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1、数字信号处理 Digital Signal Processing信息学院伍小芹 1 1主要讲授内容第0章 绪论 第1章 离散时间信号与系统 第2章 Z变换 第3章 离散Fourier变换(DFT) 第4章 快速Fourier变换(FFT) 第5章 数字滤波器的基本结构 第6章 IIR数字滤波器的设计 第7章 FIR数字滤波器的设计 第8章 数字信号处理中的有限字长效应2 2主要参考书Sanjit K.Mitra . Digital Signal Processing: A computer-based approach. McGraw-Hill Companies.清华大学出版社,2000.A
2、.V.奥本海姆.离散时间信号处理.西安交大出版社 ,1999.刘树棠译.数字信号处理-使用MATLAB实现.西安 交大出版社,2002.陈后金.数字信号处理。高等教育出版社，2004.3 3课程考核标准作业10 考勤10 实验10 期终考试704 4绪论基本概念 基本组成 实现方法 数字信号处理的特点 应用领域 发展历史5 51. 基本概念 信息科学 信号 信号分类 模拟信号 数字信号 数字信号处理6 6信息科学 信息科学是研究信息的获取、传输、处理和利 用的一门科学。 信号 是信息的表现形式。（而信息则是信号所含有 的具体内容） 7 7信号的分类 依载体：电信号、磁信号、声信号、光信号、热信
3、 号、机械信号。 依变量个数：一维、二维、多维（矢量）信号。 依周期性：周期信号x(t)=x(t+kT); 非周期信号。 依是否为确定函数：确定信号；随机信号。 依能量或功率是否有限：能量信号；功率信号。 依时间和幅度是否连续：模拟信号；数字信号。8 8模拟信号 自变量的连续函数，自变量可以是1D，2D或者多维的 ，一般认为自变量是时间 数字信号 时间上和幅度上都是离散的信号，可以用数字序列表 示 语音，图像9 9数字信号处理 数字信号处理就是用数值计算方法对数字序列 进行各种处理，把信号变换成符合需要的某种 形式。 理论基础，其中最主要的是离散时间信号和离 散时间系统理论以及一些数学理论。
4、10102. 基本组成A / D 变换器通用或专 用 计算机采样 保持器D/ A 变换器模拟低通 滤波器模拟信 号数字信号模拟信 号数字信号处理系统连续时间信 号连续时间信 号1111121213133. 实现方法（软硬兼有）(1) 在通用的计算机（如PC机）上用软件（如Fortran、C 语言）实现；速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟 (2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现； 专用性强，不便于系统的独立运行 (3) 用通用的单片机（如MCS-51、96系列等）实现。 这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数 字控制等；只适用于实现简单的DSP算法 (4) 用通用的可编程D
5、SP芯片实现。 与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处 理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算 法；应用较多1414(5) 用专用的DSP芯片实现。 在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通 用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷 积、相关等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号 处理算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。 专用性强15154. 数字信号处理特点精度高：在模拟系统的电路中，元器件精度要达 到10-3以上已经不容易了，而数字系统17位字长 可以达到10-5的精度，这是很平常的。例如，基 于离散傅里叶变换的数字式频谱分析仪，其幅值 精度和频率
6、分辨率均远远高于模拟频谱分析仪。 灵活性强：数字信号处理采用了专用或通用的数字系 统，其性能取决于运算程序和乘法器的各系数，这些均存 储在数字系统中，只要改变运算程序或系数，即可改变系 统的特性参数，比改变模拟系统方便得多。1616可以实现模拟系统很难达到的指标或特性：例如： 有限长单位脉冲响应数字滤波器可以实现严格的线性相位 ；在数字信号处理中可以将信号存储起来，用延迟的方法 实现非因果系统，从而提高了系统的性能指标；数据压缩 方法可以大大地减少信息传输中的信道容量。 可以实现多维信号处理：利用庞大的存储单元，可以 存储二维的图像信号或多维的阵列信号，实现二维或多维 的滤波及谱分析等。171
7、7缺点1：增加了系统的复杂性，它需要模拟 接口以及比较复杂的数字系统； 缺点2：应用的频范围受到限制，主要是 A/D转换的采样频率的限制； 缺点3：系统的功率消耗比较大。数字信号 处理系统中集成了几十万甚至更多的晶体 管，而模拟信号处理系统中大量使用的是 电阻、电容、电感等无源器件，随着系统 的复杂性增加这一矛盾会更加突出。18185. 数字信号处理的应用领域语音处理 语音信号分析 语音合成 语音识别 语音增强 语音编码 图像处理：恢复，增强，去噪，压缩 通信：信源编码，信道编码 ，多路复用，数据压缩 电视 ：高清晰度电视，可视电话，视频会议 雷达：对目标探测，定位，成像 1919声纳 有源声
8、纳信号处理 无源声纳信号处理 地球物理学 生物医学信号处理 音乐 其它领域 20206. 数字信号处理学科的发展历史理论基础（经典数值计算or计算数学）：17th Century-18th Century 中叶发展起来； DSP独立学科的形成：20th Century 4050s，迅速发展：60年代中期；（FFT和数字滤波器设计 ） FFT对DSP迅速发展起了极大的推动作用：1965年，J.W.Cooley & J.W.Tukey提出了FFT（ Fast Fourier Transform），很快得到了推广应 用；2121数字滤波器（Digital Filter）设计方法的研究是DSP迅 速发
9、展的另一个标志，40年代60年代中期，形成了完整 的理论基础（FIR & IIR）； 有限冲击响应（FIRFinite Impulse Response）； 无限冲击响应（IIRInfinite Impulse Response） ； 三个著名的DSP实验实验 室： Bell实验实验 室、IBM的Watson实验实验 室、MIT的Lincoln实实 验验室。 2222由简单的运算走向复杂的运算，目前几十位乘几 十位的全并行乘法器可以在数十纳秒的时间内完 成一次浮点乘法运算，这无论在运算速度上和运 算精度上均为复杂的数字信号处理算法提供了先 决条件； 由低频走向高频，模数转换器的采样频率已高达
10、数百兆赫，可以将视频甚至更高频率的信号数字 化后送入计算机处理； 由一维走向多维，像高分辨率彩色电视、雷达、 石油勘探等多维信号处理的应用领域已与数字信 号处理结下了不解之缘。发展特点2323 各种数字信号处理系统均几经更新换代：在 图像处理方面，图像数据压缩是多媒体通信、影 碟机(VCD或DVD)和高清晰度电视(HDTV)的关键 技术。国际上先后制定的标准H.261、JPEG、 MPEG1和MPEG2中均使用了离散余弦变换 (DCT)算法。近年来发展起来的小波(Wavelet)变 换也是一种具有高压缩比和快速运算特点的崭新 压缩技术，应用前景十分广阔，可望成为新一代 压缩技术的标准。2424
