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1、数字信号处理通信工程学院 高全学邮箱:主要内容o基本概念o信号的分类o数字信号处理框图o数字信号处理的基本内容o数字信号处理的实现方法o数字信号处理的优点基本概念o信号：信息的载体，传递信息的函数自变量可以是时间、距离、温度、压力等n上课铃声声信号，表示该上课了；n十字路口的红绿灯光信号，指挥交通；n电视机天线接受的电视信息电信号；n广告牌上的文字、图象信号等等。o系统：将信号进行处理以达到人们要求的 各种设备。系统可以是硬件的，也可以是 软件编程实现的。基本概念o信号处理：对含有信息的信号进行某种运 算（变换），获取信号中携带的有用信息 ，便于利用的一门学科。n通信信号处理n雷达信号处理声音
2、 - Represent air pressure as a function of time at a point in space信号举例 （1）信号举例 （2）心电图 信号举例 （3）脑电波 Represent the electrical activity caused by the random firings of billions of neurons in the brain信号举例 （4）黑白照片 Represents light intensity as a function of two spatial coordinates信号举例 （5）视频信号 Video sign
3、als Consists of a sequence of images, called frames, and is a function of 3 variables: 2 spatial coordinates and time信号分类(1)o信号幅度的统计特性 确定性信号随机信号o维数分类 一维信号多维信号o周期性质 周期信号非周期信号o能量是否有限能量信号功率信号o自变量和函数值的形式模拟信号，时域离散信号，数字信号信号分类(2)自变量 函数值o模拟信号 连续 连续o时域离散信号 离散 连续o数字信号 离散 离散信号处理框图（1）o数字系统处理模拟信号的原理方框图信号处理框图（2）o
4、时域离散系统处理模拟信号的原理方框图数字信号处理的基本内容1.模拟信号的预处理o预滤波和前置滤波o作用：滤除输入模拟信号中的无用频率成 分和噪声，避免采样后发生的频谱混叠失 真。为了满足采样定理的要求。2.模拟信号的时域采样与恢复o模数转换技术o采样定理o量化误差分析3.时域离散信号与系统分析o信号的表示与运算o傅里叶变换、Z变换、离散傅里叶变换o系统的描述o时域离散信号与系统的时域和频域分析4.数字信号处理中的快速算法o快速傅里叶变换o快速卷积5模拟滤波器的和数字滤波器的分析、设计 与实现 6多采样率信号处理技术数字信号处理系统的实现o软件实现o专用硬件实现o软硬件软件实现o在通用的数字算机
5、上编程，实现数字信号处理算法 。o优点：灵活、开发周期短o缺点：是处理速度慢o场合：研究、教学、非实时的应用场合，o例：处理一盘混有噪声的录像(音)带，我们可以将 图像(声音)信号转换成数字信号并存入计算机，用 较长的时间一帧帧地处理这些数据。处理完毕后， 再实时地将处理结果还原成一盘清晰的录像(音)带 。专用硬件实现o专用集成电路实现实现某种专用的信号处 理功能。如调制解调器、快速傅里叶变换 芯片、数字滤波器等。o优点：处理速度快。o缺点：专用、不灵活、开发周期长。o场合：专用设备。软硬件结合实现o依靠通用单片机或数字信号处理专用单片 机（DSP）的硬件资源，编制相应的信号 处理软件，实现工
6、程所需的信号处理功能 。o优点：高速、灵活、开发周期短数字信号处理的优点（1）o灵活性好n可编程性：适于在计算机、可编程器件上实 现处理n模拟系统：调整硬件设计n数字系统：调整软件n例如：模拟滤波器，数字滤波器，自适 应滤 波器数字信号处理的优点（2）2、精确性：n 模拟系统：精确性依元器件不同而有所差 异。n 数字系统：精度由机器字长，算法等决定 。n 例如，求对数运算，数字运算精度可任意 高，而对于模拟电路，1%的精度就很难达到 。数字信号处理的优点（3）3、稳定可靠：o数字系统：n各级数字系统之间通过数据进行耦合，不存在阻抗匹 配问题 ，只要设计 正确，就可以稳定工作n不易随环境条件的变
7、化而变化只要在门限范围内，不 会随着温度的变化而变化。o模拟系统：模拟元器件（电阻、电容、运算放大器 等）的特性随着环境温度、湿度的改变而变化。数字信号处理的优点（4）4. 处理精度高o数字系统n与系统字长有关。n二进制工作状态，基本不受内部噪声的影响 ，不存在噪声积累。o模拟系统n模拟电路计算精度低；n模拟电路的内部、外部噪声影响精度,存在噪 声积累。数字信号处理的优点（5）5. 便于纠错、加密/解密:信号在传输过程中，存在传输出错的 可能，或者信息安全的问题，当数据采用 数字系统传输时，可以很容易地在数据流 中插入“冗余码”进行纠错或者加密/解密。数字信号处理的优点（6）6. 便于大规模集
8、成化，系统小型化o数字系统的基本单元和基本模块具有高度 的一致性，便于大规模集成、大规模生产 。o数字电路对电路参数的一致性要求低，便 于大规模集成，易于达到体积小、重量轻 ，且性价比高。数字信号处理的优点（7）7. 便于多功能化n数字系统易于根据各种状态自动执行相应的 操作，易于实现多种功能。n如：手机数字信号处理的优点（8）8. 便于实现复杂的处理功能n模拟系统：仅能对信号进行一些简单的处理 ，如放大、滤波、调制/解调n数字系统：复杂处理，如解卷积、时分复用 、选择性滤波等数字信号处理的优点（9）9. 数据压缩、传输和存储：例如：Internet、Compact Disc (CD)、Dig
9、ital Video Disc (DVD)模拟系统的优势o1、实时性（ Real-Time Processing）：模拟系统：除去电路延时，系统的处 理速度具有实时性。数字系统：由处理器速度决定。o2、能够处理超高频信号： 模拟系统：能够处理微波、光信号等 。 数字系统：根据Nyquist准则，处理 速度受限于最低采样频率, A/D 和处理器 速度.数字信号处理发展趋势一般来说，数字信号处理限于线性时不变系统理论， 并假设信号及背景是高斯平稳的，信号的分析基 于二阶矩，数字滤波和FFT是常用方法。 目前DSP研究热点：o时变系统 o非平稳信号 o非高斯信号 o非线性信号 处理方法的发展：o目的：数学模型更加符合实际，或者降低对信 号先验知识的要求，充分利用观测信号中的一 切有用信息，提高信息利用率。n自适应滤波 n离散小波变换 n高阶矩分析 n信号盲处理 n分形、混沌理论 教材及参考书教材： 数字信号处理（第三版），编 者 ：丁玉美、高西全，出版单位：西安电子科 技大学出版社参考书：数字信号处理教程，编者：陈 佩青，出 版单位：清华大学出版社数字信号处理，编者：王世一，出版单 位：北京理工大学出版社数字信号处理学习指导，编者：高西 全、丁玉美，出版单位：西安电子科技大学出 版社
