第一章数字信号处理ppt课件

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,*,1,信号处理理论与技术,陈芳炯,eefjchenscut.edu,1信号处理理论与技术,1,2,基础,:,信号与系统,:,线性时不变,(LTI),系统,变换域分析,(Fourier,Laplace,Z,DFT,FFT),滤波器理论,:FIR,IIR,滤波,最小相位系统等,计算机,:Matlab,2基础:,2,3,主要内容,:,1,、基础知识,2,、随机信号基础,3,、参数估计理论,4,、随机信号的线性模型,5,、功率谱估计,6,、自适应滤波,7,、阵列处理,3主要内容:,3,4,第一章 预备知识,一 信号处理慨论,信号（,signal,）,v.s.,信息（,information,）,信号是信息的形式化表示。,信号处理的最终目的是对处理信息，形式表现为对信号的处理。,实际上分为两步，第一步是如何正确，高效把信息形式化为信号（信息论）,;,第二步是信号处理。,4第一章 预备知识,4,5,信号处理,:,是,20,世纪,60,年代，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。它的重要性日益在各个领域的应用中表现出来。,其主要标志是两项重大进展，即快速傅里叶变换,(FFT),算法的提出和数字滤波器设计方法的完善。,5信号处理:,5,6,年代特点,$/MIPS,60,年代研究探索,$100-$1,000,70,年代军事运用,$10-$100,80,年代商用成功,$1-$10,90,年代进入消费类电子,$0.1-$1,今后生活用品,$0.01-$0.1,6年代特点$/MIPS,6,7,1,信号处理的研究内容,(1),几乎函盖国民经济的所有领域：航空航天，通讯，计算机，军事，消费电子,.,更细的分类如：,语音压缩，图像压缩，视频压缩，语音识别，音频压缩，语音合成，数字水印，数据加密，地震波分析，声纳，智能天线，阵列处理，卫星图像分析，会波消除，信道估计、数字相机，高清晰度电视，高速调制解调器，电话，程控交换,71 信号处理的研究内容,7,8,DSP Applications,8DSP Applications,8,9,Internet Audio Player,9Internet Audio Player,9,10,(2),内容的扩展很快,例如,IEEE,对于信号处理方面的期刊增加很快。,Institute of Electronics and Electrical Engineer,Transactions of IEEE society of signal processing,80s:2,个,medical imaging,Acoustic,speech and signal processing,90s:5,个,SP,Image Proc.,Speech and Audio Processing,Multimedia,Now:8,个，,Wireless Comm.,Intelligent transportation system,Mobile Computing,10(2)内容的扩展很快,10,11,（,3,）和其他重要课程的联系与区别（具体到通信领域）信息论,-,信号处理,-,通信原理（数字通信）,-,计算机网络,11（3）和其他重要课程的联系与区别（具体到通信领域）信息论,11,12,2.,信号处理的研究方法（数学基础）,(1),信号处理的三大理论支柱,抽样定理,有史以来,10,大定理之一,变换域理论,最重要的数学工具,线性时不变系统理论,系统无处不在,12 2.信号处理的研究方法（数学基础）,12,13,(2),研究方法,理论,:,统计信号处理,应用,:,模型,+,算法,实现,:,计算机,(,单片机,),处理,其中最重要的是数学模型和算法研究，因为理论基础的突破很困,难，一般是采用现有的理论。,13(2)研究方法理论:统计信号处理,13,14,（,3,）参考书,张贤达,数字信号处理第二版,清华大学出版社,1994,张贤达,信号处理中的线性代数,科学出版社,2019,王宏禹，随机数字信号处理，科学出版社，,1988,A.V.,奥本海姆，,R.W.,谢弗著，黄建国等译，离散时间信号处理，科学出版社，,2000,IEEE/IEE,全文库（通过图书馆主页转）,中国期刊库（通过图书馆主页转）,14 （3）参考书,14,15,二、理论基础,包括变换域理论,抽样定理,线性时不变系统理论,1,、傳里叶变换,15,15,16,连续冲激信号和离散冲激信号的等价,连续信号采样及连续,FT,到离散,FT,16连续冲激信号和离散冲激信号的等价连续信号采样及连续FT到,16,17,频域采样及连续,FT,到周期信号,FT,17频域采样及连续FT到周期信号FT,17,18,18,18,19,Laplace,变换和,z,变换,冲激函数的傅立叶变换,反映了系统的频率响应,但不能表征系统的其他特性,如,因果性和稳定性,所以引入更,具有普遍性,的拉氏变换,对离散信号,令 得到,Z,变换,:,Z,变换形式简单,保留傅立叶变换的两个主要特征,:,卷积性质和时域移位性质,19Laplace变换和z变换冲激函数的傅立叶变换反映了系统,19,20,4,、,204、,20,21,21,21,22,22,22,23,23,23,24,24,24,25,LTI,系统的频率响应和传递函数,频率响应,传递函数,25LTI系统的频率响应和传递函数频率响应传递函数,25,26,滤波器结构,z,-1,p,1,p,0,x,n,z,-1,z,-1,p,2,p,3,z,-1,-d,1,-d,0,z,-1,-d,2,y,n,z,-1,Z,-1,-k,3,k,3,Z,-1,-k,2,k,2,Z,-1,-k,1,k,1,直接型,格型,26滤波器结构z-1p1p0 xnz-1z-1p2p3z-,26,27,三、信号的分类,27三、信号的分类,27,28,一维,(1-D),信号,:,一个自变量的函数。,二维,(2-D),信号,:,两个自变量的函数。,多维,(M-D),信号,:,多个自变量的函数。,例如,：,单词,Away,256Hz,音叉信号,注意声音与频率的关系,虎鲸的声音,28一维(1-D)信号:一个自变量的函数。例如：单词Awa,28,29,图像信号：,黑白图像：二维信号,黑白视频信号：三维信号,彩色视频信号：三维三通道信号,彩色图像：三通道二维信号,29图像信号：黑白视频信号：三维信号彩色图像：三通道二维信号,29,30,1,、,301、,30,31,2,、随机信号,给定时间起点和索引，但不能确定该时刻信号的值。,（对照书上定义）,车流量,internet,流量,ALOHA,型无线时分网的丢包率计算,语音信号,312、随机信号,31,32,河涌名称,采样日期,pH,值,悬浮物,水温（）,乌涌,1.10,7.01,56,19.0,东圃涌,1.10,7.85,118,18.6,车陂涌,1.10,7.81,393,21.1,棠下涌,1.10,8.18,592,21.3,沙河涌,1.10,7.89,135,19.8,东濠涌,1.10,7.28,40,21.0,纺织涌,1.10,6.91,412,20.8,鸭墩水,1.10,7.48,74,20.1,石溪涌,1.10,8.12,82,19.9,马涌,1.10,7.86,188,21.6,西濠涌,1.10,7.30,68,20.2,荔湾涌,1.10,7.22,103,21.0,澳口涌,1.10,7.26,90,21.0,增步河,1.10,7.22,87,21.0,塞坝涌,1.10,6.75,230,21.0,花地涌,1.10,7.46,83,20.0,东朗涌,1.10,7.09,140,22.0,二尾涌,1.10,7.11,176,20.0,水口水,1.10,6.75,182,19.0,采样日期,pH,值,悬浮物,水温（）,6.8,6.92,59,28.3,6.8,7.90,124,29.6,6.8,7.96,108,29.6,6.8,7.82,121,29.9,6.8,7.70,129,28.7,6.8,7.19,70,29.9,6.8,7.18,56,30.3,6.8,7.18,47,29.8,6.8,6.97,36,29.2,6.8,6.85,35,29.2,6.8,7.08,37,30.5,6.8,7.19,9,30.0,6.8,7.87,21,30.5,6.8,6.64,13,33.2,6.8,7.06,80,30.0,6.8,7.12,10,30.0,6.8,7.25,13,32.0,6.8,7.64,5,30.0,6.8,7.16,18,31.0,32河涌名称采样日期pH值悬浮物水温（）乌涌1.107.0,32,33,33,33,34,34,34,35,抗混叠,滤波器,A/D,变换器,数字信号,处理器,D/A,变换器,抗镜像,滤波器,模拟,x,a,(t),模拟,y,a,(t),x(n),y(n),数字信号处理系统的基本组成,采样,量化,转换为模拟电平零阶保持,ADC,DAC,DSP,35抗混叠A/D数字信号D/A抗镜像模拟xa(t)模拟ya(,35,36,数字信号处理实现方法,1.,采用大、中小型计算机和微机,:,工作站和微机上各厂家的数字信号软件，如有各种图象压缩和解压软件。,2.,用单片机,:,可根据不同环境配不同单片机，其能达实时控制，但数据运算量不能太大。,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。美国德州仪器公司,Texas Instrument,（,IT,），,Analog Devices,，,Lucent,，,Motorola,，,AT&T,等公司都有生产。,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。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。,36数字信号处理实现方法,36,37,用通用的可编程的数字信号处理器实现法,是目前重要的数字信号处理实现方法，它即有硬件实现法实时的优点，又具有软件实现的灵活性优点。,37,37,38,嵌入式处理器,微处理器,Microprocessor,微控制器,MCU,数字信号处理器,DSP Digital signal Processor,单片机,38嵌入式处理器,38,39,Features Common to Most DSP,有独立的程序总线和数据总线,高度的操作并行性：在一个指令周期完成多重操作,支持流水线处理,片内有专门的硬件乘法器，累加器，运算器等运算单元,丰富的片内存储单元和灵活的寻址方式,集成功能强大的外围设备,39Features Common to Most DSP,39,40,TI,TMS320C1x,TMS320C3x,TMS320C4x,TMS320C8x,TMS320C2000,TMS320C5000,TMS320C6000,OMAP,TI,TMS320C1x,TMS320C3x,TMS320C4x,TMS320C8x,TMS320C2000,TMS320C5000,TMS320C6000,OMAP,40TITI,40,41,TI,主要产品系列,Lowest Cost,Control Systems,Motor Control,Storage,Digital Ctrl Systems,C2000,C5000,Efficiency,Best MIPS per,Watt/Dollar/Size,Wireless phones,Internet audio players,Digital still cameras,Modems,Telephony,VoIP,C6000,Multi Channe