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1、数字信号与系统 新视野数字信号处理教程 主讲：韦 岗，宁更新 助讲：王一歌 华南理工大学电子与信息学院 2011年9月,1/58,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课程安排,第一章 概述,2/58,信息世界三基元(物质、能量、信息)之一,物质 物质的属性包括大小，形状，重量等 研究物质属性的基础 几何等数学 物质间的相互转换方法 冶炼等化学,阿基米德，古希腊数学家,阿基米德测皇冠纯度的故事, 利用物体在水中排水量的办法确定 物体比重,3/58,基本属性难以确切定义,（公元前287 公元前212）,能量 包括动能、势能、热能
2、等 研究能量特性的基础 物理和化学 能量间的相互转换 热能变动能、势能变动能等,牛顿，英国物理学家,牛顿万有引力定律,世界三基元 物质、能量、信息,4/58,(1643 - 1727),信息 信号是信息的一种具体表现形式,香农，美国数学家,香农信息论,世界三基元 物质、能量、信息,信息论 度量 通信原理 搬运 信号处理 应用,信息内容的不确定性, 提出信息的数学描述：, 计算机的诞生引出三个主要研究方向,5/58,（1916 - 2001）,世界三基元 物质、能量、信息（续）,总结,物质,能量,信息,具体 抽象,体现人类对世界认识的逐步深入、科学发展趋势,爱因斯坦 质能方程,香农 信息论,相互
3、关联,认识过程,6/58,古 中世纪 今,信号的描述方法,直观 信号波形 间接 数学表达式 系统模型,7/58,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课程安排,8/58,数字信号：时间和幅度上取值均为离散的信号，又称为序列,9/58,连续（模拟）,离散（数字）,求导 求差,信号 系统,语音信号,单词Away,256Hz 音叉信号,注意声音与频率的关系,虎鲸的声音(超声),脑电图(EEG),10/58,黑白图像信号,11/58,=,+,+,彩色图像信号,12/58,数字系统举例-音频滤波,G基频,E基频,C基频,和弦CEG,13
4、/58,对于图像（二维信号），低频部分时指图像中变化缓慢的部分，高频部分对于边缘或突变部分,数字滤波器是由一系列滤波器系数定义的，只需要简单改变滤波器系数就可以完成滤波器特性的修改。,高频噪声滤除：,数字系统举例-图象滤波,14/58,数字系统举例-图象边沿检测,15/58,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课程安排,16/58,数字信号处理是什么？,信息技术革命的基石 对各种信号进行采集、存储、传输和分析处理 温度、压力、密度、语音、图像. 数字信号处理的核心 从一种信号形式变成另一种信号形式 数字信号处理与信号与系统有
5、密切的联系,17/58,模拟信号,模拟系统,信号信号,系统系统,连续 Fourier变换,Laplace变换,冲激响应,系统信号,信号系统,课程回顾：,信号与系统,侧重模拟信号、系统及其相互关系,18/58,数字信号,数字系统,信号信号,系统系统,冲激响应、信号合成,系统信号,信号系统,数字信号与系统,离散Fourier变换、 高(低、带)通滤波、 均衡、去噪、 探测成像、 一维二维,Z 变换,系统辨识 信号建模, 数字信号处理研究内容,19/58,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课程安排,20/58,数字信号,数字系统
6、,信号信号,信号处理的典型应用 -从信号到信号,数字,21/58,数字信号处理举例-音频滤波,G基频,E基频,C基频,和弦CEG,22/58,Walkman CD iPod,信号信号：语音存储,语音压缩编码 数码学习机 音频编码 mp3 ,23/58,数字图像,图像数字化： 图像 矩阵数据,像素三原色分解,数字图像的像素分解,信号信号：图像分解存储,24/58,数码照片： 每幅图几百万像素,25/58,bmp原始图,3倍 Jpeg压缩图,30倍 Jpeg压缩图,信号信号：数字图像压缩,26/58,数字影像,信号信号：多媒体存储,Mp4 Avi Divx ,27/58,远程成像雷达,香港地区的雷
7、达图像,香港岛,九龙半岛,信号信号：探测成像,时延、幅度,一维二维,28/58,雷达发射,雷达接收,数字信号,数字系统,信号系统,数字,信号处理的典型应用 -从信号到系统,29/58,机械转动雷达,相控阵雷达,信号系统：雷达，遥感识别,30/58,Ultrasonix超声研究平台,信号系统：医学超声探测识别,B超,彩超,31/58,指纹识别：机器看“手相” “911” 美国入关查指纹 电信校友企业软件,指纹识别器,信号系统：图像识别,32/58,声纹识别 声控打字机 数码录音机 ,菲律宾总统候选人阿基诺枪击案（声纹识别）,信号系统：语音识别,33/58,数字信号,数字系统,系统信号,数字,信号
8、处理的典型应用 -从系统到信号,34/58,数字乐队(MIDI),传统音乐乐队（模拟）,系统信号：数字乐团,35/58,特点 高清晰度：接近电影的画质 逼真的现场感：环绕立体声,服务 节目可选 多通道的实时节目录像,表演面临挑战：化妆困难,系统信号：数字高清晰度电视,36/58,眼见为实？,虚拟事物,信息采集,眼睛 耳朵 鼻子 ,大脑信息 处理,真实事物,内心感觉,真实事物,现实,内心,系统信号：虚拟现实,37/58,系统信号：虚拟现实系统,38/58,人类或为上帝,身临其境的汽车设计,系统信号：虚拟驾驶,39/58,登月旅游,系统信号：虚拟旅游,40/58,数字信号,数字系统,数字,通信系统
9、中的 信号系统参数 系统参数信号 信号传输： 多 少 少 多,信道传输,41/58,信号处理的典型应用 -从信号到系统再到信号,卫星移动通信: 铱星 Globalstar 北斗,铱星系统：7766颗星,Motorola 总裁 海岛 度假 卫星电话 全球移动,信息传输：空天通信,太空中的通信：太空互联网（无线电/激光）,42/58,2G 3G LTE,大范围移动通信,信息传输：移动通信,43/58,1983 2000 2008,信息传输：手机变迁,44/58,超宽带（UWB） 蓝芽 WiFi,信息传输：近距离无线通信,物联网,45/58,警察、出租车调度,出租车GPRS系统,北京警察装备含GPS
10、数字电台,一呼百应,信息传输：集群通信,46/58,导航 救援 ,电波,声波,信息传输：水声通信,47/58,数字信号,数字系统,系统系统,数字,大系统的分解 小系统的综合,48/58,信号处理的典型应用 -从系统到系统,串联 通信信道均衡 并联 音乐播放器的均衡器,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课程安排,49/58,18世纪， 以蒸汽机为先导的工业革命 肢体 19-20世纪，以电器技术为先导的电器产业革命 耳目 上世纪50年代起，以电子信息技术为先导信息技术革命 大脑,科学技术发展历程vs人的成长过程,50/58,数
11、字信号处理的历史,Fourier 1768-1830,Newton 1643-1727,1669 1807 1928,时间,Nyquist 采样定理,Fourier 分析,Newton 发现光谱,法国文革 神职人员,理论基础形成期,Nyquist 1889-1976,51/58,十月怀胎,技术发展期,1945 1958 1965 1978 1984 2001 2009,时间,第一块IC,集成单芯 第一块DSP,数字产品Ipod,电影Avatar,52/58,成长,学习,工作,教授,创作,信号、系统是什么？ 数字信号、数字系统是什么？ 如何进行数字信号处理？ 数字信号处理有什么用？ 发展历史 课
12、程安排,53/58,理论48学时，实验16学时 概述 信号及其数字化表示 数字信号的Fourier分析法 数字系统的表示方法 数字系统的Z变换分析法 基于频率响应的系统参数设计 基于信号的系统参数估计,课程内容,54/58,课程的学习方法,数字信号处理应用范围广，颇具趣味性 强调基本理论、应用 课时少，内容多，注重自学 理论联系实际，利用MATLAB进行数字信号处理实践，加深课程理解，增强学习兴趣 利用Internet来等扩大自己的知识面和跟踪本门学科的最新发展动态,55/58,课程的参考书目,数字信号与系统新视野数字信号处理教程(试用版)，韦岗、宁更新编著 数字信号处理基于计算机的方法(第三版) (中英文版)，Mitra著， 电子工业出版社 离散时间信号处理，美A.V.奥本海姆，科学出版社,56/58,课程联系老师 宁更新，E_mail: ， 电话：13560385629; 王一歌，E_mail: ， 电话：15099995181。 逸夫科学馆423房,57/58,