数字信号处理1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Clique para editar os estilos do texto mestre,Segundo nvel,Terceiro nvel,Quarto nvel,Quinto nvel,*,*,西安工业大学,序 言,一、课程发展及在课程体系中的地位,数字信号处理,课程（,学科,)的基本理论基于经典的,数值分析技术,和,采样理论,而发展完善，并已经自成体系，成为一门独立的学科。,1969年,第一本数字信号处理专著出版以来，陆续出版了许多数字信号处理著作和教材，课程也陆续在一些世界著名大学开设。目前，国内基本所有大学的,电子信息、通信和计算机应用等专业,都开设数字信号处理课程。,数字信号处理是信息领域一种重要的现代化工具，也是相关专业本科生的主要必修课和,研究生的学位课,，同时也是电子信息类大多数专业博士生的入学考试课程之一。,1,二、数字信号处理的基本概念,1、,信号处理及目的,信号处理就是采用各种方法对信号进行,采集、变换、综合、估值与识别,等加工处理，借以达到 和,的目的。,2、信号处理的方式,模拟信号处理,：通过模拟器件和模拟电路，例如晶体管、电阻、电容、电感等，完成对信号的处理；,数字信号处理,：采用,数字或符号序列表示信号,，利用计算机或专用处理设备，,采用数值计算的方法,，完成对信号的处理与分析。,提取信息,便于应用,序 言,2,3、数字信号处理的实现方法,软件实现方法,：按照原理和算法，编写程序或者采用现成的程序在通用计算机上实现。,硬件实现方法,：,按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用,加法器、延时器、乘法器、控制器、存储器,以及,输入输出接口部件,实现的一种方法。,前者灵活，但速度慢，达不到实时处理要求；后者速度快，但是不够灵活,。,采用专用的数字信号处理芯片（DSP）是目前发展最快、应用最广的一种方法。,序 言,3,图像处理,工业现场信号分析,通信,电视,雷达,声纳,-,有源声纳信号处理,-,无源声纳信号处理,地球物理学,生物医学信号处理,序 言,6,其他领域,-,遥感遥测,-,地质勘探,-,航空航天,-,电力系统,-,自动化仪器,-,核子科学,只要使用,计算机,（通用机、专用机、单片机等）和,数据,打交道，必然要应用数字信号处理技术。,7,三、课程的主要内容,序 言,经典信号处理,现代信号处理,基本概念,变换域分析方法,系统函数与系统特性分析,信号采样（采样定理、窄带信号采样、正弦信号采样）,DFT,及其应用,各种快速算法的原理及实现,(FFT,、快速卷积、,DCT),数字滤波技术,随机信号分析,线性预测和最佳滤波,随机信号的功率谱估计技术,随机信号的时频分析方法（小波分析、,HHT,分析）,语音信号处理,振动信号分析,8,四、教材及参考书目,数字信号处理,，张学智等，兵器工业出版社,离散时间信号处理，美A.V.奥本海姆，西安交通大学出版社，2001年第2版,俞卞章等编著，数字信号处理，西北工业大学出版社,王世一编著，数字信号处理，北京理工大学出版社,西安电子科技大学出版社，数字信号处理考研辅导。,胡广书，数字信号处理,理论、算法与实现，清华大学出版社。,数字信号处理使用,Matlab,，,美,维纳,.K.,恩格尔、约翰,.G.,普罗克斯编著，刘树棠译，西安交通大学出版社,序 言,9,一、信号的概念及分类,信号,，在数学上可定义为变量的函数，其带有有关某一物理系统的状态或特性的,信息,。按自变量和函数值是否,连续,，信号可如下分类：,1、,连续时间信号：,自变量是连续型的信号；,2、,离散时间信号：,自变量为离散型的信号，可表示为 数学上的序列；,3、,模 拟 信 号：,在时间（变量）和幅度（函数值）上均连续的信号；,4、,数 字 信 号：,在时间（变量）和幅度（函数值）上均离散的信号。,1、基本概念,10,二、系统的定义及分类,系统,，在数学上可视为一种,变换,，其作用是把信号变换成某种更合乎要求的形式。按照系统的输入输出是哪一类信号，系统有下面的分类：,1、,连续时间系统,：输入和输出都是连续时间信号的 系统；,2、,离散时间系统,：输入和输出都是离散时间信号的 系统；,3、,模拟系统,：输入和输出都是模拟信号的系统；,4、,数字系统,：输入和输出都是数字信号的系统。,1、基本概念,11,三、数字信号处理系统组成,1、基本概念,抗混叠,时间离散,幅度离散,去伪存真,A/D器件,处理器及算法,幅度连续,时间连续,D/A器件,12,四、时域离散信号,时域离散信号是对模拟信号 进行,等间隔采样,获得的，采样间隔为T，得到：,整数,1、基本概念,注意n为非整数时,13,1、单位取样序列,2、单位阶跃序列,1、基本概念,14,3、矩形序列,观测信号,1、基本概念,15,4、正、余弦序列,1、正、余弦序列的周期性,由正弦函数的周期，必有：,即：,（1）,是否为整分数成为序列周期性的判断准则,（2）如果周期，则周期为 为最简真分数的分母。,周期序列定义：,1、基本概念,16,2、正、余弦序列的角频率,（1）模拟角频率和数字角频率,：表示连续时间信号的角频率，称为,模拟角频率,。,：表示离散时间序列的角频率，称为,数字角频率,。,（2）数字角频率的特点,说明的数字角频率,是以,为,周期,的。,说明 关于,为奇对称，分析时取以下区间即可：,或者,1、基本概念,17,（3）数字角频率的高低,只考虑 ，把位于0附近的 值说成是低频范围，而把位于 附近的 值说成是高频区域。,（4）数字角频率和模拟角频率的关系,由于,因而,关系式在采样的前提下，具有普遍的意义。,采样周期,采样频率,1、基本概念,18,五、离散时间系统,定义：,一个离散时间系统是把一个离散时间信号 映射为另一离散时间信号 的变换或算法，记为：,可以通过加在变换 的性质上的限制来定义各种离散时间系统，本课程中，,线性时不变离散时间系统是重点。,1、基本概念,19,线性时不变系统,定义,：如果一个离散系统，既是线性系统又是时不变系统，那么该系统就称为线性时不变离散系统，简称线性时不变系统（,LTI,系统,）,1、单位取样响应,假定系统是线性时不变系统，当输入为单位取样序列 时对应的系统输出 记为 ，称为,单位取样响应,。,1、基本概念,20,2、线性时不变系统输入、输出间关系,利用线性,为权值,利用时不变性,1、基本概念,21,序列,离散卷积的计算,离散卷积（,卷积和,）是一种非常重要的计算，在数字信号处理中起着重要的作用。因此，不仅要知道该运算的意义，而且也应,熟练地掌握运算技巧,。,计算方法,解析法,直接利用卷积定义公式求解,图解法,利用做图求解,编程解,编写程序实现卷积的计算,其他方法,列表法、对位相乘法等,1、基本概念,22,1、直接利用卷积公式求解,例,一,LTI,系统的单位取样响应,输入序列 ，求输出序列,解：由卷积公式，有,特点,：,结果可写成闭和形式，适合于序列由简单式子给出的情况,等比级数求和,1、基本概念,23,第一步：根据序列得到其反转序列,第二步,：将 右移 得到,第三步：需要将 和 画在同一个图上，所有重叠的均非0的序列值进行乘法运算,第四步：将上步所有乘积值相加即为,第五步,：逐一取值，重复上面步骤，直到,2、图解法计算卷积,求解步骤,1、基本概念,24,例,利用图解法求输出序列,1、基本概念,25,x(k),x(k),x(k),x(k),x(k),h(-k-1),N=-1,无重合,h(-k),N=0,有1个重合,h(1-k),N=1,有2个重合,h(2-k),N=2,有3个重合,x(k)h(-k-1),y,(-1,)=0,x(k)h(-k),y(,0,)=2,x(k)h(1-k),y(,1,)=2+2=4,x(k)h(2-k),y(,2,)=2+2+2=6,x(k)h(3-k),y(,3,)=2+2=4,h(3-k),N=3,有2个重合,2,1,1、基本概念,26,最终计算结果：,方法特点：,1、图解的方法比较直观；,2、过程麻烦，只适合于短序列的计算；,3、最终结果难于写成闭和的形式。,0,4,0,2,0,2,2,4,6,1、基本概念,27,3、编程计算卷积,1,：确定 的有限区间为,N1,N2,M1,M2,2,：把 和 的有限区间都变为,0,开始,则 的有限区间变为：,0,3,：利用公式计算序列值。乘加运算的结束标志是,的 。,4,：把 的序号由,0,开始变为由 开始,算法步骤,求解对象：,有限长序列线性卷积的计算,N1,M1,N2,M2,N1,N2,M1,M2,1、基本概念,28,x=1 1 1;,h=2 2 2;,subplot(311);stem(h);title(x(n);,subplot(312);stem(h);title(h(n);,for n=2:length(X)+length(H),y(n)=0;,for k=1:length(x),m=n-k;,if(m=1&m=length(h),y(n)=y(n)+x(k)*h(m);,end,end,end,subplot(313);stem(y);title(y(n);,1、基本概念,29,