数字信号处理绪论

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常见人体生理信号 （生物医学信号） ECG(心电) EEG(脑电) EOG(眼电)
要求：准确检测R波，>99％ 准确检测 P,Q,S,T等波， >90% 准确测量 P－Q间期，
EMG(肌电)
PCG(心音)
QRS宽度， S-T段形态
不同心脏病人的心电图
转化后的信号是连续时域模拟 （Analog)信号, 可以用 x ( t ) 表示。 模拟信号产生、处理和传输所使用
的器件是: R, L, C, OP(运算放大器)
缺点: 体积大, 精度低，不灵活
数字信号
x (nTs ) x (t )
n
t n Ts
x(n )
nZ
: 所有整数
Ts
: 抽样间隔 f， 1 / T s s
1 数字信号处理的任务 2 数字信号处理的优势
3 数字信号处理的理论
4 数字信号处理的实现 5 数字信号处理的应用 6 关于数字信号处理的学习
1. 数字信号处理的任务
从信号中提取出所需要的信息，并将其用于 实际 。
例：
心电监护仪： 内含CPU
放大器、A/D 转换器、CPU、显示单元、 存储单元、系统管理软件和心电信号处 理软件所组成。 涉及信号的采集、显示和存储，去除噪声、 参数提取、病类判别等信号处理的应用。

N 1
x (n )e
n0
DSP的特点: 时钟快；硬件乘法器（实现连乘连 加）； 哈佛结构；较多的寄存器， 等等
5、数字信号处理的应用
DSP的应用
耳背式
耳道式
耳内式
完全耳内式
心电 Holter
生物医学信号处理应用举例
滤波以前干扰严重
滤波以后干扰祛除
5. 《数字信号处理》的学习方法
（1）注重从数学公式到物理概念的理解的转换； （2）通过上机仿真来加深概念的理解和设计方法 的运用；
2. 数字信号处理的优势:
（1）. 精度高 （2）. 可重复性强 （3）. 体积小 （4）. 成本低 （5）. 可编程：所以灵活性强 （6）. 实时性(Real-time)强
3. 数字信号处理的理论：
Байду номын сангаас
基 础 发 展
数学: 微积分, 线性代数 信号与系统, 计算机 现代通信原理、现代信号处理 模式识别、最优化、神经网络 系统辨识、 振动测试 生物医学工程等
f s ：抽样频率(Sampling Frequency)
归一化：
T s 1,
fs 1
什么是数字信号处理?
Digital Signal Processing (DSP) 一门新的学科 Digital Signal Processor (DSP)
数字信号处理器: DSPs
一门正在蓬勃发展的高新技术学科
x (t )
连续时间信号， 又称模拟信号 （Analog Signal)
语音信号：
空气压力随时间变化的函数。 形语 音 信 号 “ 你 好 ” 的 波
0
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
火车鸣笛信号
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
2000
4000
静止的单色图象：亮度随空间位置变化的信号 f (x,y)。
静止的彩色图象：
三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)随空间位置变 化的信号。
I R ( x, y) I ( x, y) IG ( x, y) I B ( x, y)
传感器
(sensor)
作用：将非电信号转化为电信号。百科• 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理 的理论和技术。 • 数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子 集。
数字信号处理的目的
• 数字信号处理的目的是对真实世界的连续模 拟信号进行测量或滤波。 • 滤波的定义
• 1从一个资料序列中或从一个方程组的解中去除掉 不需要的振荡分量(通常是高频分量)的过程。 • 2从一个信号中去除某些频率分量的处理。
DSP软件包 MATLAB Signal Processing Tool Box
软硬件实现:
CPU, MCU,
DSP
TI产品系列
数字信号处理中最常用的算法是线性卷 积和 DFT,其特点是大量的“连乘连加”运 算，如：
y (n )

k
x (k )h (n k )
j2 nk N
X (k )
衷心希望大家 喜欢 《数字信号处理》 学好 《数字信号处理》 希望并相信本课程会在您 的学位论文及今后的就业中发 挥重要的作用！
数字信号处理
编著丁玉美
西安电子科技大学出版社
主讲教师：颜文英 电子与电气工程学院
目 录1
• 第1章 时域离散信号和时域离散系统 • 第2章 时域离散信号和系统的频域分析
• 第3章 离散傅里叶变换(DFT)
• 第4章 快速傅里叶变换(FFT)
• 第5章 时域离散系统的基本网络结构
目 录2
• 第6章 无限脉冲响应数字滤波器的设计
• 第7章 有限脉冲响应数字滤波器的设计
• 第8章 上机实验
信号？ 绪 论 数字信号？ 数字信号处理？
信号
1. 定义
一个自变量，则称为一维信号；如果有两个以上的自 信号通常是一个自变量或几个自变量的函数。如果仅有
变量，则称为多维信号。
电信号通常是随时间变化的电压或电流。
2. 表示
数学解析式或图形
（3）重视利 用MATLAB仿真来加深概念理解，提高 应用能力，为后续课程《DSP技术和应用》打好基础；
（4）借助国内外参考文献，拓展知识视野，熟悉 专业英语，为今后的毕业设计打下基础。
本课程的考核方法2
项目
出勤和学习态度 上机和实验报告 课后习题 期终考试
比例
10% 10% 10% 70%
参考书
[1] 胡广书 《数字信号处理导论》清华大学出版社,2007
[2] 程佩青《数字信号处理》清华大学出版社，2007
[3] S J. Orfanids. Introduction to Signal Processing. 1996; 清华大学出版社，1999
[4] S K Mitra. Digital Signal Processing:
（3）通过查阅资料和课外参考书弥补和拓展知识
面； （4） 通过分组讨论来提高分析问题的能力和知识 运用能力。
本课程的考核方法1
项目 测验或练习 上机和小组讨论 比例 10% 20%
课后习题 期终考试
20% 50%
5. 《数字信号处理》的学习方法
（1）注重从数学公式到物理概念的理解的转换； （2）通过练习复习和巩固已学知识点，备用一本 高等数学手册备查；
数字信号处理
以PC或专用DSP装置为硬件平台, 以数 值分析为基本工具, 发展众多的信号 处理算法，实现信号自身的提取或是 信号有用特征( 幅度, 周期, 持续时 间, 过零点个数, 上升时间, 下降时 间, 自相关函数, 功率谱)的提取, 以 达到认识信号, 利用信号的目的。
数 字 信 号 处 理
•
1. 信号抽样与采集理论; 2. 信号分析理论: Z变换 离散傅里叶变换(DFT)
•
快速算法理论(FFT) 3. 离散系统分析; 4. 离散系统设计(滤波器设计); 5. 实现(软件仿真—MATLAB；Vc; 硬件-DSP); 6. 应用
4. 数字信号处理的实现
（教学, 科研, 开发的前期）
软件实现:
40
50
-10
40
50
-10
0
10 n
20
30
40
50
2 1 0 -1 -2
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2 1 0
滤波器/消噪
2
-1 1 -2 0 0 50
数字信号处理
100 150 200 250 300 350 400 450 500
-1 -2
0
50
100
150
00000001 00000010
29mV
32mV
数字信号处理的实现
• 硬件：专用芯片、专用集成电路（ASIC） • 软件：计算机程序算法（汇编语言、C语言、 MATLAB语言等） • 软硬件结合：数字信号处理器（DSP芯片+算 法）
A/D芯片已高度集成化，将这些芯片配以一 些必要的外围电路可做成不同的A/D板（又称数 据采集板）。将A/D板插入普通计算机（如PC） 的扩展槽中，配以相应的软件即可实现信号的抽 样。A/D芯片有两个主要的参数，一是字长，二 是转换速度。现在市售的A/D芯片的字长有8bit， 10bit，12bit及14bit，字长越长，量化误差越 小，自然，转换的精度就越高。转换速度决定了 其A/D芯片的最大抽样速度，目前市售的A/D芯片 的抽样速度可由几十千赫至几百兆赫。当然，字 长越长，速度越高，其售价也越贵，使用者应视 实际需要选用。
• 经典滤波器的分类
• 低通滤波器LPF • 高通滤波器HPF • 带通滤波器BPF • 带阻滤波器BPS
2 0 -2 -20 2 0
2 -2 -20 0 -2 -20 2 0 -2 -20
-10
0
10 n
20
30
40
50
广义滤波器
-10
数字信号处理
0 10 20 30 n
0 10 n 20 30
200
250