数字信号处理课件 绪论
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《数字信号处理教程》课件
数字信号处理教程
欢迎来到《数字信号处理教程》PPT课件！本教程将介绍数字信号处理的基本 概念、采样与量化、时域和频域的分析方法等内容，让您全面了解这一重要 领域。
信号处理的基本概念
了解什么是信号和信号处理，掌握信号的基本性质和特点，以及信号处理的 应用领域。
采样与量化
学习信号的。
时域和频域的分析方法
探索时域和频域的不同分析方法，如时域图像和频谱图的应用。
傅里叶级数和傅里叶变换
了解傅里叶级数和傅里叶变换的原理和应用，掌握频域分析的关键技术。
连续时间系统和离散时间系统
掌握连续时间系统和离散时间系统的基本概念和区别，以及它们在信号处理 中的作用。
差分方程和传输函数
学习差分方程和传输函数的概念和计算方法，掌握数字滤波器的设计和分析。
离散时间傅里叶变换
了解离散时间傅里叶变换的原理和应用，掌握时频分析和滤波器设计方法。
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信号处理的基本概念
了解什么是信号和信号处理，掌握信号的基本性质和特点，以及信号处理的 应用领域。
采样与量化
学习信号的。
时域和频域的分析方法
探索时域和频域的不同分析方法，如时域图像和频谱图的应用。
傅里叶级数和傅里叶变换
了解傅里叶级数和傅里叶变换的原理和应用，掌握频域分析的关键技术。
连续时间系统和离散时间系统
掌握连续时间系统和离散时间系统的基本概念和区别，以及它们在信号处理 中的作用。
差分方程和传输函数
学习差分方程和传输函数的概念和计算方法，掌握数字滤波器的设计和分析。
离散时间傅里叶变换
了解离散时间傅里叶变换的原理和应用，掌握时频分析和滤波器设计方法。
2 绪论
确定性信号和随机信号 一维信号和多维信号 连续时间信号和离散时间信号 因果信号与非因果信号 周期信号和非周期信号 能量信号和功率信号 实信号和复信号 因果信号与非因果信号
4
信号描述方法
• I 数学描述 – 使用具体的数学表达式，把信号描述 为一个或若干个自变量的函数或序列 的形式。
时域 f (t ) sin( t )
x ( n) a nu ( n)
因此，常可将“信号”与 “函数”和“序列”等同 起来
频域
1 F ( j ) , F (s) 1 j
5
信号描述方法
• II 波形描述 – 按照函数随自变量的变化关系，把信 号的波形画出来。
Sa(t) 1
Sa (t )
35
4 DSP的学科内容
离散时间线性时不变系统分析 离散时间信号时域及频域分析、离散付里 叶变换（DFT）理论。 信号的采集，包括A/D,D/A技术，抽样， 多率抽样，量化噪声理论等。 数字滤波技术 谱分析与快速付里叶变换（FFT），快速 卷积与相关算法。 自适应信号处理
36
33
3 DSP的理论基础
• 数字信号处理的基本工具：微积分，概 率统计，随机过程，高等代数，数值分 析，近代代数，复杂函数。 • 数字信号处理的理论基础：离散线性变 换(LSI)系统理论，离散付里叶变换 (DFT)。
34
3 DSP的理论基础
“数字信号处理”又成为一 些学科的理论基础：
在学科发展上，数字信号处理又和最 优控制，通信理论，故障诊断等紧紧相连 ，成为人工智能，模式识别，神经网络， 数字通信等新兴学科的理论基础。
39
按照预定要求，在处理器中将信号 序列x(n)进行加工处理得到输出信号y(n).
4
信号描述方法
• I 数学描述 – 使用具体的数学表达式，把信号描述 为一个或若干个自变量的函数或序列 的形式。
时域 f (t ) sin( t )
x ( n) a nu ( n)
因此，常可将“信号”与 “函数”和“序列”等同 起来
频域
1 F ( j ) , F (s) 1 j
5
信号描述方法
• II 波形描述 – 按照函数随自变量的变化关系，把信 号的波形画出来。
Sa(t) 1
Sa (t )
35
4 DSP的学科内容
离散时间线性时不变系统分析 离散时间信号时域及频域分析、离散付里 叶变换（DFT）理论。 信号的采集，包括A/D,D/A技术，抽样， 多率抽样，量化噪声理论等。 数字滤波技术 谱分析与快速付里叶变换（FFT），快速 卷积与相关算法。 自适应信号处理
36
33
3 DSP的理论基础
• 数字信号处理的基本工具：微积分，概 率统计，随机过程，高等代数，数值分 析，近代代数，复杂函数。 • 数字信号处理的理论基础：离散线性变 换(LSI)系统理论，离散付里叶变换 (DFT)。
34
3 DSP的理论基础
“数字信号处理”又成为一 些学科的理论基础：
在学科发展上，数字信号处理又和最 优控制，通信理论，故障诊断等紧紧相连 ，成为人工智能，模式识别，神经网络， 数字通信等新兴学科的理论基础。
39
按照预定要求，在处理器中将信号 序列x(n)进行加工处理得到输出信号y(n).
《数字信号处理技术》PPT课件
为便于数学处理，对截断信号做周期延拓，得到虚拟的 无限长信号。
§14.4 信号的截断、能量泄露
周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面从数学的角 度来看这种处理带来的误差情况。
设有余弦信号x(t)，用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截 断信号：y(t) =x(t)w(t)
将截断信号谱 XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已 不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在f0处
a) 多种多样的工业用计算机。
§14.1 数字信号处理概述
2) 计算机软硬件技术发展的有力推动
b) 灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统
§14.1 数字信号处理概述
案例：铁路机车FSK信号检测与分析
京广线计划提速到200公里/小时 合作任务：机车状态信号识别(频率解调)
§14.2 模数(A/D)和数模(D/A)
§14.3 采样定理
2 采样定理
A/D采样前的抗混迭滤波：
对象
物理信号
传 感 器
电信号
放 大 调 制
电信号
A/D 转换
数字信号
展开
放大
低通滤波 (0~Fs/2)
§14.3 采样定理
用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的 信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析， 这个过程称信号截断。
1、数字信号处理的主要研究内容
数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并 用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字 波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。
A
X(0)
X(1)
0
t
X(2)
E
1 N
X
i
X(3)
X(4)
§14.4 信号的截断、能量泄露
周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面从数学的角 度来看这种处理带来的误差情况。
设有余弦信号x(t)，用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截 断信号：y(t) =x(t)w(t)
将截断信号谱 XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已 不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在f0处
a) 多种多样的工业用计算机。
§14.1 数字信号处理概述
2) 计算机软硬件技术发展的有力推动
b) 灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统
§14.1 数字信号处理概述
案例：铁路机车FSK信号检测与分析
京广线计划提速到200公里/小时 合作任务：机车状态信号识别(频率解调)
§14.2 模数(A/D)和数模(D/A)
§14.3 采样定理
2 采样定理
A/D采样前的抗混迭滤波：
对象
物理信号
传 感 器
电信号
放 大 调 制
电信号
A/D 转换
数字信号
展开
放大
低通滤波 (0~Fs/2)
§14.3 采样定理
用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的 信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析， 这个过程称信号截断。
1、数字信号处理的主要研究内容
数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并 用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字 波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。
A
X(0)
X(1)
0
t
X(2)
E
1 N
X
i
X(3)
X(4)
《数字信号处理原理》PPT课件
•Digital signal and image filtering
•Cochlear implants
•Seismic analysis
•Antilock brakes
•Text recognition
•Signal and image compression
•Speech recognition
•Encryption
•Satellite image analysis
•Motor control
•Digital mapping
•Remote medical monitoring
•Cellular telephones
•Smart appliances
•Digital cameras
•Home security
Upper Saddle River, New Jersey 07458
All rights reserved.
FIGURE 1-4 Four frames from high-speed video sequence. “ Vision Research, Inc., Wayne, NJ., USA.
Joyce Van de Vegte Fundamentals of Digital Signal Processing
ppt课件
11
Copyright ©2002 by Pearson Education, Inc.
Upper Saddle River, New Jersey 07458
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Joyce Van de Vegte Fundamentals of Digital Signal Processing
南昌大学数字信号处理第1章绪论
x (n)
7 5 3 4 4 n
T 2T
t
0 1 2 3 4 -3
-1
X
8
2. 各单元的作用 数字信号处理器： x ( n)
y(n)
y ( n)
0
1 2 3 4
n
X
9
2. 各单元的作用
D/A变换器：数字信号变模拟信号
模拟滤波器：滤除高频分量，起平滑作用 y(t)
ya (t )
0
t
t
X
10
四、数字信号处理的特点
X
6
三、数字信号处理系统的基本组成
1. 框图
xa (t )
前置预滤波器 A/D变换器
x(n)
数字信号处理器
y ( n)
D/A变换器
y(t )
模拟滤波器
y a (t )
X
7
2. 各单元的作用
前置预滤波器：滤除高于某一频率的信号，防混迭。 A/D变换器：完成抽样和量化，实现数字化。 如下图所示：
xa (t )
二、数字信号处理的研究内容
4. 快速算法 FFT, 快速卷积、相关算法。 5. 数字滤波技术
(1)IIR数字滤波器的分析与设计；
(2)FIR数字滤波器的分析与设计。 6. 信号的频谱分析与估值 确定信号：谱分析； 随机信号：相关函数估计、谱估计。
X
5
二、数字信号处理的研究内容
7. 特殊算法 反卷积，信号重构，同态处理。 8. 信号建摸与压缩 9. 自适应信号处理 10. 数字信号处理的实现 (1)在通用微机上，用软件实现; (2)用单片机实现; (3)专用数字信号处理芯片DSP。
第1章 绪论
本节主要内容：
《数字信号处理讲》PPT课件
4
根本概念
信号
• 信号是信息的载体 • 信号是信息的表现形式 • 信息那么是信号的具体内容 交通灯信号传递的信息：红灯停而绿灯行
5
信号分类
根本概念
时间和幅 度都是连 续数值的
信号
时间和幅 度都离散 化的信号
6
根本概念
常用根本信号
正弦信号 锯齿信号
复指数信号
方波信号
7
信号采集
信号是如何被采集的呢？
30
翻转运算
信号处理
2n1, n≥1 x(n)0, n＜1
信号X(-n)为多少呢？
2n1, n≤1
x(n) 0,
n＞1
31
累加运算
信号处理
设序列为x(n)，那么序列
n
y(n) x(k) k
定义为对x(n)的累加，表示将n 以前的所
有x(n)值求和。
32
差分运算
信号处理
•前向差分：将序列先进展左移，再相减 •Δx(n) = x(n+1)- x(n)
《数字信号处理讲》PPT 课件
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目录
➢ 根本概念 ➢ 信号采集 ➢ 信号处理
2
2n, n＜0
y(n) n1,
n≥0
信号X(n)与信号Y(n)和为多少呢？
2n, x(n)y(n) 32,
2n1n1,
n＜1 n1 n≥0
20
和运算
信号处理
2n, x(n)y(n) 32,
根本概念
信号
• 信号是信息的载体 • 信号是信息的表现形式 • 信息那么是信号的具体内容 交通灯信号传递的信息：红灯停而绿灯行
5
信号分类
根本概念
时间和幅 度都是连 续数值的
信号
时间和幅 度都离散 化的信号
6
根本概念
常用根本信号
正弦信号 锯齿信号
复指数信号
方波信号
7
信号采集
信号是如何被采集的呢？
30
翻转运算
信号处理
2n1, n≥1 x(n)0, n＜1
信号X(-n)为多少呢？
2n1, n≤1
x(n) 0,
n＞1
31
累加运算
信号处理
设序列为x(n)，那么序列
n
y(n) x(k) k
定义为对x(n)的累加，表示将n 以前的所
有x(n)值求和。
32
差分运算
信号处理
•前向差分：将序列先进展左移，再相减 •Δx(n) = x(n+1)- x(n)
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目录
➢ 根本概念 ➢ 信号采集 ➢ 信号处理
2
2n, n＜0
y(n) n1,
n≥0
信号X(n)与信号Y(n)和为多少呢？
2n, x(n)y(n) 32,
2n1n1,
n＜1 n1 n≥0
20
和运算
信号处理
2n, x(n)y(n) 32,
《数字信号处理基础》课件
信号压缩等。
Z变换
Z变换的定义
Z变换是一种将离散时间信号转换为复数域信号的方法，通过将离 散时间信号转换为复数域中的函数，可以更好地分析信号的特性。
Z变换的性质
Z变换具有线性、时移、频域平移、复共轭等性质，这些性质在信 号处理中有着广泛的应用。
Z变换的应用
Z变换在信号处理中有着广泛的应用，如离散控制系统分析、数字滤 波器设计等。
自适应滤波器应用场景
广泛应用于噪声消除、回声消除、信 号预测等领域。
05 数字信号处理应用
音频处理
音频压缩
通过降低音频数据的冗余度，实 现音频文件的压缩，便于存储和
传输。
音频增强
利用数字信号处理技术，改善音频 质量，如降低噪音、增强语音等。
音频分析
对音频信号进行特征提取和分类， 用于语音识别、音乐信息检索等领 域。
IIR滤波器应用场景
广泛应用于语音处理、图像处理等领 域。
FIR滤波器设计
FIR滤波器定义
FIR滤波器特点
FIR滤波器，即有限冲激响应滤波器，是一 种离散时间滤波器，其冲激响应有限长。
FIR滤波器具有线性相位、设计灵活、计算 量大等特性。
FIR滤波器设计方法
FIR滤波器应用场景
通过窗函数法、频率采样法等进行设计， 常用的设计方法有汉明窗法、凯泽窗法等 。
课程目标
掌握数字信号处理的基本概念、原理和方法。
学会使用数字信号处理软件进行信号处理和分析 。
了解数字信号处理在通信、图像处理、音频处理 等领域的应用。
02 基础知识
信号与系统
信号定义与分类
信号是信息传输的载体，可以是离散 的或连续的，也可以是时间的函数。 信号分类包括周期信号、非周期信号 、确定信号、随机信号等。
《数字信号处理》课件
05
数字信号处理中的窗函 数
窗函数概述
窗函数定义
窗函数是一种在一定时间 范围内取值的函数，其取 值范围通常在0到1之间。
窗函数作用
在数字信号处理中，窗函 数常被用于截取信号的某 一部分，以便于分析信号 的局部特性。
窗函数特点
窗函数具有紧支撑性，即 其取值范围有限，且在时 间轴上覆盖整个分析区间 。
离散信号与系统
离散信号的定义与表示
离散信号是时间或空间上取值离散的信号，通常用序列表示。
离散系统的定义与分类
离散系统是指系统中的状态变量或输出变量在离散时间点上变化的 系统，分类包括线性时不变系统和线性时变系统等。
离散系统的描述方法
离散系统可以用差分方程、状态方程、传递函数等数学模型进行描 述。
Z变换与离散时间傅里叶变换（DTFT）
1 2 3
Z变换的定义与性质
Z变换是离散信号的一种数学处理方法，通过对 序列进行数学变换，可以分析信号的频域特性。
DTFT的定义与性质
DTFT是离散时间信号的频域表示，通过DTFT可 以分析信号的频域特性，了解信号在不同频率下 的表现。
Z变换与DTFT的关系
Z变换和DTFT在某些情况下可以相互转换，它们 在分析离散信号的频域特性方面具有重要作用。
窗函数的类型与性质
矩形窗
矩形窗在时间轴上均匀取值，频域表现为 sinc函数。
汉宁窗
汉宁窗在时间轴上呈锯齿波形状，频域表现 为双曲线函数。
高斯窗
高斯窗在时间轴上呈高斯分布，频域表现为 高斯函数。
海明窗
海明窗在时间轴上呈三角波形状，频域表现 为三角函数。
窗函数在数字信号处理中的应用
信号截断
通过使用窗函数对信号进行截 断，可以分析信号的局部特性
数字信号处理绪论
第三十页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十一页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十二页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十三页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十四页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十五页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十六页编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十六页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十七页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十八页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十九页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第二十页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第二十一页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第二十二页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十七页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三十八页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第一页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第二页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第三页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第四页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第五页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第六页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第七页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第八页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
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第十一页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十二页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十三页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
第十四页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
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第二十三页，编辑于星期一：十九点 四十五分。
数字信号处理 第1章绪论
信息科学是研究信息的获取、传输、处
理和利用的一门科学。 信号是信息的表现形式，而信息则是信 号所含有的具体内容。 数字化、智能化和网络化是当代信息技 术发展的大趋势，而数字化是智能化和 网络化的基础。
数字信号处理，就是用数值计算方法对数字序
列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某 种形式。 数字信号处理学科的内容非常广泛，这主要是 因为它有着非常广泛的应用领域。 数字信号处理学科有着深厚而坚实的理论基础， 其中最主要的是离散时间信号和离散时间系统 理论以及一些数学理论。
《数字信号处理》习题解答，顾福年 胡光锐，科学出
版社，1983年8月第1版（电子版）
西安电子科技大学出版社，数字信号处理考研辅导。 Matlab Help Document：signal_Matlab.pdf
离散时间信号和系统
数字信号处理的对象是数字信号 处理的工具是数字系统
1.1序列
(0)＝2 3＝6
(1) 1 3＋2 2＝7
(2) 1 3＋1 2＋2 1＝7
(3) 1 1＋ 2＝3 1
(4) 1 1＝ 1
(5) 0
最后解得
(n) 6 (n) 7 (n 1) 7 (n 2) 3 (n 3) (n 4)
说明：线性移不变离散系统的输出序列等于输入序列和 系统单位抽样响应的线性卷积
即y(n) x(n) h(n)
2.2.3 系统的时域分析--差分方程
常系数线性差分方程： y (n) bi x(n i) ai y (n i)
i 0 i 1 M N
常系数：系数 i , ai是与n无关的常数 b 线性：x(n i), y (n i )各项均是一次项
理和利用的一门科学。 信号是信息的表现形式，而信息则是信 号所含有的具体内容。 数字化、智能化和网络化是当代信息技 术发展的大趋势，而数字化是智能化和 网络化的基础。
数字信号处理，就是用数值计算方法对数字序
列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某 种形式。 数字信号处理学科的内容非常广泛，这主要是 因为它有着非常广泛的应用领域。 数字信号处理学科有着深厚而坚实的理论基础， 其中最主要的是离散时间信号和离散时间系统 理论以及一些数学理论。
《数字信号处理》习题解答，顾福年 胡光锐，科学出
版社，1983年8月第1版（电子版）
西安电子科技大学出版社，数字信号处理考研辅导。 Matlab Help Document：signal_Matlab.pdf
离散时间信号和系统
数字信号处理的对象是数字信号 处理的工具是数字系统
1.1序列
(0)＝2 3＝6
(1) 1 3＋2 2＝7
(2) 1 3＋1 2＋2 1＝7
(3) 1 1＋ 2＝3 1
(4) 1 1＝ 1
(5) 0
最后解得
(n) 6 (n) 7 (n 1) 7 (n 2) 3 (n 3) (n 4)
说明：线性移不变离散系统的输出序列等于输入序列和 系统单位抽样响应的线性卷积
即y(n) x(n) h(n)
2.2.3 系统的时域分析--差分方程
常系数线性差分方程： y (n) bi x(n i) ai y (n i)
i 0 i 1 M N
常系数：系数 i , ai是与n无关的常数 b 线性：x(n i), y (n i )各项均是一次项
实时数字信号处理 绪论完美版PPT
– 用差分方程描述的系统的响应计算。 – 信号互相关函数计算 – 离散傅立叶变换（DFT） – 离散余弦变换（DCT）
• 循环
数字信号处理实现方法
• 理论、实现、应用 • 1822年傅立叶级数理论 • 研究各种应用算法和快速算法 • 1965年快速傅立叶变换（FFT） • 数字信号处理的实现方法经历了一个较长的发展过程。 • 1982，TI TMS320C10 • 数字信号处理的实现方法
是20世纪60年代前后发展起来的一门新兴学科。 • 现代信号处理理论
– 涉及到非常复杂的算法和大量的计算 – 增加了实时处理难度 – 分布式、并行计算 – 并行计算机系统 、DSP芯片的阵列处理系统 – 通用计算机和DSP都朝着多核发展数字信号处理算法基本特点
• 乘累加（MAC）
– 根据线性时不变离散时间系统的单位脉冲响应， 系统响应可采用卷积和来计算。
• ADI
– 16位的定点DSP产品ADSP-21xx系列、Blackfin ADSP-215xx系 列
– 32位的浮点DSP产品SHARC系列、TigerSHARC系列 – 混合信号处理DSP产品ADSP-2199X系列 – 嵌入式电机控制DSP产品ADMC系列等
数字信号处理器基本概念
系列
型号
类型
数字信号处理器基本概念
• 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，或者 说主要是为快速实现各种数字信号处理算法而设计的。
• 目前，DSP芯片已广泛应用 • 第一颗DSP芯片，1978年AMI公司发布的S2811 • 1979，Intel，商用可编程器件2920
– 是DSP芯片的一个主要里程碑 – 但上述两种芯片内部都没有单周期乘法器
• 新型数字信号处理器在实现复杂音视频媒体处理算法基础 上，提供了完成事务管理的控制功能
• 循环
数字信号处理实现方法
• 理论、实现、应用 • 1822年傅立叶级数理论 • 研究各种应用算法和快速算法 • 1965年快速傅立叶变换（FFT） • 数字信号处理的实现方法经历了一个较长的发展过程。 • 1982，TI TMS320C10 • 数字信号处理的实现方法
是20世纪60年代前后发展起来的一门新兴学科。 • 现代信号处理理论
– 涉及到非常复杂的算法和大量的计算 – 增加了实时处理难度 – 分布式、并行计算 – 并行计算机系统 、DSP芯片的阵列处理系统 – 通用计算机和DSP都朝着多核发展数字信号处理算法基本特点
• 乘累加（MAC）
– 根据线性时不变离散时间系统的单位脉冲响应， 系统响应可采用卷积和来计算。
• ADI
– 16位的定点DSP产品ADSP-21xx系列、Blackfin ADSP-215xx系 列
– 32位的浮点DSP产品SHARC系列、TigerSHARC系列 – 混合信号处理DSP产品ADSP-2199X系列 – 嵌入式电机控制DSP产品ADMC系列等
数字信号处理器基本概念
系列
型号
类型
数字信号处理器基本概念
• 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，或者 说主要是为快速实现各种数字信号处理算法而设计的。
• 目前，DSP芯片已广泛应用 • 第一颗DSP芯片，1978年AMI公司发布的S2811 • 1979，Intel，商用可编程器件2920
– 是DSP芯片的一个主要里程碑 – 但上述两种芯片内部都没有单周期乘法器
• 新型数字信号处理器在实现复杂音视频媒体处理算法基础 上，提供了完成事务管理的控制功能
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绪 论
《DSP》教案
二、教材处理及教参
1、教材处理（54学时）
理论教材：张洪涛 万红 杨述斌 数字信号处理 华中科技大学出版社 实践教材：杨述斌 李永全 数字信号处理实践教程华中科技大学出版社
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4.通信
整个通信领域几乎没有不受数字信号处理技术影响的地方。 数字技术已用于信号的调制、解调、滤波、混频、检波和多路传输等问题
中。 语音数据压缩与解压是数字信号处理的重要内容。 在电信领域，数字处理技术已发展到音调检测，回波清除、数字开关网和 自适应均衡、数据加密、数据压缩、可视电话等。许多音频通信的信号处 理功能，已由单块集成电路实现。
（2）研究范围及应用领域
自20世纪60年代以来，数字信号处理的应用已成为一种明显的趋 势，广泛应用到各个不同的领域：e.g：语音通信、数据通信、 生物医学工程、现代声学、工业控制、雷达、遥感、地震、核 科学等等。随着大规模集成电路（VLSI)的发展，DSP的应用 领域正更广泛更令人注目地发展。 具体应用及示例如下：
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3.信号分类
连续信号和离散信号 模拟信号和数字信号
确定性信号和随机信号
(1)连续信号和离散信号
连续信号：指随时间信号而连续变化的信号。
离散信号：只有在离散的时间点有确定的值。它通常
都是通过对连续信号采样而得到的。
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(2)模拟信号和数字信号
模拟信号：指幅度连续的信号，通常把时间和
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4、数字信号处理的优势
（1）精度高：模拟网络精度10－3 数字系统（17字节长时）<10－5 ； （2）灵活性大：数字系统性能主要由乘法器的各个系数 决定，改变存储器中的各个系数即可改变系统性能； （3）可靠性强:数字系统只有“1”、“0”受噪声和环境 等的影响小，故障率低； （4）集成度高：随着大规模集成电路发展，DSP集成度 更高； （5）时分复用：可用一套计算设备同时处理几个通道信 号； （6）性能指标高、便于二维及多维处理等。
量出目标的当前位置(距离、方位角和高低角)，并把数据送入计 算机，推算出目标的航向，航速，引导导弹或自动火炮去击中目 标(爱国者导弹对飞毛腿导弹)。雷达系统是应用高性能数字信号 处理技术的一个例子。 雷达系统主要信号处理功能包括： 信号产生、匹配滤波、门限比较、目标参数(如射程、方位和速度) 估计。
绪 论
信号分析 任务：涉及信号特性的测量。它通常是一个频域的 运算。 主要应用于： 谱(频率和/或相位)分析 语音分析 说话人识别 目标检测
i.
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ii.信号滤波 任务：是信号入--->信号出的情况。实现这个任务的系统 被称为滤波器。它通常(但不总是)作时域运算。 主要应用于： 滤除不需要的背景噪声，去除干扰 频带分割， 信号谱的成形 所以它广泛地应用于数字通信，雷达，遥感，声纳，语音 合成，图象处理，测量与控制，高清晰度电视，多媒体 物理学，生物医学，机器人等。
自我介绍
杨述斌 电气信息学院 E－mail：yshubin@
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绪 论
一、什么是数字信号处理(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)
（研究问题的一般方法：探讨五个“W”－when、who、what、why、 how) DSP起源于17世纪和18世纪数学的一个学科。20世纪60年代随着信息 和计算机技术高速发展而迅速发展的新兴学科。 1、定义 模拟信号:具有连续幅度的连续时间信号 复习 取样信号:具有连续幅度的离散时间信号 数字信号：时间离散、幅值量化的信号。 信号处理：研究对含有信息的信号进行处理（变换），以获得所希 望的信号，从而达到提取信息、便于利用的一门学科。 以上的结合就为DSP： 《DSP》 研究用数字的方法，正确快速地处理信号，提取各类信息地一门学 科。
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1.信号(复习)
信号是一种物理体现。在信号处理领域中，
信号被定义为一个随机变化的物理量。 例如：为了便于处理，通常都使用传感器把 这些真实世界的物理信号------>电信号，经处 理的电信号--->传感器--->真实世界的物理信 号。 如现实生活中最常见的传感器是话筒、扬声器 话筒(将声压变化)--->电压信号-->空气压力信号 (扬声器)
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2.信号的最基本的参数
频率和幅度
3-30kHz:Very low frequency VLF(潜水艇导航) 30-300kHz:Low frequency LF(潜水艇通信) 300~3000kHz:Medium frequency(调幅广播) 3-30MHz:High frequency(HF)(无线电爱好者，国际广播，军事通
（1）基本组成
离散时间线性非移变系统 理论和DFT 二维处理 待进一步研 究与发展
绪
FIR滤波器逼近 FIR滤波器综合
数字滤波
IIR滤波器逼近 IIR滤波器综合 IIR滤波器实现 量化理论 FFT滤波 软硬傅氏变换 统计频谱分析 谱分析仪实现
FIR滤波器实现
论
语音通信 数据通信 声纳理论 ……..
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。 用这一方法优点：可适用于各种数字信号处理的应用场合，很灵 活。
2.用单片机
由于单片机发展已经很久，价格便宜，且功能很强。 优点：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。
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3.利用通用DSP芯片
信 无绳电话，电报，传真) 30-300MHz:Very High frequency(VHF)(调频FM，VHF电视) 0.3~3GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电话，雷达， 微波，个人通信) 频率低20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够大， 能被感觉到。(处于VLF Very low frequency) 频率20Hz~20KHz称为声波，Low frequency (处于LF) 频率>20KHz称为超声波 ，具有方向性，可以成束(处于LF)
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各类信号示意图
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2、研究内容及范围
（1）内容：主要两个方面 I. 数字滤波（digital filtering）
绪 论
滤除混杂在有用信号中的噪声和干扰，削弱采集信号中的多余成 分； e.g: 工业控制中的信号滤波、各种图象滤波等 II. 变换和算法(transforming and algorithm）
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6.扩频通信 与数据压缩相反的数据扩张，也是很有用的技术。 它的根据是仙农编码定理：在一定的条件下，只要码的 长度充分大时，一定存在一种编码、译码方法，使错误 译码率充分小。近年来，在国防上实现发射功率隐蔽与 抗电子干扰，采用了数据扩张技术，用300千比特/秒的 数码率传送64千比特/秒的语音，可以使敌方对此信号难 以侦察或干扰。 7.移动通信 现代通信系统是信息时代的生命线。最近几年，电 信业在我国发展很快，安装电话的用户与日俱增，移动 通信已开始全国联网。现在，世界性的全球通讯网连接 着6亿个以上的电话，还提供大量的用户电报以及数据通 信业务。到本世纪末，通讯将超过能源、汽车、钢铁、 交通和农业，成为世界上最大的行业。
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。 如：BB公司：DF17XX系列 MAXIM公司：MAXIM27X ,MAXIM28X National公司：National-SEMI系列：MF系列。 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。
幅度上都是连续的信号称之。 数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。
x(t) 采样
x(tn) 模数
x(n)
t
保持
tn 转换
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n
(3)确定性信号和随机信号
确定性信号：它的每一个值可以用有限个参量来唯一地 加以描述。 例：直流信号：仅用一个参量可以描述。 阶跃信号：可用幅度和时间两个参量描述。 正弦波信号：可用幅度、频率和相位三个参量来描述。 随机信号：不能用有限的参量加以描述。也无法对它的 未来值确定地参预测。它只能通过统计学的方法来描 述(概率密度函数来描述)。 例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图象信号、 噪声都是随机信号。它们具有幅度(能量)随机性、或具 有发生时间上的随机性或二都兼有之。
分离两个或多个按某种方式合并在一起的信号，或希望增强一个 信号中的某一分量，使之便于对它们进行分析和识别。 e.g：医学超声信号（孕妇）的婴儿心跳信号、广播电视中的信 号分里等 总之，主要研究用数字或符号序列表示信号和处理序列，目的是估 计信号的特征参数，或是把信号变换成某种更符合要求的形式。
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iii.DSP的典型应用
1.网络 2.无线通信
3.家电
4.另外还有虚拟现实，噪声对消技术，电机控制，图像
处理等等 可以说DSP是现代信息产业的重要基石，它在网络时 代的地位与CPU在PC时代的地位是一样的。
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iv.举例
1.语音处理 它是最早采用数字信号处理技术的领域之一。 本世纪50年代提出语音形成数字模型，经过十多年对语 音的分析、综合、证明是正确的。 在语音领域现存在着三种系统：语音分析系统：(自动语 音识别系统，它能识别语音，辨认说话的人是谁，而且 破译后，能立即作出决断。语音综合系统：盲人的自动 阅读机，声音响应的计算机终端，会说话玩具，家用电 器(CD,VCD,DVD)。语音分析综合系统：语音存储和检 索系统。 即广泛应用于电话窃听。即应用于语音编码、语音合成、 语音识别、语音增强、说话人确认、语音邮件、语音存 储等。