数字信号处理课件9章
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数字信号处理 教案PPT课件
10
2、单位阶跃序列u(n)
u(n) 10
n0 n0
11
(n)与u(n)的关系？
(n)u(n)u(n1)
n
u(n)(m) 或u(n)(nk)
m
k0
12
3． 矩形序列RN(n)
1 0nN1 RN(n)0 其它 n
13
矩形序列与单位阶跃列 序的关系：
R N (n)u(n)u(nN ) 矩形序列与单位序列的 关系：
3
数字信号处理的应用
通信 语音 图像、图形 医疗 军事 ……
4
第1章 时域离散信号和时域离散系统
掌握常见时域离散信号的表示及运算。 掌握时域离散系统的线性、时不变性、因
果性及稳定性的含义及判别方法。 掌握采样定理。
5
1.1 引 言
信号的定义： 载有信息的，随时间变化的物理量或
绪论
数字信号处理的对象是数字信号. 数字信号处理是采用数值计算的方法完成
对信号的处理.1整Fra bibliotek概述概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
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概况三
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2
数字信号处理的特点
灵活性 高精度和高稳定性 便于大规模集成 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
刻的序列值逐项对应相加和相乘。
19
20
2． 移位
移位序列x(n－n0) ，当n0>0时, 称为x(n)的
延时序列；当n0<0时，称为x(n)的超前序列。 例3 已知x(n)波形，画出x(n-2)及x(n+2)波形图。
21
2、单位阶跃序列u(n)
u(n) 10
n0 n0
11
(n)与u(n)的关系？
(n)u(n)u(n1)
n
u(n)(m) 或u(n)(nk)
m
k0
12
3． 矩形序列RN(n)
1 0nN1 RN(n)0 其它 n
13
矩形序列与单位阶跃列 序的关系：
R N (n)u(n)u(nN ) 矩形序列与单位序列的 关系：
3
数字信号处理的应用
通信 语音 图像、图形 医疗 军事 ……
4
第1章 时域离散信号和时域离散系统
掌握常见时域离散信号的表示及运算。 掌握时域离散系统的线性、时不变性、因
果性及稳定性的含义及判别方法。 掌握采样定理。
5
1.1 引 言
信号的定义： 载有信息的，随时间变化的物理量或
绪论
数字信号处理的对象是数字信号. 数字信号处理是采用数值计算的方法完成
对信号的处理.1整Fra bibliotek概述概况一
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概况二
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概况三
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2
数字信号处理的特点
灵活性 高精度和高稳定性 便于大规模集成 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
刻的序列值逐项对应相加和相乘。
19
20
2． 移位
移位序列x(n－n0) ，当n0>0时, 称为x(n)的
延时序列；当n0<0时，称为x(n)的超前序列。 例3 已知x(n)波形，画出x(n-2)及x(n+2)波形图。
21
数字信号处理基础-ppt课件信号分析与处理
3.a digital signal is said to lie in the time domain, its spectrum,which describes in frequency content,lies in the frequency domain.
4.filtering modified the spectrum of a signal by eliminating one or more frequency elements from it.
5.digital signal processing has many applications, including speech recognition,music and voice synthesis,image processing,cellular phones,modems,and audio and video compression.
2020/4/13
返回
第2章 模数转换和数模转换
2.1 简单的DSP系统(A Simple DSP System) 2.2 采样(Sampling) 2.3 量化(Quantization) 2.4 模数转换(Analog-to-Digital Conversion) 2.5 数模转换(Digital-to-Analog Conversion) 小结 (Chapter Summary)
2020/4/13
1.5 语音、音乐、图像及其他 1.5 SPEECH,MUSIC,IMAGES,AND MORE
DSP在许多领域都有惊人的应用，并且应用的数量与日俱增。
1）利用数字语音信号(speech signals)中的信息可以识别连续语 音中的大量词汇。
2）DSP在音乐和其他声音处理方面有着重要的作用。
4.filtering modified the spectrum of a signal by eliminating one or more frequency elements from it.
5.digital signal processing has many applications, including speech recognition,music and voice synthesis,image processing,cellular phones,modems,and audio and video compression.
2020/4/13
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第2章 模数转换和数模转换
2.1 简单的DSP系统(A Simple DSP System) 2.2 采样(Sampling) 2.3 量化(Quantization) 2.4 模数转换(Analog-to-Digital Conversion) 2.5 数模转换(Digital-to-Analog Conversion) 小结 (Chapter Summary)
2020/4/13
1.5 语音、音乐、图像及其他 1.5 SPEECH,MUSIC,IMAGES,AND MORE
DSP在许多领域都有惊人的应用，并且应用的数量与日俱增。
1）利用数字语音信号(speech signals)中的信息可以识别连续语 音中的大量词汇。
2）DSP在音乐和其他声音处理方面有着重要的作用。
数字信号处理课件-高西全
RN (n) (n) (n 1) (n 2) [n ( N 1)] (n k )
k 0 N 1
4． 实指数序列
x(n) a u(n)， a为实数
n
5． 正弦序列
x(n) A sin(n )
6． 复指数序列
N 16
N 5
非周期信号
N乘法，是指同一时 刻的序列值逐项对应相加和相乘。
2． 移位
移位序列x(n－n0) ，当n0>0时, 称为x(n)的 延时序列；当n0<0时，称为x(n)的超前序列。 例3 已知x(n)波形，画出x(n-2)及x(n+2)波形图。
绪论
数字信号处理的对象是数字信号. 数字信号处理是采用数值计算的方法完成 对信号的处理.
数字信号处理的特点
灵活性 高精度和高稳定性 便于大规模集成 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
第1章 时域离散信号和时域离散系统
掌握常见时域离散信号的表示及运算。 掌握时域离散系统的线性、时不变性、因 果性及稳定性的含义及判别方法。 掌握采样定理。
经典解法（实际中很少采用）
递推解法（方法简单，但只能得到数值解，
不易直接得到公式解）
变换域法（Z域求解，方法简便有效）
递推解法
例10、设因果系统用差分方程
y(n)=ay(n－1)+x(n)描述，输入x(n)=δ(n) 若初始条件y(-1)=0，求输出序列y(n)。
解：由初始条件 y(1) 0及
1.4 时域离散系统的输入输出描述 法——线性常系数差分方程
N阶线性常系数差分方程表示：
k 0 N 1
4． 实指数序列
x(n) a u(n)， a为实数
n
5． 正弦序列
x(n) A sin(n )
6． 复指数序列
N 16
N 5
非周期信号
N乘法，是指同一时 刻的序列值逐项对应相加和相乘。
2． 移位
移位序列x(n－n0) ，当n0>0时, 称为x(n)的 延时序列；当n0<0时，称为x(n)的超前序列。 例3 已知x(n)波形，画出x(n-2)及x(n+2)波形图。
绪论
数字信号处理的对象是数字信号. 数字信号处理是采用数值计算的方法完成 对信号的处理.
数字信号处理的特点
灵活性 高精度和高稳定性 便于大规模集成 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
第1章 时域离散信号和时域离散系统
掌握常见时域离散信号的表示及运算。 掌握时域离散系统的线性、时不变性、因 果性及稳定性的含义及判别方法。 掌握采样定理。
经典解法（实际中很少采用）
递推解法（方法简单，但只能得到数值解，
不易直接得到公式解）
变换域法（Z域求解，方法简便有效）
递推解法
例10、设因果系统用差分方程
y(n)=ay(n－1)+x(n)描述，输入x(n)=δ(n) 若初始条件y(-1)=0，求输出序列y(n)。
解：由初始条件 y(1) 0及
1.4 时域离散系统的输入输出描述 法——线性常系数差分方程
N阶线性常系数差分方程表示：
数字信号处理第9章 抽取与插值20151103
x1 ( n ) x ( n ) p ( n )
1 p(n ) M
M 1 k 0 kn W M
WM e
j 2 / M
x ( n)
p (n)
x1 ( n)
由于：
1 p(n ) M
M 1 k 0
W
kn M
W M e j 2 / M
周期序列展为傅里叶级数
X ( zW )
k M
所以： X ( z ) 1 1 M 又因为：
M 1 k 0
k X ( zW M)
X 1 ( z ), X ( z )
的关系
Y ( z) X1( z
1 Y ( z) M
M 1 k 0
1 M
)
1 M
最后：
X (z
j
W )
k
ze
1 j Y (e ) M
k
h(k ) x(n k )
(n)
k
h(k ) x(n k )
n
V ( e j ) H ( e j ) X ( e j )
Y ( z)
n
y ( n) z
M 1 k 0
n j 2 k M
v(Mn) z
y (n)
k
x(k )h( Mn Lk )
的又一种表示形式：
Mn Lk 0
M k n L
Mn k m L
Mn Mn y (n) x m h Mn L mL L m L
j
0 | | min( , ) L M 其它
数字信号处理ppt课件
23
三.自相关函数与 自协方差函数的性质
24
性质1 :相关函数与协方差函数的关系
Cxx m rxx m mx 2
Cxy m rxy m m*xmy
当 mx 0
Cxx m rxx m Cxy m rxy m
25
性质2：均方值、方差与相关函数和协方差函数
rxx
0
E
xn
2
Cxx 0 rxx 0 mx 2
五、功率谱密度
44
维纳——辛钦定理
1． 复频域
rxx
(m)
1
2
j
c Sxx (z)zm1dz,
Sxx
(z)
m
rxx
(m)z
m
C (Rx , Rx )
45
2. 频域
{ rxx(m)
1
2
Pxx (e j )e jm d
2
Pxx (e j ) rxx (m)e jm
m
46
3．性质
实平稳随机信号 rxx m rxx m
rxx m E x x n1 n1m
x1x2 p x1 , x2 ; m dx1dx2
18
自协方差函数
Cxx (m) E (xn1 mx )*(xn2 mx ) E (xn1 mx )*(xn1m mx )
rxx m mx 2
19
对于均值为零的随机过程 rxx m Cxx m
①偶函数
Pxx e j Pxx e j
②实函数
Pxx e j Pxx e j
③极点互为倒数出现
Sxx
z
Sxx
1 z
47
④功率谱在单位圆上的积分等于平均功率
E
x2
三.自相关函数与 自协方差函数的性质
24
性质1 :相关函数与协方差函数的关系
Cxx m rxx m mx 2
Cxy m rxy m m*xmy
当 mx 0
Cxx m rxx m Cxy m rxy m
25
性质2：均方值、方差与相关函数和协方差函数
rxx
0
E
xn
2
Cxx 0 rxx 0 mx 2
五、功率谱密度
44
维纳——辛钦定理
1． 复频域
rxx
(m)
1
2
j
c Sxx (z)zm1dz,
Sxx
(z)
m
rxx
(m)z
m
C (Rx , Rx )
45
2. 频域
{ rxx(m)
1
2
Pxx (e j )e jm d
2
Pxx (e j ) rxx (m)e jm
m
46
3．性质
实平稳随机信号 rxx m rxx m
rxx m E x x n1 n1m
x1x2 p x1 , x2 ; m dx1dx2
18
自协方差函数
Cxx (m) E (xn1 mx )*(xn2 mx ) E (xn1 mx )*(xn1m mx )
rxx m mx 2
19
对于均值为零的随机过程 rxx m Cxx m
①偶函数
Pxx e j Pxx e j
②实函数
Pxx e j Pxx e j
③极点互为倒数出现
Sxx
z
Sxx
1 z
47
④功率谱在单位圆上的积分等于平均功率
E
x2
数字信号处理程佩青第三版课件(全套课件)
j0n
M 0, 1, 2
表明复指数序列具有以2为周期的周期性，在 以后的研究中，频率域只考虑一个周期就够了。
7. 周期序列
如果对所有n存在一个最小的正整数N，使下面等
式成立： x(n) x(n N)
则称x(n)为周期序列，最小周期为N。
例：
x(n) sin( n)
4
x(n) sin[ (n 8)],
4
N 8
一般正弦序列的周期性
设 x(n) Asin( 0n )
式中，A为幅度，ω0为数字域频率，为初相。
那么 x(n N ) Asin[ 0 (n N ) ] Asin( 0n 0N )
如果 x(n) x(n N)
则 Asin( 0n ) Asin[ 0 (n N) ]
N (2 /0 )k N，k均取整数
xa(t) 0
xa(nT)
t
2T
0
t
T
这里 n 取整数。对于不同的 n 值，xa(nT) 是 一个有序的数字序列，该数字序列就是离散时间信 号。注意，这里的n取整数，非整数时无定义，另 外，在数值上它等于信号的采样值，即
x(n) xa (nT ), n
离散时间信号的表示方法：公式表示法、图形 表示法、集合符号表示法，如
线性卷积的计算
y(n) x(m)h(n m) x(n) h(n) m
计算它们的卷积的步骤如下： (1)折叠：先在哑变量坐标轴k上画出x(k)和
h(k)，将h(k)以纵坐标为对称轴折叠成 h(-k)。 (2)移位：将h(-k)移位n，得h(n-k)。当n为
正数时，右移n；当n为负数时，左移n。 (3)相乘：将h(n-k)和x(k)的对应取样值相乘。 (4)相加：把所有的乘积累加起来，即得y(n)。
北京交通大学陈后金教授信号处理课件
第8章 数字滤波器的实现
第9章 数字语音信号
主要参考书
[1] 陈后金等译:数字信号处理及MATLAB仿真, 机械工业出版社, 2015
[2] S.K. Mitra. 数字信号处理(第4版） 清华大学出版社, 2012
[3] A.V.Oppenheim. 离散时间信号处理(第3版)英文版 ,电子工业出版社, 2011 [4] 胡广书.数字信号处理.清华大学出版社(第3版), 2012. [5]P.P. Vaidyanathan, Multirate systems and filter banks, Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ,1993. [6] N.J.Fliege, Multirate digital signal processing. John Wiley &Sons, NY,1994. [7] I.Daubechies, 小波十讲（修订版） ,国防工业出版社, 2011 [8] S. Mallat 信号处理的小波导引：稀疏方法（第3版）英文影印版, 2012
第4章 IIR数字滤波器的设计
第5章 FIR数字滤波器的设计
第6章 随机信号功率谱估计
第7章 数字系统的结构 第8章 多速率信号处理基础Fra bibliotek主要教材
第1章 概述 第2章 离散时间信号 第3章 频域概念 第4章 抽样与重建 第5章 FIR滤波器设计与分析 第6章 IIR滤波器设计与分析 第7章 抽样速率转换
近代数字信号处理
(Advanced Digital Signal Processing)
信号与图像处理研究室 电子信息工程学院
主要教材
主教材: 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第9章维纳滤波PPT课件
于是维纳-霍夫方程变为：
t
R x s(t) h (t)R x x ()d, t
21.12.2023
.
23
做变量替换，t-=,t-=,得到：
R x s() 0 h ()R x x( )d ,0
或：
R x s() 0 h ()R x x( )d ,0
此时：
L M S R s s(0 ) 0h ()R x s()d
21.12.2023
.
31
H(ej)
0 1
Sss()
Sss()Snn()
Sss() 0,Snn() 0 Sss() 0,Snn() 0
Sss() 0,Snn() 0
21.12.2023
.
32
H(ej) 1
Sss(ej) Snn(ej)
0
非因果维纳滤波器的幅频特性
21.12.2023
.
33
例9.4 设信号的自相关函数是： R ss(m ) 0 .8 m m 0 , 1 , 2 , 噪声是白色的
E [d(t)d ˆ(t)]2m in
• 又限定估计 dˆ ( t ) 是由观察x(t)经线性滤波
器h(t)得出的：
d ˆ(t)x(t)*h(t)tf x()h(t)d t0
21.12.2023
.
11
最优线性均方估计的选取原则是使估计
误差 e(t)d(t)dˆ(t) 与所有的观察值
x(), ∊[t0，tf]正交，也就是说，如果 对每一个 ∊[t0，tf]都有：
21.12.2023
.
17
由于Rss‘(t)是奇函数，所以Rss‘(0)=0 把上式化简得到：
R ss (a ) a R ss (0 ) 0 R s's ( a ) b R s's'( 0 ) 0 故得到：
t
R x s(t) h (t)R x x ()d, t
21.12.2023
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做变量替换，t-=,t-=,得到：
R x s() 0 h ()R x x( )d ,0
或：
R x s() 0 h ()R x x( )d ,0
此时：
L M S R s s(0 ) 0h ()R x s()d
21.12.2023
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H(ej)
0 1
Sss()
Sss()Snn()
Sss() 0,Snn() 0 Sss() 0,Snn() 0
Sss() 0,Snn() 0
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H(ej) 1
Sss(ej) Snn(ej)
0
非因果维纳滤波器的幅频特性
21.12.2023
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例9.4 设信号的自相关函数是： R ss(m ) 0 .8 m m 0 , 1 , 2 , 噪声是白色的
E [d(t)d ˆ(t)]2m in
• 又限定估计 dˆ ( t ) 是由观察x(t)经线性滤波
器h(t)得出的：
d ˆ(t)x(t)*h(t)tf x()h(t)d t0
21.12.2023
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11
最优线性均方估计的选取原则是使估计
误差 e(t)d(t)dˆ(t) 与所有的观察值
x(), ∊[t0，tf]正交，也就是说，如果 对每一个 ∊[t0，tf]都有：
21.12.2023
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由于Rss‘(t)是奇函数，所以Rss‘(0)=0 把上式化简得到：
R ss (a ) a R ss (0 ) 0 R s's ( a ) b R s's'( 0 ) 0 故得到：
数字信号处理课件--数字信号处理9
6.4.1 时域数字仿真
使数字滤波器的冲击响应 h(n)是模拟滤波器的冲击响应 h(t)的采样。
设模拟滤波器的冲击响应为 ha (t) ，将数字滤波器的冲击响应序列取为：
h(n) T ha (t) tnT 。 假使采样间隔 T 满足采样定理，则 x(n) x(t) |tnT
与 x(t) 信息是等同的。 y(t) x(t) ha (t) 经过采样处理得：
设计指标 s 52red / s ， As 20dB 得：
g (100.1As 1) / 2 8.589 ， s s c 1.3
带入计算式： K log10[g (g 2 1) ] 4.634 ，取 K 5 log10[s (s 1) ]
查表得：
H (s) b0
Qk
(
S c
H( j)
Ac
2.560106 s4 5.458108 s5
K=6 ε=0.3493
K=4 ε=0.3493
K=5 ε=0.3493
As
14.03.2021
c40re/ds s 52red/s
课件
12
6.3.4 两类滤波器特性比较： 1、对理想特性的逼近： 同样阶次k，C型滤波器优于B型滤波器。特别在通带截止频率附近。
B型 k=6
B型 k=3
c
14.03.2021
课件
14
3、低频通带特性：
B型滤波器在低频具有最佳平直特性。如果用C型滤波器来实现低频的平 直特性要求，则会大大破坏阻带特性。在要求低频平直特性的应用中，B型 滤波器优于C型滤波器。
H( j)
C型 k =6,ε=0.1
C型k =3,ε=0.1
B型 k=6
k
bi si
精品课件-数字信号处理(第三版) 刘顺兰-第9章
第9章 MATLAB程序设计语言在信号处理中的应用
例9-1 在工作空间产生一个3×3矩阵A可用MATLAB语言 描述如下：
A=［1 2 3; 4 5 6; 7 8 9］
或
A=［1 2 3
456
7 8 9］
A= 123
456 789
第9章 MATLAB程序设计语言在信号处理中的应用
2） 对于特殊的矩阵可直接调用MATLAB的函数生成。 用函数zeros生成全0矩阵：格式 B=zeros(m,n)生成m×n 的全0阵。 用函数ones生成全1矩阵：格式 B=ones(m,n)生成m×n的 全1阵。 用函数eye生成单位阵：格式 B=eye(m,n)生成m×n矩阵， 其中对角线元素全为1，其他元素为0。
第9章 MATLAB程序设计语言在信号处理中的应用
9.2.2 1． 变量命名规则 MATLAB中对变量的命名应遵循以下规则：
（1） 变量名可以由字母、 数字和下划线混合组成， 但 必须以字母开头。
（2） 字符长度不能大于31。 （3） 变量命名区分大小写。
第9章 MATLAB程序设计语言在信号处理中的应用
运行结果：
a=
1.0000 0.2000
0.5000
0.3333
0.5000 0.1667
0.3333
0.2500
0.3333 0.1429
0.2500
0.2000
0.2500 0.1250
0.2000
0.1667
0.2000 0.1111
0.1667
0.1429
0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 0.1250
第9章 MATLAB程序设计语言在信号处理中的应用
数字信号处理(第四版)(高西全)章 (9)
第9章 数字信号处理的实现
如果信号x(n)值量化后用Q［x(n)］表示，量化误差用 e(n)表示，
e(n)=Q［x(n)］－x(n) 一般x(n)是随机信号，那么e(n)也是随机的，经常将e(n)称 为量化噪声。为便于分析，一般假设e(n)是与x(n)不相关的 平稳随机序列，且是具有均匀分布特性的白噪声。设采用定 点补码制，截尾法和舍入法的量化噪声概率密度曲线分别如 图9.1.1(a)和(b)所示。这样截尾法量化误差的统计平均值 为－q/2，方差为q2/12；舍入法的统计平均值为0，方差也为 q2/12，这里q=2－b。很明显，字长b+1愈长，量化噪声方差愈
A/D变换器采用定点舍入法，e(n)的统计平均值me=0，方 差
2 e
1 q2 12
1 22b 12
将
2 e
代入（9.1.3a）式，得到：
S N
6.02b
10.79
10
lg
2 x
（9.1.3b）
此式表明，A/D变换器的位数b愈多，信噪比愈高；每增加一位，
输出信噪比增加约6 dB。当然，输出信噪比也和输入信号功率
第9章 数字信号处理的实现
这样，随着计算字长的大大增加，量化误差大大减少了， 因此，对于处理精度要求不高、计算字长较长的一般数字信 号处理技术的实现，可以不考虑这些量化效应。但是对于要 求成本低，用硬件实现时，或者要求高精度的硬件实现时，
如果信号值用b+1位二进制数表示（量化），其中一位表 示符号，b位表示小数部分，能表示的最小单位称为量化阶 （或量化步长），用q表示，q=2－b。对于超过b位的部分进行 尾数处理。尾数处理有两种方法：一种是舍入法，即将尾数 第b+1位按逢1进位，逢0不进位，b+1位以后的数略去的原则 处理；另一种是截尾法，即将尾数第b+1位以及以后的数码略
数字信号处理ppt课件
l 1,2,, p
将方程组写成矩阵方式 〔Yule-Walker方程〕
rxx(0) rxx(1)
rxx(1) rxx(0)
rxx(p) rxx(p1)
a1p1E[|e(n0)|2]mi
n
rxx(p) rxx(p1) rxx(0) app
0
后向预测：
p
y (n ) s ˆ(n p ) x ˆ(n p ) a p kx [n (p k)] k 1
bkzk
k0 p akzk
(1kz1)
k1 p
(1kz1)
满足
k0
k1
P x(xz)w 2H (z)H (z 1)
2 w
0
式中，ak, bk都是实数，a0=b0=1, 且|αk|＜1, |βk|＜1。
Z变换
rxx(m)
Z反变换
谱分解
Pxx(z)
H(z)
P xx(z)w 2H (z)H (z1)
w(n)
H(z)
x(n)
ARMA模型 MA模型
q
H ( z)
B(z) A(z)
1 1
i1 p
bi zi ai zi
i1
H(z)B(z)
Pxx() w2
B(ej) 2 A(e j )
Pxx()w 2 B(ej)2
AR模型
H (z) 1 A(z)
2
Pxx() w2
1 A(ej)
➢滤波器阶数： ➢ 对于IIR滤波器或者AR模型、ARMA模型，阶数是指p的大 小，假设用差分方程表示，那么p就是差分方程的阶数。 ➢对于FIR滤波器或者MA模型的阶数，那么是指q的大小，或 者说是它的长度减1。
k 1
k 0
数字信号处理第9章答案
(
)
（4）令x(n)=a|n|
则X(z)的收敛域为
0<|a|<1, －∞≤n≤∞
X(z)=ZT［x(n)］ a<|z|<a－1 （ ）
第 9 章
自
测
题
（5） 令x(n)=a|n| 则
0<|a|<1, －∞≤n≤∞ X(ejω)=FT{x(n)］ ( )
π
π
X (e j )d 2πx(n)
第 9 章
自
测
题
2. 假设f(n)=x(n)+jy(n)， x(n)和y(n)均为有限长实序列， 已知f(n)的DFT如下式:
F (k )
π j k 1 e 2
j(2 e jπk )
k 0,1,2,3
(1) 由F(k)分别求出x(n)和y(n)的离散傅里叶变换X(k)和 Y(k)。
试写出y(n)与x(n)之间的关系式， 并画出y(n)的波形图。 （该题14分）
第 9 章
自
测
题
5. 已知x(n)是实序列， 其8点DFT的前5点值为： {0.25， 0.125－j0.3， 0， 0.125－j0.06， 0.5}， （1） 写出x(n)8点DFT的后3点值； （2） 如果x1(n)=x((n+2))8R8(n)， 求出x1(n)的8点DFT值。 （该题14分， 每小题7分）
k=0, 1, 2, 3, …, 7
（
）
第 9 章
自
测
题
（2） 用窗函数法设计FIR数字滤波器时， 加大窗函数 的
长度可以同时加大阻带衰减和减少过渡带的宽度。
（3）如果系统函数用下式表示:
H ( z) 1 (1 0.5 z 1 )(1 0.5z )
全套电子课件：数字信号处理(第三版)
5、本书的主要内容
经典的数字信号处理限于线性时不变系统理 论, 数字滤波和FFT是常用方法。
随机信号处理：基于平稳高斯随机信号 目前DSP研究热点： 时变非线性系统、非平
稳信号、 非高斯信号 处理方法的发展：自适应滤波、 离散小波 变换、 高阶矩分析、盲处理、分形、混沌
理论
课程介绍
基础理论：离散时间信号与系统（ch1）(复习和强化)
（4）可以实现多维信号处理
利用庞大的存储单元，可以存储二维的图像信号或多维的阵列信号，实现二维或 多维的滤波及谱分析等。 4G移动通信：MIMO和OFDM
缺点
（1）增加了系统的复杂性。它需要模拟接口以及比较复杂的数字系统。 （2）应用的频率范围受到限制。主要是A/D转换的采样频率的限制。 （3）系统的功率消耗比较大。数字信号处理系统中集成了几十万甚至更多的晶体管 ，而模拟信号处理系统中大量使用的是电阻、电容、电感等无源器件，随着系统的复 杂性增加这一矛盾会更加突出。
其常中用zZ为[x(复n)变]表量示，对以序其列实x(部n)为的横Z坐变标换，，虚即部为纵坐标构成的平面为z平面。
Z[ x(n)] x(n) z n n
这种变换也称为双边 Z 变换，与此相应还有单边 Z 变换，单边 Z变换只是 对单边序列（n>=0部分）进行变换的Z变换，其定义为
X ( z) x(n) z n n0
上个世纪80年代用Apple II计算机用雷米兹交替算法设计一256阶的FIR滤波 器需要20多小时。
上个世纪90年代已经可以实时地在PC机上实现音视频的编解码。
4、DSP的发展与运用（续）
DSP发展的主要表现： (1) 由 简 单 的 运 算 走 向 复 杂 的 运 算 ， 目 前 几十位乘几十位的全并行乘法器可以在数 个纳秒的时间内完成一次浮点乘法运算， 这无论在运算速度上和运算精度上均为复 杂的数字信号处理算法提供了先决条件；
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5
9.1 DSP系统的基本组成
数字信号处理系统一般由以下几部分构成：前置滤波、 A/D转换、数字信号处理器（DSP）、D/A转换、后置滤 波。 典型DSP系统构成框图
输入 前置 滤波 A/D 转换 DSP 芯片 D/A 转换 后置 输出 滤波
图中的输入信号可以有各种各样的形式。
6
ＤＳＰ系统实例
16
地址—数据流单元（A单元） 包括数据地址产生电路 （DAGEN）,附加的16位算术逻辑单元ALU和一组寄存器。该单 元产生读/写数据空间地址，并发送到BAB、CAB和D AB总线上。 数据运算单元（D单元） 包括40位桶形移位器、2个乘加单元 （MAC）和1个40位的算术逻辑单元ALU和若干寄存器。D单元 是CPU中主要的数据执行部件，完成大部分数据的算术运算工作。
类型 通用DSP芯片 特点 具有适合于数信号处理的软硬件资源, 可用于复杂的数字信号处理算法 备注 应用广泛，性价比高。 方便用于嵌入式设备 用于专用的DSP算法， 使用上受到限制 可用于算法模拟，速度较慢, 可加上专用的加速处理器 只能用于简单的算法
专用DSP芯片
针对专门的信号处理算法设计，在芯片内部 用硬件实现这些算法，如卷积、数字滤波等 用于软件实现
18
9.3 DSP系统设计基础
技术参考资料与相关源码的获取
在设计开发一个DSP系统时，系统中的DSP芯片确 定以后，很重要的就是获得该DSP芯片的相关技术参考 资料及得到其相关源码。一般提供相应芯片的厂商都 会有专门的网站进行技术支持，如美国的TI公司、 Motorola公司等。在TI公司网站的搜索中用关键字搜 索资料，主要的技术文档包括Application Notes、 user guides，这些资料一般均有PDF文档说明和相应 的源程序包提供，下载（download）后做少许改动即 可应用。
14
TMS320C55xDSP芯片的体系结构
数据“读”数据总线BB、CB、DB（每根16位）
数据“读”地址总线BAB、CAB、DAB（每根23位）
程序“读”数据总线PB（32位）
程序”读”地址总线PAB（24位）
C 外部数据总线 内存 接口 单元 指令 缓冲 单元
P 程序流 单元
A 地址—数据 单元
10
根据DSP芯片工作的数据格式将芯片分为：定点DSP芯 片和浮点DSP芯片。 定点运算的DSP芯片以其成本较低，对存储器的要求比 较低且耗电省等优点使其成为数字信号处理市场上的 主流产品，预计今后的比重将逐渐增大。据统计，目 前销售的DSP的80%以上属于16位定点可编程DSP。只有 在高保真音频以及需要实时运算、更高精确度与较大 动态范围的其他数据采集应用时，才能体现出浮点DSP 更高的算术灵活性与精确度
采用超级哈佛体系结构，并具有SIMD（单指令多数据）功能和SISD（单指令但数 据）功能；2个计算功能块
Analog Device ADSP-215xx BLACKFIN 双MAC单元、300MHz时钟频率和用于平衡系统性能和功耗的动态电源管理功 能；支持8/16/32位整数型数据和16/32为分数型数据
TMS320DM310 该处理器功耗小于500mW；该处理器提供实时MPEG-4视频/编码
TMS320DSCX
始终速度为100MHz；功耗小于1W
ADSP-21x
处理器都内含容量高达2.4MB的片上SRAM，集成有一个可编程DMA控制器，课处 理24位指令和16位数据
ADSP-21xxx SHARC
TMS320C5000
C5000 DSP平台提供多于30个代码兼容装置；C5501和C5502为300MHz双乘一加 单元DSP，功能小于200mW，成本低于10美元
TMS320C6000 TMS320DM642 TMS320DR1200
性能能从1200MIPS什级到4800MIPS；TMS320DM642的功耗不到1.5W
19
必看资料
讲述DSP的CPU、Memory、Programme Memory Addressing、Data Memory Addressing的文档资料； 设计过程中要用到的外设的资料； C语言和汇编语言的编程指南； 汇编指令和C语言的运行支持库、DSP LIB等资料。 其他的如：Application Guide、Optimizing CC+ + Complier User’s Guide、Assembly Language Tools User’s Guide等资料可在DSP设计入门后再去详细阅读， 体会会更深一些。同时我们也可以登陆一些相应的DSP 技术论坛、技术网站来获取相关资料。
9
DSP芯片从出现到现在的30多年时间里，已有几十家生产厂商推 出了上百型号的产品。除了TI公司得TMS320系列DSP芯片外，其 他有代表性并获得广泛应用的DSP系列芯片主要有Motorola公司 的MC56/96系列、ADI系列的ADSP21系列等。 目前，美国德州仪器公司TI公司有3大系列产品，即 1)面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列，主要包括 TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240xA、TMS320F28xx 等； 2)面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列， 主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等； 3)面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列，主 要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。
12
专用的硬件乘法器
具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。DSP 处理器使用专用的硬件来实现单周期乘法，而通用微处理器中算 法指令需要多个指令周期，如MCS-51的乘法指令需4个周期。DSP 处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。
特殊的DSP指令
这些特殊的指令，专用数字信号处理中的一些常用算法优化， 可为一些典型的数字信号处理提供加速，使一些高速系统的实时 数据处理成为可能，从而进一步提高了DSP芯片的执行效率和处 理能力。如并行指令，能够实现寄存器并行装入，并行算术/逻 辑运算和存储运算，使并行操作能力大大提高。
案例一:DSP在音频转换，接口技术和USB音频方面的应用
4
案例二 DSP在视频和视觉引导方面的应用
数字信号处理技术涉及众多的学科，如概率统计、数值分析、 控制论等等。数字信号处理以这些学科作为自己的理论基础， 同时数字信号处理理论和应用的发展又促进了一系列新兴学 科的发展，如通信技术、模式识别等等。总的来说，数字信 号处理作为一门学科是在与其他许多相关学科相互促进下不 断发展的。
ADSP-2199x
应用于嵌入式信号处理和控制设备
ADSP-TS101 TIGERSHARC
通用处理器
通用单片机
用于简单的数字信号处理， 如电动机控制
8
DSP在功能上有以下几方面的改进：
扩充运算能力：增加字长，乘法保留双字长，有双精 度运算； 自动产生数据地址：专用的地址生成单元可以产生循 环地址和非顺序地址； 指令定序不对其他主要运算造成额外开销； 简单的比例定标运算得到宽的动态范围。
20
公司名称
DSP型号的选择
主要 的DSP 厂商的 产品 概况
Texas Instruments
产品型号
技术特征
OMAP5910
集成有针对多媒体应用的DSP和RISC芯核；提供具 有灵活用户接口的单元系统功能
TMS320C2000
组成有供嵌入式控制业用的性能和外设；代码兼用DSP旨在嵌入 式控制设备用
第9章DSP原理与应用开发基础
引言 DSP系统的基本组成 DSP系统设计基础 DSP集成开发环境
本章小结
2011/1
北京大学出版社 版权所有 违者必究
1
【本章教学目的与要求】
掌握DSP系统的基本组成和DSP芯片的体系结构； 学会获取DSP芯片的相关技术资料和相关源码；
了解DSP芯片的产品概况以及DSP系统开发的流程；
13
专用的寻址方式
DSP处理器往往都支持专门的寻址方式，这些寻址方式对通 常的信号处理操作很有用，也很方便。例如，位倒序寻址使FFT 实现起来就很方便。而在通用处理器中这些专门的寻址模式是不 常使用的，即使用一般也要用软件来实现。
定点计算和定点DSP指令集
定点机器比起相应的浮点机器来要便宜而且运算更快。所以 大多数DSP使用定点计算，而不是使用浮点。为了不使用浮点机 器而又保证数字的准确，DSP处理器在指令集和硬件方面都支持 饱和计算、舍入和移位。
指令缓冲单元（I单元） 包括位指令缓冲队列和指令译码器。此 单元接收程序代码并放入指令缓冲队列，由指令译码器解释指令， 然后再把指令流传给其他的P单元、A单元和D单元来执行这些指 令。 程序流单元（P单元） 包括程序地址发生器、程序控制逻辑。该 单元产生所有程序空间地址，并发送到PAB总程序总线 数据“写”数据总线EB、FB（每根16位）
数据“写”地址总线EAB、FAB（每根23位）
15
C55x由3个主要部分组成：CPU、存储空间、片内外设。 C55x系列具有统一的CPU内核，有4个功能单元构成： 指令缓冲单元（I单元）、程序流单元（P单元）、地 址—数据流单元（A单元）和数据运算单元（D单元）。 功能单元的具体构成和基本功能如下：
软 件 无 线 电 数 字 声 音 广 播 接 收 机
高 IF 频 头
A/D
数 字 变 频 器
I 133MHz TMS320C6201 DSP L D/A R
Q
外部内存器
7
9.1 DSP系统的基本组成
数字信号处理系统一般由以下几部分构成：前置滤波、 A/D转换、数字信号处理器（DSP）、D/A转换、后置滤 波。 典型DSP系统构成框图
输入 前置 滤波 A/D 转换 DSP 芯片 D/A 转换 后置 输出 滤波
图中的输入信号可以有各种各样的形式。
6
ＤＳＰ系统实例
16
地址—数据流单元（A单元） 包括数据地址产生电路 （DAGEN）,附加的16位算术逻辑单元ALU和一组寄存器。该单 元产生读/写数据空间地址，并发送到BAB、CAB和D AB总线上。 数据运算单元（D单元） 包括40位桶形移位器、2个乘加单元 （MAC）和1个40位的算术逻辑单元ALU和若干寄存器。D单元 是CPU中主要的数据执行部件，完成大部分数据的算术运算工作。
类型 通用DSP芯片 特点 具有适合于数信号处理的软硬件资源, 可用于复杂的数字信号处理算法 备注 应用广泛，性价比高。 方便用于嵌入式设备 用于专用的DSP算法， 使用上受到限制 可用于算法模拟，速度较慢, 可加上专用的加速处理器 只能用于简单的算法
专用DSP芯片
针对专门的信号处理算法设计，在芯片内部 用硬件实现这些算法，如卷积、数字滤波等 用于软件实现
18
9.3 DSP系统设计基础
技术参考资料与相关源码的获取
在设计开发一个DSP系统时，系统中的DSP芯片确 定以后，很重要的就是获得该DSP芯片的相关技术参考 资料及得到其相关源码。一般提供相应芯片的厂商都 会有专门的网站进行技术支持，如美国的TI公司、 Motorola公司等。在TI公司网站的搜索中用关键字搜 索资料，主要的技术文档包括Application Notes、 user guides，这些资料一般均有PDF文档说明和相应 的源程序包提供，下载（download）后做少许改动即 可应用。
14
TMS320C55xDSP芯片的体系结构
数据“读”数据总线BB、CB、DB（每根16位）
数据“读”地址总线BAB、CAB、DAB（每根23位）
程序“读”数据总线PB（32位）
程序”读”地址总线PAB（24位）
C 外部数据总线 内存 接口 单元 指令 缓冲 单元
P 程序流 单元
A 地址—数据 单元
10
根据DSP芯片工作的数据格式将芯片分为：定点DSP芯 片和浮点DSP芯片。 定点运算的DSP芯片以其成本较低，对存储器的要求比 较低且耗电省等优点使其成为数字信号处理市场上的 主流产品，预计今后的比重将逐渐增大。据统计，目 前销售的DSP的80%以上属于16位定点可编程DSP。只有 在高保真音频以及需要实时运算、更高精确度与较大 动态范围的其他数据采集应用时，才能体现出浮点DSP 更高的算术灵活性与精确度
采用超级哈佛体系结构，并具有SIMD（单指令多数据）功能和SISD（单指令但数 据）功能；2个计算功能块
Analog Device ADSP-215xx BLACKFIN 双MAC单元、300MHz时钟频率和用于平衡系统性能和功耗的动态电源管理功 能；支持8/16/32位整数型数据和16/32为分数型数据
TMS320DM310 该处理器功耗小于500mW；该处理器提供实时MPEG-4视频/编码
TMS320DSCX
始终速度为100MHz；功耗小于1W
ADSP-21x
处理器都内含容量高达2.4MB的片上SRAM，集成有一个可编程DMA控制器，课处 理24位指令和16位数据
ADSP-21xxx SHARC
TMS320C5000
C5000 DSP平台提供多于30个代码兼容装置；C5501和C5502为300MHz双乘一加 单元DSP，功能小于200mW，成本低于10美元
TMS320C6000 TMS320DM642 TMS320DR1200
性能能从1200MIPS什级到4800MIPS；TMS320DM642的功耗不到1.5W
19
必看资料
讲述DSP的CPU、Memory、Programme Memory Addressing、Data Memory Addressing的文档资料； 设计过程中要用到的外设的资料； C语言和汇编语言的编程指南； 汇编指令和C语言的运行支持库、DSP LIB等资料。 其他的如：Application Guide、Optimizing CC+ + Complier User’s Guide、Assembly Language Tools User’s Guide等资料可在DSP设计入门后再去详细阅读， 体会会更深一些。同时我们也可以登陆一些相应的DSP 技术论坛、技术网站来获取相关资料。
9
DSP芯片从出现到现在的30多年时间里，已有几十家生产厂商推 出了上百型号的产品。除了TI公司得TMS320系列DSP芯片外，其 他有代表性并获得广泛应用的DSP系列芯片主要有Motorola公司 的MC56/96系列、ADI系列的ADSP21系列等。 目前，美国德州仪器公司TI公司有3大系列产品，即 1)面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列，主要包括 TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240xA、TMS320F28xx 等； 2)面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列， 主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等； 3)面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列，主 要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。
12
专用的硬件乘法器
具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。DSP 处理器使用专用的硬件来实现单周期乘法，而通用微处理器中算 法指令需要多个指令周期，如MCS-51的乘法指令需4个周期。DSP 处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。
特殊的DSP指令
这些特殊的指令，专用数字信号处理中的一些常用算法优化， 可为一些典型的数字信号处理提供加速，使一些高速系统的实时 数据处理成为可能，从而进一步提高了DSP芯片的执行效率和处 理能力。如并行指令，能够实现寄存器并行装入，并行算术/逻 辑运算和存储运算，使并行操作能力大大提高。
案例一:DSP在音频转换，接口技术和USB音频方面的应用
4
案例二 DSP在视频和视觉引导方面的应用
数字信号处理技术涉及众多的学科，如概率统计、数值分析、 控制论等等。数字信号处理以这些学科作为自己的理论基础， 同时数字信号处理理论和应用的发展又促进了一系列新兴学 科的发展，如通信技术、模式识别等等。总的来说，数字信 号处理作为一门学科是在与其他许多相关学科相互促进下不 断发展的。
ADSP-2199x
应用于嵌入式信号处理和控制设备
ADSP-TS101 TIGERSHARC
通用处理器
通用单片机
用于简单的数字信号处理， 如电动机控制
8
DSP在功能上有以下几方面的改进：
扩充运算能力：增加字长，乘法保留双字长，有双精 度运算； 自动产生数据地址：专用的地址生成单元可以产生循 环地址和非顺序地址； 指令定序不对其他主要运算造成额外开销； 简单的比例定标运算得到宽的动态范围。
20
公司名称
DSP型号的选择
主要 的DSP 厂商的 产品 概况
Texas Instruments
产品型号
技术特征
OMAP5910
集成有针对多媒体应用的DSP和RISC芯核；提供具 有灵活用户接口的单元系统功能
TMS320C2000
组成有供嵌入式控制业用的性能和外设；代码兼用DSP旨在嵌入 式控制设备用
第9章DSP原理与应用开发基础
引言 DSP系统的基本组成 DSP系统设计基础 DSP集成开发环境
本章小结
2011/1
北京大学出版社 版权所有 违者必究
1
【本章教学目的与要求】
掌握DSP系统的基本组成和DSP芯片的体系结构； 学会获取DSP芯片的相关技术资料和相关源码；
了解DSP芯片的产品概况以及DSP系统开发的流程；
13
专用的寻址方式
DSP处理器往往都支持专门的寻址方式，这些寻址方式对通 常的信号处理操作很有用，也很方便。例如，位倒序寻址使FFT 实现起来就很方便。而在通用处理器中这些专门的寻址模式是不 常使用的，即使用一般也要用软件来实现。
定点计算和定点DSP指令集
定点机器比起相应的浮点机器来要便宜而且运算更快。所以 大多数DSP使用定点计算，而不是使用浮点。为了不使用浮点机 器而又保证数字的准确，DSP处理器在指令集和硬件方面都支持 饱和计算、舍入和移位。
指令缓冲单元（I单元） 包括位指令缓冲队列和指令译码器。此 单元接收程序代码并放入指令缓冲队列，由指令译码器解释指令， 然后再把指令流传给其他的P单元、A单元和D单元来执行这些指 令。 程序流单元（P单元） 包括程序地址发生器、程序控制逻辑。该 单元产生所有程序空间地址，并发送到PAB总程序总线 数据“写”数据总线EB、FB（每根16位）
数据“写”地址总线EAB、FAB（每根23位）
15
C55x由3个主要部分组成：CPU、存储空间、片内外设。 C55x系列具有统一的CPU内核，有4个功能单元构成： 指令缓冲单元（I单元）、程序流单元（P单元）、地 址—数据流单元（A单元）和数据运算单元（D单元）。 功能单元的具体构成和基本功能如下：
软 件 无 线 电 数 字 声 音 广 播 接 收 机
高 IF 频 头
A/D
数 字 变 频 器
I 133MHz TMS320C6201 DSP L D/A R
Q
外部内存器
7