《数字信号处理讲》PPT课件

数字信号处理相关技术研讨数字信号处理相关技术研讨2目录目录 基本概念基本概念 信号采集信号采集 信号处理信号处理3基本概念基本概念数字信号处理数字信号处理(digital signal processing,DSP)：利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。信号是如何被处理的呢？信号是如何被处理的呢？4基本概念基本概念DSP为何会取代模拟电路处理呢？l 完成复杂信号处理应用中能力有限完成复杂信号处理应用中能力有限模拟信号处理缺点模拟信号处理缺点数字信号处理优点数字信号处理优点l 复杂信号处理能力突出复杂信号处理能力突出l 运算建立在加法与乘法基础上，拥有极为稳定的处理能力运算建立在加法与乘法基础上，拥有极为稳定的处理能力l 系统实现用软件来实现，结构简单，便于建立和测试，并且移植方便系统实现用软件来实现，结构简单，便于建立和测试，并且移植方便l 运算容易实时进行修改，可以通过改变代码和寄存器的设置实现不同的功能运算容易实时进行修改，可以通过改变代码和寄存器的设置实现不同的功能l 电路实现结构复杂、成本较高电路实现结构复杂、成本较高l 由于由于VLSI技术的普遍发展和应用，电路结构简单、实现成本较低技术的普遍发展和应用，电路结构简单、实现成本较低5基本概念基本概念信号6基本概念基本概念信号分类7基本概念基本概念常用基本信号8信号采集信号采集信号是如何被采集的呢？信号是如何被采集的呢？自然信号自然信号模拟电信号模拟电信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号传感器传感器A/D传感器9信号采集信号采集 信号抽样10信号采集信号采集采样定理 2sc11信号采集信号采集信号还原利用理想低通滤波器还原满足奈奎斯特取样定理的取样信号。1212,|(j)0,|sasTH(j)F()(j)(j)(j)aaaaYy tXHX12信号采集信号采集ADC采样采样保持保持量化量化编码编码13信号采集信号采集ADC指标14信号采集信号采集ADC使用中需要注意那些设置？使用中需要注意那些设置？15信号处理信号处理数字信号定义数字信号数字信号离散时间离散时间信号信号数字序数字序列列16信号处理信号处理数字信号定义17信号处理信号处理数字信号定义18信号处理信号处理基本运算和和积积移位移位标乘标乘翻转翻转累加累加差分差分时间尺度变换时间尺度变换信号的能量信号的能量卷积和卷积和19信号处理信号处理和运算20信号处理信号处理和运算12,1()0,1nnx nn 2,0()1,0nny nnn12,13()(),1221,0nnnx ny nnnn 信号信号X(n)与信号与信号Y(n)和为多少呢？和为多少呢？21信号处理信号处理和运算12,13()(),1221,0nnnx ny nnnn 22信号处理信号处理积运算23信号处理信号处理积运算12,1()0,1nnx nn 2,0()1,0nny nnn10,11()(),12(1)2,0nnx ny nnnn 信号信号X(n)与信号与信号Y(n)积为多少呢？积为多少呢？24信号处理信号处理积运算10,11()(),12(1)2,0nnx ny nnnn x(n)25信号处理信号处理移位运算26信号处理信号处理移位运算12,1()0,1nnx nn 22,11(1)0,11nnx nn 信号信号X(n+1)为多少呢？为多少呢？27信号处理信号处理移位运算x(n)22,11(1)0,11nnx nn 12,1()0,1nnx nn 28信号处理信号处理标乘运算29信号处理信号处理标乘运算12,1()0,1nnx nn 12,14()0,1nnx nn 信号信号4X(n)为多少呢？为多少呢？30信号处理信号处理翻转运算31信号处理信号处理翻转运算12,1()0,1nnx nn 12,1()0,1nnxnn信号信号X(-n)为多少呢？为多少呢？32信号处理信号处理累加运算 设序列为设序列为x(n)，则序列，则序列 定义为对定义为对x(n)的累加，表示将的累加，表示将n 以前以前的所的所有有x(n)值求和。值求和。nkkxny)()(33信号处理信号处理差分运算34信号处理信号处理多阶差分运算)()1(2)2()()1()()(2nxnxnxnxnxnxnx)2()1(2)()1()()()(2nxnxnxnxnxnxnx(按二项式定理展开)35信号处理信号处理时间尺度变换运算(/),0,1,2,()0,x n m n ml lz nn其 它 36信号处理信号处理时间尺度变换运算抽取37信号处理信号处理时间尺度变换运算插值38信号处理信号处理信号能量2|()|nEx n39信号处理信号处理卷积和运算()()()()()my nx nz nx m z nm40信号处理信号处理卷积和运算四个步骤41信号处理信号处理卷积和运算1001()()()1nnnnmnmmmmaynxmzn maa aa 1001()()()1nnnnm nmmmmaynxm znm a a aa 信号信号x(n)*z(n)是多少呢？是多少呢？42信号处理信号处理卷积和运算aaaaaanynnmmmnmn1)(144040aaaaaanynnmmmnmn 1)(144040410660()nnmkmnky naa47101066001nnnkkkkaaaaaa43信号处理信号处理数字信号常用的基本序列信号44信号处理信号处理单位脉冲序列0,00,1)(nnnmnmnmn0,1)(45信号处理信号处理单位阶跃序列 1,0()0,0nu nn1,()0,nmu nmnm(n)=u(n)-u(n-1)0()()()nkku nnkk46信号处理信号处理单位矩形序列 1,01()0,NnNR n 其 它 NmNmnnR0)()()()()NRnu nu nN47信号处理信号处理实指数序列()()nx na u n48信号处理信号处理正弦序列 得到得到x(n)=Asin(n+)=/fs (线性关系线性关系)49信号处理信号处理复指数序列 用用表示表示()e(cosjsin)ecosejsinnnnx nnnnnjarg()j()()eeex nnnx nx n 50信号处理信号处理信号周期性 为例讨论周期性为例讨论周期性 51信号处理信号处理信号周期性N、k 为整数，为整数，k 的取值满足条件，且保证的取值满足条件，且保证N 最小正整数。其周期为最小正整数。其周期为 kN22/为为整数整数时，取时，取k=1，保证为最小正整数。此，保证为最小正整数。此时为周期序列，周期为时为周期序列，周期为2/。()5sin(3)4x nn52信号处理信号处理信号周期性2/为为有理数而非整数有理数而非整数时，仍然是周期序列，周期时，仍然是周期序列，周期大于大于2/。例例 序列序列 ，2/=8/3是有理数，是有理数，所以是周期序列，取所以是周期序列，取k=3，得到周期，得到周期N=8。任何任何k 都不能使都不能使N 为正整数，这为正整数，这时正弦序列不是周期序列。时正弦序列不是周期序列。3()2cos(7)4x nn3()2cos(7)4x nn 53信号处理信号处理()()()mx nx mnmmnmnnxmnmx,0),(=)()(54信号处理信号处理55信号处理信号处理 56信号处理信号处理傅里叶变换拉普拉斯变换Z变换傅里叶变换傅里叶变换 时间域时间域 频率域频率域(复频域复频域)拉普拉斯拉普拉斯变换变换 离散时间傅里叶变换离散时间傅里叶变换 时间域时间域 频率域频率域(复频域复频域)Z变换变换 连续时间信连续时间信号与系统号与系统离散时间信离散时间信号与系统号与系统他们之间有什么关系呢？他们之间有什么关系呢？57信号处理信号处理傅里叶变换傅里叶变换58信号处理信号处理何谓滤波器呢？何谓滤波器呢？59信号处理信号处理模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器60信号处理信号处理 61信号处理信号处理数字滤波器描述数字滤波器描述 10()()()NMkkkky na y nkb x nk 01()()()1MkkkNkkkb zY zH zX za z62信号处理信号处理 63信号处理信号处理120()(1)(2)()y na y na y nb x n 64信号处理信号处理低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器65信号处理信号处理66信号处理信号处理模拟原模拟原型低通型低通滤波器滤波器模拟（高模拟（高通、带通通、带通或带阻）或带阻）滤波器滤波器数字（高数字（高通、带通通、带通或带阻）或带阻）滤波器滤波器频率频率变换变换脉冲响应不变法脉冲响应不变法双线性变换法双线性变换法模拟原模拟原型低通型低通滤波器滤波器数字数字低通低通滤波器滤波器数字（高数字（高通、带通通、带通或带阻）或带阻）滤波器滤波器脉冲响应不变法脉冲响应不变法双线性变换法双线性变换法频率频率变换变换67总结总结68