数字信号处理(第二版) 绪论

1、精度高
在模拟系统的电路中，元器件精度要 达到１０－３以上已经不容易了，而 数字系统17位字长可以达到１０－５ 的精度，这是很平常的。例如，基于 离散傅里叶变换的数字式频谱分析仪 ，其幅值精度和频率分辨率均远远高 于模拟频谱分析仪。
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2、灵活性强
数字信号处理采用了专用或通用的 数字系统，其性能取决于运算程序 和乘法器的各系数，这些均存储在 数字系统中，只要改变运算程序或 系数，即可改变系统的特性参数， 比改变模拟系统方便得多。
5、缺点
（1）增加了系统的复杂性。他需要模拟接口以 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。
三、发展与应用
1946年 宾夕法尼亚大学发明了第一代电子管计算 机
1957年 飞歌公司制造出第二代晶体管计算机 1964年 IBM公司制造出第三代集成电路计算机 1971年 Intel公司制造出第四代微型计算机―微处
理器 1975年 第一台PC机 1979年 苹果机问世 1982年 IBM—PC
从模拟到数字
形形色色的数字化信息系统
从模拟到数字
一、信号的分类和特征
信号：信号传递信息的函数也是独立变量的函数，这 个变量可以是时间、空间位置等。
连续信号：在某个时间区间，除有限间断点外所有瞬 时均有确定值。
模拟信号是连续信号的特例。时间和幅度均连续。 离散信号：时间上不连续，幅度连续。 数字信号：幅度量化，时间和幅度均不连续。
信号可以由单个信号源产生，也可以由多个信号源产 生。前者是一标量信号(Scalar signal)，而后者是一向 量信号通常也称作多通道信号(Multichannel signal)，例 如，立体声信号是一种双通道信号。
二、为什么要采用数字信号处 理
数字信号处理采用数字系统完成信 号处理的任务，它具有数字系统的 一些共同优点，例如抗干扰、可靠 性强，便于大规模集成等。除此而 外，与传统的模拟信号处理方法相 比较，它还具有以下一些明显的优 点：
数字信号处理不断开辟新的 应用领域
在机械制造中，基于 FFT算法的频谱分 析仪用于振动分析和机械故障诊断；医 学中使用数字信号处理技术对心电 (ECG)和脑电(EEG)等生物电信号作分析 和处理；数字音频广播(DAB)广泛地使 用了数字信号处理技术。可以说，数字 信号处理技术已在信息处理领域引起 了广泛的关注和高度的重视。
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。
三、发展与运用
(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；
年代 1971 年 1974 年 1978 年 1986 年 1989 年 1993 年 1997 年 1999 年 2000 年 2003 年 2006 年
发展规模 第一块微处理器4004，大约3000个晶体管 8 位微处理器8080，大约9000个晶体管 16 位微处理器8086，大约5 万个晶体管 32 位微处理器80386，50 万个晶体管 微处理器80386，120万个晶体管 INTEL高性能Pentium微处理器，310 万个晶体管，包括MMX指令集 INTEL Pentium II微处理器，750 万个晶体管 INTEL Pentium III微处理器，2400 万个晶体管，包括SSE 指令集 INTEL Pentium 4 微处理器，4200 万个晶体管，包括SSE2指令集 第一块64 位微处理器AMD Athlon 64，大约10600万个晶体管 INTEL Core 2 Duo双核微处理器，大约29100万个晶体管，包括改进 SSE3指令集
三、发展与运用
年代 60年代 70年代 80年代 90年代 21世纪
特点 大学探索 军事运用 商用成功 消费类电子 能源、居家
$/MIPS $100-$1,000 $10-$100 $1-$10 $0.1-$1 $0.01以下
三、发展与运用
上个世纪60年代计算机每秒可以完成百万 次操作，而1024点的DFT就需要百万次的复 数乘法运算。
3、可以实现模拟系统很难达 到的指标或特性
例如： 有限长单位脉冲响应数字滤波器可以实 现严格的线性相位； 在数字信号处理中可以将信号存储起来 ，用延迟的方法实现非因果系统，从而 提高了系统的性能指标； 数据压缩方法可以大大地减少信息传输 中的信道容量。
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。
(2)由低频走向高频，模数转 换器的采样频率已高达数百 兆赫，可以将视频甚至更高 频率的信号数字化后送入计 算机处理；
(3)由一维走向多维，像高分 辨率彩色电视、雷达、石油勘 探等多维信号处理的应用领域 已与数字信号处理结下了不解 之缘。
（4）各种数字信号处理系统 均几经更新换代
在图像处理方面，图像数据压缩是多媒体 通信、影碟机(VCD或DVD)和高清晰度电视 (HDTV)的关键技术。国际上先后制定的标 准H.261、JPEG、MPEG—1和MPEG—2中均使用 了离散余弦变换(DCT)算法。近年来发展起 来的小波(Wavelet)变换也是一种具有高压 缩比和快速运算特点的崭新压缩技术，应 用前景十分广阔，可望成为新一代压缩技 术的标准。
数字信号处理
Digital Signal Processing 绪论
从模拟到数字
1、留声机诞生于１８７７年 。它的发明人就是誉满全球 的发明大王爱迪生。
2、模拟系统经历了一个世纪 的历程。留声机→电唱机→ 钢丝录音机→磁带录音机
3、 １９８２年问世的CD唱 盘，是数字技术取代模拟技 术的典型产品。 CD唱盘只用 了５年就淘汰了唱片。