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1、武汉大学 电子信息学院 研究生课程 1 现代数字信号处理现代数字信号处理 理论及其实践理论及其实践 Advanced Digital Signal ProcessingAdvanced Digital Signal Processing Theories and PracticesTheories and Practices 第第1 1讲讲 第第1 1章章 绪论：数字信号处理方法及其应用绪论：数字信号处理方法及其应用 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 2 绪论绪论 l数字信号处理领域 解决的问题、技术环节 l数字信号处理发展 技术的发展、应用的发展 l现代数字信号处理课程 内容和安排 “ “
2、数字信号处理数字信号处理” ”是什么是什么 l什么是“数字信号处理”？ l“数字信号处理”做什么？ l什么是“数字信号处理”的核心技术？ 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 3 数字数字信号处理信号处理 用数字系统 用数学方法 来理解信号 数字世界 4 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 DigitalDigital Signal Processing Signal Processing lDigital Signal processing is an area of electrical engineering and applied mathematics that deals with
3、operations on or analysis of signals, in either discrete or continuous time to perform useful operations on those signals. 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 5 DigitalDigital Signal Processing Signal Processing lSignals of interest can include sound, images, time-varying measurement values and sensor data, for examp
4、le biological data such as electrocardiograms, control system signals, telecommunication transmission signals such as radio signals, and many others. 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 6 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 7 What is Digital Signal Processing?What is Digital Signal Processing? lDigital Signal Processing is the science
5、 of using computers to understand these types of data. lThis includes a wide variety of goals: filtering, speech recognition, image enhancement, data compression, neural networks, and much more. lDSP is one of the most powerful technologies that will shape science and engineering in the twenty-first
6、 century. lSuppose we attach an analog-to-digital converter to a computer, and then use it to acquire a chunk of real world data. 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 8 绪论绪论 l数字信号处理领域 解决的问题、技术环节 l数字信号处理发展 技术的发展、应用的发展 l现代数字信号处理课程 内容和安排 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 9 The Roots of DSPThe Roots of DSP lin the 1960s and 1970s when di
7、gital computers first became available. Computers were expensive during this era, and DSP was limited to only a few critical applications. lThe personal computer revolution of the 1980s and 1990s caused DSP to exploded with new applications 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 10 The Course of DSPThe Course of DSP lTh
8、is technological revolution occurred from the top-down. In the early 1980s, DSP was taught as a graduate level course in electrical engineering. A decade later, DSP had become a standard part of the undergraduate curriculum. Today, DSP is a basic skill needed by scientists and engineers 武汉大学 电子信息学院
9、研究生课程 11 DSP has revolutionized many areasDSP has revolutionized many areas 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 12 DSP has revolutionized many areas DSP has revolutionized many areas (2)(2) 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 13 What is DSP Used For?What is DSP Used For? And much more!And much more! 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 14 good reasons f
10、or learning DSPgood reasons for learning DSP lThink how electronics has changed the world in the last 50 years. lDSP will have the same role over the next 50 years. lLearn it or be left behind! 傅立叶傅立叶Jean Baptiste Joseph FourierJean Baptiste Joseph Fourier 17681768年年3 3月月2121日日18301830年年5 5月月1616日日
11、l法国数学家、物理学家 l傅里叶变换在物理学、数论 、组合数学、信号处理、概 率、统计、密码学、声学、 光学等领域都有着广泛的应 用 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 15 A.V.A.V.奥本海姆奥本海姆 (Alan V. Oppenheim)(Alan V. Oppenheim) l著有信号与系统和离 散时间信号处理，信号 与系统一书是美国麻省理 工学院经典教材之一 l离散时间信号处理也是 离散（数字）信号处理的开 山之作，这两本书是电子、 通信等学科的权威之作 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 16 数字信号处理技术发展数字信号处理技术发展 l信号采样 A/D,D/A转换器 l数字系
12、统实现 大规模集成电路 计算机语言 l数字信号处理 1数学模型（信号的描述） 2数学框架（处理的算法） 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 17 数学模型数学模型 信号/问题的描述 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 18 信号的描述信号的描述11函数函数 l信号在直观上描述成“波形” l信号-函数 l函数论-信号理论的基础 语音信号（汉 语“信号”）的 波形 19 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 信号的描述信号的描述22概率模型概率模型 l 信号波形 概率分布 l概率分布贝叶斯估计 方 波 三 角 波 20 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 21 描
13、述描述/ /表示表示/ /定义定义/ /模型模型 l频谱（波形） l概率模型 l动态（生成）模型 l形状，颜色 l位置 l模式 l纹理 l 问题： 信息的描述往往 不完整！ （ 一般，通信系统的 信息模型是完整的） b ac 信号处理框架 特征的描述模型特征的描述模型 纹理不同 are parameters of the model 数学模型： 概率分布和 马尔可夫随机场 22 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 问题的数学模型问题的数学模型 l分割应用 23 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 数学框架数学框架 信号处理方法 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 24 25 数字信号处理系统数
14、字信号处理系统 l希尔伯特空间（正交分解） 谱分析，数字滤波，特征值分解， l贝叶斯估计（基于统计） 统计分析，最佳滤波， l偏微分方程（基于运动） 活动轮廓， l数学形态学 （基于结构） Top-Hat变换，腐蚀膨胀， l机器学习（基于模式） 人工神经网络，演化算法，模糊逻辑， l 不同的体系： 每个系统： 自成体系！ 信号处理框架 平稳非平稳 高斯非高斯 线性非线性 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 数学模型和处理算法数学模型和处理算法 l波形描述 函数 频谱分析 l傅立叶变换方法 离散傅立叶变换 数字滤波器 （频率选择滤波器） 5011 0 21 0 26 武汉大学 电子信息学院 研究
15、生课程 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 27 Two Major Application AreasTwo Major Application Areas lSignal analyses Objective: to extract useful information Techniques: spectral estimation, signal modeling Applications: classification, detection, prediction, representation lSignal filtering Objective: to improve the q
16、uality of a signal Techniques: digital filters, optimum , adaptive , array Applications: cancellation, equalization, deconvolution, 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 28 实例实例1 1： 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 29 实例实例2 2：语音增强：语音增强 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 30 实例实例3 3：指纹识别：指纹识别 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 31 实例实例4 4 ： 语音语音 识别识别 系统系统 武汉大学 电子信息学院 研究生课程 32 绪论绪论 l
