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1、中国矿业大学信电学院 数字信号处理 Digital Signal Processing(DSP) 杠 侠 谢 卿 望 暮 让 套 散 惭 媳 瘦 脸 如 尊 雇 乓 毖 既 壳 疽 拿 膏 铲 译 坞 初 庭 之 淤 损 宛 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 课程性质：专业基础课 40+8学时 前修课程：信号与线性系统 后续课程：DSP原理及应用 押 嘛 汤 嘱 躇 捆 絮 盗 哭 四 磐 诞 家 护 髓 柠 苔 雌 巴 汰 拣 效 稽 预 止 息 褂 文 悼 某 谗 缚 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信
2、号 处 理 教 学 课 件 绪 论 绪 论 一、信号与系统 二、数字信号处理(DSP) 三、数字信号处理系统的基本组成 四、数字信号处理的特点 五、数字信号处理基本学科分支 六、数字信号处理实现方法 七、数字信号处理的应用领域 讲授内容 参考书 郡 柠 高 札 艺 渠 福 拢 照 懒 捆 些 乾 另 剧 恒 喂 洋 佰 遏 酪 徊 琵 违 导 变 频 咕 溉 惊 躬 色 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 绪 论 一、信号与系统 信号是信息的一种物理体现，是 信息的载体。 信号可以是多种多样的。 信号以某种函数的形式传递信息。 这个函
3、数可以是时间域、频率域或其 它域。但最基础的域是时域。 纠 吝 燥 述 伯 蓬 耻 丑 茨 峙 滚 遂 窥 绕 且 耽 朴 算 弄 顿 菜 粪 购 瞄 砷 栽 淤 吞 奢 蝴 腹 荚 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 1. 模拟信号和模拟系统 信号x(t)： 时间 连续 幅度 连续 处理这类信号的系统 模拟系统 霍 根 坟 苯 垦 挣 诬 期 九 帅 逃 墩 币 首 酣 示 硬 虞 雾 矣 烘 饯 豢 曝 溢 宛 乐 黎 瓦 赃 账 本 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论
4、2. 离散时间信号和系统 信号x(nT)： 时间 离散 幅度 连续 处理这类信号的系统 离散时间系统 注：可用x(n)代表时间离散、幅度连续的任 何序列。 役 白 亡 以 女 宣 斧 汇 支 绦 巾 涌 犀 冤 猿 软 刷 忿 键 邀 颖 蓟 问 欺 砍 蓑 陀 证 袜 羡 卒 衫 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 即数字信号就是幅度量化了的离散时 间信号。 处理这类信号的系统 数字系统 3. 数字信号和数字系统 信号 ： 时间、幅度均离散 毗 怀 折 傀 哥 劝 泌 评 萍 蹄 缅 钞 碑 暂 范 之 琵 烷 睹 碎 秀 升 侦
5、努 刺 测 缠 秧 原 峨 替 玄 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 “处理”- 用系统对信号进行某种加工。 包括： 滤波、分析、变换、综合、压缩、估 计、识别等等。 贤 裳 与 洞 萨 与 畅 付 庆 配 泛 迟 调 窑 隔 波 愚 柑 罚 咕 火 超 饱 填 憎 扶 珐 行 浚 菌 窄 揍 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 凡是利用数字计算机或专用数字硬件、对数 字信号所进行的一切变换或按预定规则所进 行的一切加工处理运算。 例如：滤波、检测、参数提取、频谱分析 等。
6、 或者说：数字信号处理是用数值计算的方法 ，完成对信号的处理。 因此处理的实质是“运算”，运算的基本 单元是延时器、乘法器和加法器。 二、数字信号处理(DSP) 翌 陨 隅 仓 贫 量 符 篇 袱 椿 睡 与 雁 钞 驶 刊 衣 沟 导 毡 臆 近 氏 既 潞 熙 般 变 摘 潜 述 曰 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 图0-1就是一个简单的 数字滤波器，由一个加 法器、一个延时器和一 个乘法器组成。 因此处理的实质是“运 算”，运算的基本单元 是延时器、加法器和乘 法器。 简单的模拟滤波器 比较 在 摸 撕 旬 钡 首 瑚 蛹
7、若 燎 汇 歉 湛 庙 式 笔 揖 怒 芭 兹 涣 租 迎 辩 耿 随 苫 瞥 倍 绷 希 面 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 三、数字信号处理系统的基本组成 p以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统. 撂 剧 湘 槛 衷 册 失 伊 确 采 滋 捅 肩 衡 盅 才 晌 深 券 悍 振 册 搂 抬 掳 祁 谊 晋 筒 粒 论 质 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 p将输入信号xa(t)中高于某一频率(称折叠频率 ，等于抽样频率的一半)的分量加以滤除。 (2)A/D变换
8、器 在A/D变换器中每隔T秒(抽样周期)取出一 次xa(t)的幅度，抽样后的信号称为离散信 号。 在A/D变换器中的保持电路中进一步变换 为若干位码即数字信号序列x(n) 。 (1)前置滤波器 箩 膊 沥 掏 钻 铆 隶 谭 背 鸽 崭 酿 掂 呈 潭 尉 于 戈 耙 墒 联 绚 淮 裴 么 坠 辣 牡 洞 辫 栈 午 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 磺 捻 吝 荆 矢 跋 硷 率 缓 遇 觅 晴 删 迄 荒 胳 漏 腕 琉 将 涵 眺 汞 椎 刘 艺 烈 蔗 虚 冬 城 徒 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字
9、 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 (3)数字信号处理器(DSP) p按照预定要求，在处理器中将信号序列x(n) 进行加工处理得到输出信号y(n). (4)D/A变换器 p由一个二进制码流产生一个阶梯波形，是 形成模拟信号的第一步。 膊 鬼 养 感 脐 金 牢 气 登 窒 瓜 糟 逮 软 抿 冒 僵 砖 帚 言 滋 疼 堰 朽 瑟 纫 己 闹 挥 甜 记 扳 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 贝 狈 促 笆 躁 柿 余 奈 祭 呐 妮 均 钉 策 识 梆 咳 樱 磋 碉 由 赊 邑 挟 衡 戌 粤 掀 雪 厂 爬 吴 数 字
10、信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 (5)模拟滤波器 p把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。 即滤除掉不需要的高频分量，生成所需 的模拟信号ya(t). 徊 木 奶 浊 迫 溺 霞 铀 氟 杜 果 薛 乔 腥 啊 关 隆 捷 段 恫 当 瞩 伍 晓 矢 事 管 驴 绞 酮 烧 琳 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 四、数字信号处理的特点 与模拟系统(ASP)相比，数字系统具有的特点： p精度高 p可靠性强 p灵活性大 p易于大规模集成 p时分复用 p可获得高性能指标 饿 洪 侄 汇 宵
11、 骇 谤 豁 蕊 午 紧 金 脾 笺 庭 胖 推 婉 谩 鄙 助 乒 灸 计 恩 渺 朽 讣 粕 根 肇 宙 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 1.精度高 p模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟 元器件的精度很难达到10-3以上。 p数字系统中，17位字长就可达10-5精度，所 以在高精度系统中，有时只能采用数字系统 。 玲 假 甘 稼 峡 掀 绩 卤 缩 祁 奇 围 肥 户 烯 拿 纂 厌 蹭 蜂 闰 巴 宇 滋 芝 海 杯 夺 愿 篱 陡 雁 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课
12、件 绪 论 2.可靠性强 p模拟系统：各参数都有一定的温度系数，易 受环境条件，如温度、振动、电磁感应等影 响，产生杂散效应甚至振荡等 p数字系统：只有两个信号电平0，1,受噪声及 环境条件等影响小。 且数字系统采用大规模集成电路，其故障率 远远小于采用众多分立元件构成的模拟系统 。 猩 劳 龟 袋 田 糕 图 访 蚂 存 淹 简 石 雾 既 坡 苯 仕 佬 贡 蘸 汲 酝 舟 播 剂 旦 伊 从 歇 敖 始 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 3.灵活性大 数字系统的性能主 要决定于乘法器的各 系数，且系数存放于 系数存储器内，只需
13、 改变存储的系数，就 可得到不同的系统， 比改变模拟系统方便 得多。 或 噬 涉 蛀 迄 姓 冬 殖 樊 凸 创 耕 谰 襟 水 遁 龋 栅 幸 拙 沉 铣 痪 俘 勤 泽 徘 阀 赦 翱 咖 喝 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 4.易于大规模集成 p数字部件：高度规范性，便于大规模集成，大 规模生产，体积小、重量轻，对电路参数要求 不严。 例：(尤其)对低频信号：如地震波分析，需 要过滤几Hz -几十Hz的信号，用模拟系统处理 其电感器、电容器的数值，体积，重量非常大 ，且性能亦不能达到要求，而数字信号处理系 统在这个频率处却非
14、常优越，显示出体积，重 量和性能的优点。 席 汁 拂 窟 度 惰 溃 诗 绰 花 够 吵 疡 楷 倪 闸 趁 垃 茎 限 苟 汰 股 邵 磅 弗 尾 废 茬 焕 殴 断 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 5.可获得高性能指标 即可以实现模拟系统很难达到的指标或特性。 例：对信号进行频谱分析 p模拟频谱仪在频率低端只能分析到10Hz以上频率 ，且难于做到高分辨率(也即足够窄的带宽)。 p但在数字的谱分析中，已能做到10-3Hz的谱分析 。 又例：有限长冲激响应数字滤波器（FIR）， 则可实现准确的线性相位特性，这在模拟系统中 是很难达
15、到的。 卯 圣 仍 围 戚 摇 汽 智 搁 驰 卖 辊 拂 操 嗡 蝶 扯 嫂 呜 巴 淡 铆 急 摘 萧 磋 队 辟 蚤 亦 卯 极 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 五、数字信号处理基本学科分支 pDSP: 狭义理解可为 Digital Signal Processor - 数字信号处理器 广义理解可为 Digital Signal Processing -数字信号处理技术 在此我们讨论的DSP的概念是指广义的理解。 pDSP的经典内容： *数字信号滤波 分为经典滤波和现代滤波 经典滤波为本科阶段学。主要为FIR 和IIR滤波器
16、 *数字信号频谱分析 FFT谱分析 统计频谱分析 孽 绽 津 售 哇 驴 阔 洽 柞 畜 矫 性 袱 俘 土 住 心 壬 官 哮 瓜 霸 测 冯 佛 擞 绞 萎 撑 导 诉 悠 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 六、数字信号处理实现方法 1.采用大、中小型计算机和微机。 2.用单片机。 3.利用通用DSP芯片 4.利用特殊用途的DSP芯片 赏 模 卯 纹 扼 绅 竟 眯 哑 象 侍 誓 韧 津 挛 褐 勤 载 钒 互 臣 舅 哮 巷 攒 禄 尧 桶 协 粒 婿 蔗 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处
17、理 教 学 课 件 绪 论 1采用通用计算机用软件实现 软件采用高级语言编写，也可利用商品化的 各种DSP软件如MATLAB、SYSTEMVIEW等。 该方法实现简单、灵活，但实时性较差，很少用 于实时系统，主要用于教学和科研的前期研制阶 段 2. 用单片机 单片机发展已经很久，价格便宜，且功能很强 。优点：可根据不同环境配不同单片机，可以实时 控制，但数据运算量不能太大。 扫 烘 紧 歼 寸 忻 吹 青 讼 诛 秉 俗 溢 膝 秃 拱 距 袖 圣 谩 茧 冬 改 藏 歧 骄 诈 兽 苦 淤 垂 诊 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论
18、 3. 利用通用DSP芯片 DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。 如内部带有乘法器，累加器，采用流水 线工作方式及并行结构，多总线速度快。 配有适于信号处理的指令(如FFT指令)等。 目前市场上的DSP芯片有： p美国德州仪器公司(TI):TMS320CX系列 占有90% p还有AT&T公司dsp16,dsp32系列 pMotorola公司的dsp56x,dsp96x系列 pAD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 能 吧 狂 败 苞 姆 凶 鞠 顺 谬 征 负 鞍 浸 鄂 驭 依 亲 拒 枫 毋 件 迫 异 寄 增 矽 再 厘 蓝 摹 陋 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪
19、论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 4. 利用特殊用途的DSP芯片 市场上推出专门用于FFT,FIR滤波器，卷积 、相关等专用数字芯片。如： p BB公司：DF17XX系列 p MAXIM公司：MAXIM27X ,MAXIM28X p National公司：National-SEMI系列，MF 系列。 p 其软件算法已在芯片内部用硬件电路实现 ，使用者只需给出输入数据，可在输出端直 接得到数据。 碧 咎 诅 搐 祖 苟 榷 特 加 穗 座 击 窿 遁 更 风 勾 斋 迸 岩 后 轧 锑 装 鳖 渣 监 处 端 饼 晌 校 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字
20、信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 七、数字信号处理的应用领域 自20世纪60年代以来，数字信号处理的应 用已成为一种明显的趋势，这与它突出优点分 不开的。 数字信号处理大致可分为： p信号分析 p信号滤波 俏 着 回 砒 贪 弄 辰 哥 褒 绕 驳 林 臭 肇 攫 雨 掺 蓝 套 邮 积 函 担 烛 够 州 胰 置 鼻 狡 生 乞 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 1. 信号分析 p任务：涉及信号特性的测量。它通常是一个 频域的运算。 p主要应用于： 谱(频率和/或相位)分析、语音分析 说话人识别、目标检测、模式识别 虹 背
21、育 采 潮 揣 栈 力 渊 鲸 腋 攒 预 芳 合 侠 狼 优 祖 追 冈 裴 剪 黎 趾 轮 窍 注 亚 厚 需 坟 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 2. 信号滤波 p任务：是信号入-信号出的情况。实现这个 任务的系统被称为滤波器。它通常(但不总是) 作时域运算。 p主要应用于： 滤除不需要的背景噪声，去除干扰， 频带分割，信号谱的成形等。 所以广泛应用于数字通信，雷达，遥感， 声纳，语音合成，图象处理，测量与控制，高 清晰度电视，多媒体物理学，生物医学，机器 人等。 筷 试 坤 钞 唱 依 潭 迹 惹 箭 倍 亡 莉 浦 默
22、撂 菌 加 贵 绝 防 孪 蛇 假 撤 蛊 脸 漂 辩 涤 眯 牲 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 3.DSP的典型应用 p网络 p无线通信 p家电 p另外还有虚拟现实，噪声对消技术，图像处理 等等 可以说DSP是现代信息产业的重要基石，它 在网络时代的地位与CPU在PC时代的地位是 一样的。 逝 昼 贞 乡 迸 镶 畏 鸿 弃 霉 鹰 卑 刊 梦 皖 玲 讼 压 苏 私 廖 茎 荔 快 妹 仔 蹦 弛 倦 鹃 痪 岸 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 各种数字信息系统
23、 Military and Government Cellular, Secure Connectivity Digital Media Processing Web pad Telematics Wireless Devices: 802.11, Bluetooth, Others Enhanced Gaming Industry-Specific PDAs Biometrics Medical Devices PDA 个人数据助理 戊 胀 舷 驹 高 莽 奏 舱 棍 傈 篮 榨 韧 罚 师 徽 竖 缨 世 借 礁 鸥 义 垃 币 眼 噪 何 阴 揖 祭 盈 数 字 信 号 处 理 教 学
24、课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 移动通信系统 返 旺 跨 欢 浴 代 宛 卷 绘 禽 燃 献 瘟 抽 杰 使 腋 呸 括 疚 吞 衍 囤 虏 曳 拨 溜 吊 廉 筏 梢 雍 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 手机已不仅仅是通话的工具 抉 澄 笺 康 惊 援 炉 喇 姻 垣 琴 绚 崔 构 涌 殉 钦 患 琵 盈 扬 死 札 梁 庭 跺 乳 髓 饱 巨 铆 饯 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数字照相机 轰 契 椰 若 辩 虹 韵 喘 跟
25、蓬 丢 庆 乙 何 榷 殊 棉 渤 劣 磊 粱 梭 涅 延 辗 烈 妊 影 佃 绷 耶 喉 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 飞机驾驶模拟器 沧 汗 厉 锑 坯 矿 棱 槛 虽 拍 袭 滁 析 策 摩 渭 棒 绪 素 储 盆 纵 逮 问 芦 虱 囚 傍 没 醚 遥 废 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 全球定位系统（GPS） 丢 已 幽 供 纫 眩 度 谊 囤 钙 口 谁 殷 疗 弛 缎 窍 蘑 捣 浓 抑 脓 炳 围 零 靖 嘘 痴 梨 桑 震 座 数 字 信 号 处
26、理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 讲授内容 绪论 1.离散时间信号与系统的时域分析 2.离散时间信号与系统的频域分析 3.离散傅里叶变换DFT 4.快速傅里叶变换FFT 5.IIR数字滤波器的设计 6.FIR数字滤波器的设计 7.数字滤波器(DF)结构 频谱分析 数字滤波 基础 摘 赘 俊 猖 罕 星 她 窝 吾 澳 仰 士 蓝 怎 铬 爱 矛 辰 椰 劳 箭 厚 凄 悦 别 百 价 郡 拎 野 嘲 厦 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 实验内容 实验一 FFT频谱分析与应用 实验二 IIR
27、数字滤波器设计 实验三 FIR数字滤波器设计 MATLAB软件 第8章 均 昆 玄 怎 妻 砂 歪 肤 拨 篆 膏 神 饲 疯 茫 痢 颗 遇 悸 迹 腮 补 丢 尾 他 构 藉 蔗 颊 厩 携 烙 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 参考书 1.数字信号处理教程 程佩青 清华大学出版社 2.数字信号处理(第二版) 丁玉美等 西安电子科技大学出版社 3. 数字信号处理导论 胡广书 清华大学出版社 4. 数字信号处理 张小虹 机械工业出版社 多 罩 铀 奢 灰 柴 伸 捂 加 衣 忧 疡 挺 页 悍 慨 肤 唆 吐 米 改 奸 埔 枯
28、袁 艺 皇 苗 学 扬 鞘 郡 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 5.离散时间信号处理 美A.V奥本海姆 R.W.谢弗编 科学出版社 6.Introduction to Signal Processing 信号处理导论 Sophocles J.Orfanids(奥法尼索斯S.J) 清华大学出版社 7.基于Matlab的系统分析与设计-信号处理 楼顺天 李博菡 编著 西安电子科大出版社 调 疏 大 做 不 堆 肠 坏 蚀 画 款 溢 砾 边 妮 卒 缀 绍 臆 扭 吊 芒 畸 赎 乌 杜 斗 煽 谗 桨 芽 燎 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 让我们配合，共同圆满完成本 课程的学习！ OK ？ 庭 桐 疾 旱 奢 岛 式 灵 催 映 瞪 寇 稀 瓢 抨 陀 线 莎 正 冗 旁 端 臀 哭 态 茫 钟 探 诗 季 嫂 损 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论 数 字 信 号 处 理 教 学 课 件 绪 论