)離散非周期頻譜連續(xù)非周期頻譜連續(xù)非周期信號(hào)離散非周期信號(hào)離散周期信號(hào)連續(xù)周期頻譜離散周期頻譜信號(hào)的時(shí)域抽樣基于信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析，以全新的方式揭示了信號(hào)時(shí)域抽樣定理的本質(zhì)。什么是信號(hào)的抽樣為什么要進(jìn)行抽樣如何進(jìn)行信號(hào)抽樣信號(hào)抽樣理論分析抽樣定理工程應(yīng)用1.什么是信號(hào)抽樣1.什么是信號(hào)抽樣[x,Fs,Bits]=wavread(‘myhreat’);play(x)Fs=22,050;

Bits=161.什么是信號(hào)抽樣2.為什么進(jìn)行信號(hào)抽樣y[k]x[k]輸入x(t)離散系統(tǒng)輸出y(t)A/DD/A用數(shù)字方式處理模擬信號(hào)離散信號(hào)與系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)信號(hào)穩(wěn)定性好:

數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示，受外界影響小。(2)信號(hào)可靠性高:

存儲(chǔ)無(wú)損耗，傳輸抗干擾。(3)信號(hào)處理簡(jiǎn)便:

信號(hào)壓縮，信號(hào)編碼，信號(hào)加密等(4)系統(tǒng)精度高:

可通過增加字長(zhǎng)提高系統(tǒng)的精度。(5)系統(tǒng)靈活性強(qiáng):

改變系統(tǒng)的系數(shù)使系統(tǒng)完成不同功能。3.如何進(jìn)行信號(hào)抽樣3.如何進(jìn)行信號(hào)抽樣如何選取抽樣間隔T？Nyquist，美國(guó)物理學(xué)家，1889年出生在瑞典。1976年在Texas逝世。他對(duì)信息論做出了重大貢獻(xiàn)。1907年移民到美國(guó)并于1912年進(jìn)入北達(dá)克塔大學(xué)學(xué)習(xí)。1917年在耶魯大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。1917～1934年在AT&T公司工作，后轉(zhuǎn)入Bell電話實(shí)驗(yàn)室工作。1927年，Nyquist確定了對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣，且在抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)。為不使原波形產(chǎn)生“半波損失”，采樣率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的2倍，這就是著名的Nyquist采樣定理。4.信號(hào)抽樣理論分析?連續(xù)信號(hào)x(t)的頻譜為X(jw)，離散序列x[k]頻譜為X(ejW)4.信號(hào)抽樣理論分析傳統(tǒng)模型輸入和輸出都是連續(xù)時(shí)間信號(hào)新模型輸入是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，輸出是離散時(shí)間信號(hào)4.信號(hào)抽樣理論分析4.信號(hào)抽樣理論分析4.信號(hào)抽樣理論分析若連續(xù)信號(hào)x(t)的頻譜為X(jw)，離散序列x[k]頻譜為X(ejW)，且存在則有信號(hào)時(shí)域的離散化導(dǎo)致其頻域的周期化其中：T為抽樣間隔，w

=2p

/T為抽樣角頻率sam4.信號(hào)抽樣理論分析帶限信號(hào)若帶限信號(hào)x(t)的最高角頻率為w

，則在滿足一定條m件下，信號(hào)x(t)可以用等間隔T的抽樣值唯一表示.抽樣間隔T需滿足：f

2f

（或ω

2ω

）sammsammf

=

2f

為最小抽樣頻率，稱為NyquistRate.samm4.信號(hào)抽樣理論分析離散序列x[k]頻譜與抽樣間隔T之間的關(guān)系4.信號(hào)抽樣理論分析離散序列x[k]頻譜與抽樣間隔T之間的關(guān)系4.信號(hào)抽樣理論分析離散序列x[k]頻譜與抽樣間隔T之間的關(guān)系混疊(aliasing)4.信號(hào)抽樣理論分析單邊帶信號(hào)與窄帶高頻信號(hào)的抽樣問題4.信號(hào)抽樣理論分析窄帶高頻信號(hào)的抽樣中心頻率24kHz，帶寬8kHz。解調(diào)后語(yǔ)音信號(hào)fsam=8kHz抽樣后的頻譜。抽樣后的語(yǔ)音信號(hào)（不解調(diào)）fsam=56kHz抽樣后的頻譜。解調(diào)后語(yǔ)音信號(hào)例：已知連續(xù)帶通信號(hào)x(t)的頻譜如下圖所示,試分別畫出w

=0.5w

及w

=0.8w

時(shí)，抽樣后離散序列的頻譜。sam1msam2m解：w

=0.5w

,T

=2p/w

=4p/w1

sam1

msam1mw

=0.8w

,sam2mT

=2p/w

=2.5p/w2sam2m5.抽樣定理工程應(yīng)用抽樣間隔(周期)

T(s)抽樣角頻率抽樣頻率w

=2p/T

(rad/s)samfsam=1/T

(Hz)5.抽樣定理工程應(yīng)用許多實(shí)際工程信號(hào)不滿足帶限條件抗混低通濾波器5.抽樣定理工程應(yīng)用混疊誤差與截?cái)嗾`差比較5.抽樣定理工程應(yīng)用不同抽樣頻率的語(yǔ)音信號(hào)效果比較抽樣頻率f

=44,100Hzs抽樣頻率f

=5,512Hzs抽樣頻率f

=5,512Hzs抽樣前對(duì)信號(hào)進(jìn)行了抗混疊濾波研究性課題☆時(shí)域抽樣問題的探究(1)若連續(xù)時(shí)間信號(hào)

x(t)的最高頻率未知，如何確定信號(hào)的抽樣間隔T？(2)非帶限信號(hào)抽樣不失真條件是否也必須滿足f

≥2f

？sm(3)

對(duì)連續(xù)帶限信號(hào)進(jìn)行抽樣時(shí)，只需抽樣速率

f

s

2fm。在工程應(yīng)用中，抽樣速率為何常設(shè)為

f？sm(3~5)f5.抽樣定理工程應(yīng)用利用離散系統(tǒng)處理連續(xù)時(shí)間信號(hào)x[k]y[k]y(t)x(tA/DH(z)D/A)5.抽樣定理工程應(yīng)用鐵路控制信號(hào)識(shí)別機(jī)車信號(hào)識(shí)別信號(hào)抽樣(A/D)軌道信號(hào)感應(yīng)器機(jī)車信號(hào)5.抽樣定理工程應(yīng)用鐵路控制信號(hào)識(shí)別多制式列車控制信號(hào)的頻譜5.抽樣定理工程應(yīng)用傳統(tǒng)的車載信號(hào)系統(tǒng)，由于安全性及可靠性等技術(shù)的局限，僅能作為輔助信號(hào)應(yīng)用，司機(jī)必須瞭望地面信號(hào)機(jī)來(lái)駕駛列車。國(guó)際公認(rèn)160km/h以上或高密度的列車運(yùn)行已不能靠司機(jī)瞭望地面信號(hào)方式保證安全，而必須以車載信號(hào)作為主體信號(hào)來(lái)控制列車。5.抽樣定理工程應(yīng)用?

鐵路控制信號(hào)識(shí)別鐵路控制信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜5.抽樣定理工程應(yīng)用?

鐵路控制信號(hào)識(shí)別鐵路控制信號(hào)的頻譜分析信號(hào)重建抽樣信號(hào)重建理想D/A輸

入與輸出的頻譜關(guān)系零階保持D/A零階保持D/A模型框圖零階保持D/A輸出信號(hào)的頻譜零階保持級(jí)聯(lián)補(bǔ)償濾波器離散域進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腇IR和IIR濾波器連續(xù)信號(hào)的離散處理抽樣例：對(duì)如圖所示系統(tǒng)，已知輸入模擬信號(hào)X(jw)，離散系統(tǒng)H(ejW)，試畫出X(ejW)、Y(ejW)和Y(jw)。wX(j

)jW1H(e

)1wW-w

/2w

/2-pp-

WcWcsamsam例：對(duì)如圖所示系統(tǒng)，已知輸入模擬信號(hào)X(jw