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1、数字信号处理DigitalSignalProcessing(DSP)詹 湘 琳中国民航大学航空自动化学院1什么是DSP?DigitalSignalProcessing(DSP)一门新的学科DigitalSignalProcessor(DSP)数字信号处理器:DSPs2n信号n数字信号n信号处理n任务n优势n应用n课程介绍内容提要绪论3信号是反映（或载有）信息的各种物理量，是系统直接进行加工、变换的对象。信号的概念n自然和物理信号n例如：语音、图象、地震信号、生理信号等n人工产生的信号n例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械探伤信号等信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。4信号举例
2、正常心电图(electrocardiogram,ECG)窦性心律心率：70次/分PR间期：0.16秒QT间期：0.33秒PaVRQRS时间：0.10秒ST-T无异常偏移5信号举例6信号举例7信号举例8信号举例9信号描述方法n数学描述n使用具体的数学表达式，把信号描述为一个或若干个自变量的函数或序列的形式。因此，常可将“信号”与“函数”和“序列”等同起来10 信号描述方法n波形描述n按照函数随自变量的变化关系，把信号的波形画出来。11信号的分类n时间连续信号与时间离散信号n模拟信号与数字信号n确定信号与随机信号n周期信号与非周期信号n因果信号与非因果信号n实值信号与复值信号n能量信号与功率信号n
3、一维信号、二维信号、多维信号12信号的分类时间连续信号与时间离散信号信号的自变量是否在整个连续区间内都有定义？定义域连续？NONO时间离散信号YESYES时间连续信号模拟信号与数字信号通常被称为通常被称为“序列序列”模拟信号模拟信号的定义域和值域都有是连续的；数字信号数字信号在定义域和值域都是离散的。计算机特别适合于处理数字信号13信号的分类确定信号与随机信号要点：区分方法：给定的自变量的值，是否可以唯一确定信号的取值。任意给定一个自变量的值，如果可以唯一确定其信号的取值，则该信号是确定信号，否则，如果取值是不确定的随机值，则是随机信号。周期信号与非周期信号要点：关系式是否成立？周期信号的周期
4、（正值）：最小T值非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。14信号的分类因果信号与非因果信号如果信号在时间零点之前，取值为零，则称为因果信号。表示信号不能在过去存在(有值)！也表示信号的产生是符合逻辑的！不是因果信号，就是非因果信号。在时间零点之前信号存在。若信号仅在过去（时间零点之前）有值，则称为反因果信号。实值信号与复值信号如果信号的取值是实数，则称为实值信号。如果信号的取值是复数，则称为复值信号。复信号是为了研究方便而引入的15信号的分类能量信号与功率信号定义信
5、号的能量为：定义信号的能量为：离散时间信号离散时间信号离散时间信号离散时间信号连续时间信号连续时间信号连续时间信号连续时间信号定义信号的功率为：定义信号的功率为：离散时间信号离散时间信号离散时间信号离散时间信号连续时间信号连续时间信号连续时间信号连续时间信号如果信号的能量是有限的，则称为能量信号。如果信号的功率是有限的，则称为功率信号。16数字信号是在时间和幅度上都取离散值的信号。数字信号股票指数：股票指数：人口统计：人口统计：17温度测量：温度测量：数字信号18连续信号的离散化：连续信号的离散化：数字信号19 A / D变换器通用或专用计算机传感器放大器D/ A变换器模拟低通滤波器模 拟 信
6、号数字信号模 拟 信号用数字方法处理模拟信号的过程离散时间信号连续时间信号x(t)x(nTs)y(nTs)y(t)20信号处理及其目的信号处理对信号进行提取、变换、分析和综合等处理过程的统称。信号处理的目的去伪存真特征抽取编码解码去除信号中冗余的和次要的成分，包括不仅没有任何意义反而会带来干扰的噪音。把信号变成易于进行分析和识别的形式。把信号变成易于传输、交换与存储的形式（编码），或从编码信号中恢复出原始信号（解码）。21模拟信号处理ui(t)uo(t)1/RC1/RCRR1RFC+-+RR1RFC+-+22n组成：心电放大器CPUA/D存储显示信号处理功能：心电信号采集、显示、存储去噪 波形
7、检测（参数提取） 病类识别例：心电监护仪数字信号处理系统举例23数字信号处理的步骤模数转换ADC数字信号处理DSP数模转换DAC自变量(时间)和幅值同时离散化变换域分析、数字滤波、识别、合成数字信号还原为模拟信号保证信息不丢失的理论基础是：采样定理24信号处理的学科概貌发展n在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处理这一学科的开端。n而它的历史可以追溯到17世纪-18世纪，也即牛顿和高斯的时代。25信号处理的学科概貌理论基础n数字信号处理的基本工具：微积分，概率统计，随机过程，高等代数，数值分析，近代代数，复变函数。n数字信号处理的
8、理论基础：网络理论，信号与系统，离散线性变换(LSI)系统理论，离散付里叶变换(DFT)。26“信号处理”成为一些学科的理论基础n在学科发展上，数字信号处理又和最优控制，通信理论，故障诊断等紧紧相连，成为人工智能，模式识别，神经网络，数字通信等新兴学科的理论基础。27“信号处理”研究内容n信号的采集（信号的数字化，采样、量化）n信号的分析（信号描述与运算，各种变换，时、频域分析）n系统分析（系统描述、单位抽样响应、系统函数、频率特性）n快速算法（FFT、快速卷积、快速相关）n滤波技术（滤波器的设计与实现）n数字信号处理的实现28信号处理的实现n软件实现n硬件实现单片机通用DSP专用DSP29数
9、字信号处理的特点优点：n精度高n灵活性强n可以实现模拟系统很难达到的指标n可以实现多维信号处理缺点：n增加了系统的复杂性n应用的频率范围受到限制n系统功耗大30数字信号处理的发展特点n由简单运算走向复杂运算n由低频走向高频n有一维走向多维n各种数字信号处理系统几经更新换代年代特点 $/MIPS60年代大学探索 $100-$1,00070年代军事运用 $10-$10080年代商用成功 $1-$1090年代进入消费类电子 $0.1-$1今后生活用品 $0.01-$0.131各种数字信息系统各种数字信息系统Digital Media ProcessingWebpadTelematicsWireles
10、s Devices:802.11, Bluetooth, OthersEnhanced GamingMilitary and Government Cellular, Secure ConnectivityIndustry-Specific PDAsBiometricsMedical Devices32基础理论：离散时间信号与系统（ch1）离散傅立叶变换DFT（ch2） 快速傅立叶变换FFT（ch2） 数字滤波器 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器(ch3) 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器(ch4) *数字信号处理系统的实现（ch5）课程介绍33 数字信号处理吴镇扬 著 高等教育出版社， 2004年9月第1版 参考书1. 测试信号处理技术，周浩敏等，北京航空航天大学出版社，2004年9月第1版 2、离散时间信号处理第二版，美 A.V. 奥本海姆， 西安交通大学出版社，2001年9月3、数字信号处理教程第二版，程佩清 ，清华大学出版社，2001年8月教材34小论文+期末考试（要求小论文结合自己的课题，基于10篇文献的综述，附首页，字数不少于2000）考试时，交小论文考核35
