《数字信号处理》PPT课件_01_绪论
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数字信号处理课件ppt
| rws (k ) |2
2 w
1 dz 1 C Sss ( z) H opt ( z)S xs ( z ) z 2πj
通过前面的分析, 因果维纳滤波器设计的一般方法可以按 下面的步骤进行：
(1) 根据观测信号x(n)的功率谱求出它所对应的信号模型的
传输函数，即采用谱分解的方法得到B(z)。 S xs ( z) (2) 求 B( z 1 ) 的Z反变换，取其因果部分再做Z变换，即 S xs ( z ) 舍掉单位圆外的极点，得 B( z 1 ) (3) 积分曲线取单位圆，应用（2.3.38）式和（2.3.39）式，计 算Hopt(z), E［|e(n)|2］min。
1 ˆ' rxx (m) N
N |m|1
n 0
x ( n ) x ( n m)
平稳随机序列通过线性系统：
y (n)
k
h( k ) x ( n k )
k
m y E[ y (n )]
h(k ) E[ x(n k )]
k
ryy (m)
m0
k=0, 1, 2, …
利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程:
x(n)=s(n)+υ (n)
H(z) (a)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
x(n)
1 B( z )
w(n)
G(z) (b)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
图2.3.5 利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程
D (m)
2 x
rxx (m)
2 x (m)
《数字信号处理》课件
特点
数字信号处理具有精度高、稳定性好、灵活性大、易于实现和可重复性好等优 点。它克服了模拟信号处理系统中的一些限制，如噪声、漂移和温度变化等。
数字信号处理的重要性
数字信号处理是现代通信、雷达、声 呐、语音、图像、控制、生物医学工 程等领域中不可或缺的关键技术之一 。
随着数字技术的不断发展，数字信号 处理的应用范围越来越广泛，已经成 为现代信息处理技术的重要支柱之一 。
04 数字信号变换技术
CHAPTER
离散余弦变换
总结词
离散余弦变换（DCT）是一种将离散信号变换到余弦函数基 的线性变换。
详细描述
DCT被广泛应用于图像和视频压缩标准，如JPEG和MPEG， 因为它能够有效地去除信号中的冗余，从而减小数据量。 DCT通过将信号分解为一系列余弦函数的和来工作，这些余 弦函数具有不同的大小和频率。
雷达信号处理
雷达目标检测
利用数字信号处理技术对雷达回 波数据进行处理和分析，实现雷 达目标检测和跟踪。
雷达测距和测速
通过数字信号处理技术，对雷达 回波数据进行处理和分析，实现 雷达测距和测速。
雷达干扰抑制
利用数字信号处理技术对雷达接 收到的干扰信号进行抑制和滤除 ，提高雷达的抗干扰能力。
谢谢
THANKS
《数字信号处理经典》ppt课 件
目录
CONTENTS
• 数字信号处理概述 • 数字信号处理基础知识 • 数字滤波器设计 • 数字信号变换技术 • 数字信号处理的应用实例
01 数字信号处理概述
CHAPTER
定义与特点
定义
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及信号的获 取、表示、变换、分析和综合的理论和技术。它以数字计算为基础，利用数字 计算机或其他数字硬件来实现信号处理的方法。
数字信号处理具有精度高、稳定性好、灵活性大、易于实现和可重复性好等优 点。它克服了模拟信号处理系统中的一些限制，如噪声、漂移和温度变化等。
数字信号处理的重要性
数字信号处理是现代通信、雷达、声 呐、语音、图像、控制、生物医学工 程等领域中不可或缺的关键技术之一 。
随着数字技术的不断发展，数字信号 处理的应用范围越来越广泛，已经成 为现代信息处理技术的重要支柱之一 。
04 数字信号变换技术
CHAPTER
离散余弦变换
总结词
离散余弦变换（DCT）是一种将离散信号变换到余弦函数基 的线性变换。
详细描述
DCT被广泛应用于图像和视频压缩标准，如JPEG和MPEG， 因为它能够有效地去除信号中的冗余，从而减小数据量。 DCT通过将信号分解为一系列余弦函数的和来工作，这些余 弦函数具有不同的大小和频率。
雷达信号处理
雷达目标检测
利用数字信号处理技术对雷达回 波数据进行处理和分析，实现雷 达目标检测和跟踪。
雷达测距和测速
通过数字信号处理技术，对雷达 回波数据进行处理和分析，实现 雷达测距和测速。
雷达干扰抑制
利用数字信号处理技术对雷达接 收到的干扰信号进行抑制和滤除 ，提高雷达的抗干扰能力。
谢谢
THANKS
《数字信号处理经典》ppt课 件
目录
CONTENTS
• 数字信号处理概述 • 数字信号处理基础知识 • 数字滤波器设计 • 数字信号变换技术 • 数字信号处理的应用实例
01 数字信号处理概述
CHAPTER
定义与特点
定义
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及信号的获 取、表示、变换、分析和综合的理论和技术。它以数字计算为基础，利用数字 计算机或其他数字硬件来实现信号处理的方法。
《数字信号处理导论》绪论 ppt课件
DSP技术已成为人们日益关注的并
得到迅速发展的前沿技术
1. 数字信号处理的任务
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
用于危重病房（intensive care unit，ICU）的心电 自动监护仪的作用是监护病人的心电状态（同时也包 括其他生理参数，如血压、呼吸等），它应能实时地 显示和存储病人的心电波形，并根据心电图的异常来 自动决定是否给出报警。一个实际的心电监护仪由心 电放大器、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。
Why digital?
（3）Stability
Analog system：the characteristics of analog
system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity
processor speed.
We still need analog processing
（2）Processing very high frequency signals
Analog system：may process microwave, minimeter-wave, even light wave signals.
生物医学工程
Ultrasound
CT (Computed Tomography)
MRI(Magnetic Resonance Imaging)
Gamma knife
Hearing Aid
Why digital?
得到迅速发展的前沿技术
1. 数字信号处理的任务
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
用于危重病房（intensive care unit，ICU）的心电 自动监护仪的作用是监护病人的心电状态（同时也包 括其他生理参数，如血压、呼吸等），它应能实时地 显示和存储病人的心电波形，并根据心电图的异常来 自动决定是否给出报警。一个实际的心电监护仪由心 电放大器、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。
Why digital?
（3）Stability
Analog system：the characteristics of analog
system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity
processor speed.
We still need analog processing
（2）Processing very high frequency signals
Analog system：may process microwave, minimeter-wave, even light wave signals.
生物医学工程
Ultrasound
CT (Computed Tomography)
MRI(Magnetic Resonance Imaging)
Gamma knife
Hearing Aid
Why digital?
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
数字信号处理基础pptDSP第01章
例1-10 h(n)= anu(n) 该系统是因果系统，当0< |a| < 1时系统稳定
§1.4 N阶线性常系数差分方程
无限脉冲响应系统（IIR, Infinite Impulse Response）
M
N
y(n) bm x(n m) ak y(n k)，ak、bm是常数
m0
k 1
ak有非零值
n的有效
有效
n的有效
区间范围 数据长度 区间范围
有效 数据长度
x(n) [0, M1]
M
h(n) [0, N1]
N
y(n) [0, MN2] MN1
[nxl, nxu]
[nhl, nhu]
[nxl nhl, nxu nhu]
nxunxl1
nhunhl1
nxu nhu nxlnhl1
x(n)={1, 2, 3}，0 n 2， M = 3 h(n)={1, 2, 2, 1}，0 n 3， N = 4 y(n)={1, 4, 9, 11, 8, 3}，0 n 5，M N 1 = ulse Response）
M
y(n) bm x(n m)
m0
差分方程的求解方法 ➢时域方法
例1-8 T[ x1(n)] nx1(n) x1(n 1) 3 T[ x2 (n)] nx2 (n) x2 (n 1) 3 T[ax1(n) bx2 (n)] n[ax1(n) bx2 (n)] ax1(n 1) bx2 (n 1) 3
≠ aT[ x1(n)] bT[ x2 (n)] n[ax1(n) bx2(n)] ax1(n 1) bx2(n 1) 3(a b)
T[ax1(n) bx2 (n)] aT[ x1(n)] bT[ x2(n)]
数字信号处理ppt第一章
1-1 离散时间信号-序列传递信息的函数连续离散化x(-2)x(-1)x(0)x(1)x(2)序列⎪⎧−⎪⎩⎪⎨111(1,02(2x (n)11/21/41/8...(x(n+1) 11/21/41/8n=0⎪⎧⎪⎩⎪⎨1(1,02(2...1/81/41/21x (-n)x (n)11/21/41/8...⎪(x(n)11/21/41/8…y(n)1231/21/43/23/29/4Z(n).……1/4, 211 (⎪⎪⎪⎨+1)(1)(1(,2nx(n) x(mn), m x (2n)131/4x (n)1231/21/4x(n) x(n/m), mx(n)12 1/2x(n/2)12 1/2-2。
折迭(翻褶),位移,相乘,相加。
翻褶相乘，相加得位移相乘，相加得1/213/20121012301231/213/2-2-1x (m)01231/213/20-11x (m)翻褶位移1对应相乘，逐个相加。
3132510123110213123111212311121212=×=×+×+×+×=×+×+×=×+×=×3/235/23/21/21()n δ1-1()m n −δ...a ax (n)-3-2-10123453−a 2a a3−a 2a 0a δ(n+3)δ(n-2)δ(n-6)1()m δ3−a 02a a x (m)( x)n1-2 线性移不变系统y(n) (n)离散时间系统T[x(n)]线性系统具有均匀性和迭加性。
*加权信号和的响应=响应的加权和。
*先运算后系统操作=先系统操作后运算。
移不变*移（时）不变*系统操作=函数操作T[δ(n)]x(n)y(n)线性移不变系统h(n)交换律结合律加法的分配律h1(n)+h2(n)x(n)h1(n)h2(n)⊕y(n)x(n)h 1(n)x (n)h 2(n)w(n)输出取决于此刻以前时刻( h)n1-3 常系数线性差分方程离散时间线性移不变系统(n)y(n)x。
数字信号处理DigitalSignalProcessingppt课件
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。
17
5. 数字信号处理的应用领域
▪ 语音处理
▪ 语音信号分析 ▪ 语音合成 ▪ 语音识别 ▪ 语音增强 ▪ 语音编码
▪ 图像处理：恢复，增强，去噪，压缩 ▪ 通信：信源编码，信道编码 ，多路复用，数据压缩 ▪ 电视 ：高清晰度电视，可视电话，视频会议 ▪ 雷达：对目标探测，定位，成像
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。
15
▪ 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。
▪ 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。
22
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。
5
▪ 信息科学
▪ 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
17
5. 数字信号处理的应用领域
▪ 语音处理
▪ 语音信号分析 ▪ 语音合成 ▪ 语音识别 ▪ 语音增强 ▪ 语音编码
▪ 图像处理：恢复，增强，去噪，压缩 ▪ 通信：信源编码，信道编码 ，多路复用，数据压缩 ▪ 电视 ：高清晰度电视，可视电话，视频会议 ▪ 雷达：对目标探测，定位，成像
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。
15
▪ 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。
▪ 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。
22
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。
5
▪ 信息科学
▪ 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
《数字信号处理引言》PPT课件
的应用、信号的频率分析、LTI系统的频域分析、信 号的采样与重建、离散傅里叶变换的特性及应用、 快速傅里叶变换算法、离散时间系统的实现、数字 滤波器设计。 后4章介绍了高级数字信号处理，包括多速率数字信 号处理、线性预测和最优线性滤波器、自适应滤波 器以及功率谱估计。 附录A介绍随机数发生器，附录B摘录了用于线性相 位FIR滤波器设计的转换系数表。最后，作者还给出 了参考书目及精选习题答案。
本课程的目的是介绍一些数字信号处理基本的 分析工具和相关的技术。
主要介绍离散时间信号、系统和现代数字处理 的基础知识，以及它们在电子工程、计算机工 程和计算机科学等专业方面的应用。
精选ppt
5
主要内容
本书共分为14章及2个附录.
前10章讲述了基本数字信号处理知识，依次为:绪论、
离散时间信号与系统、 变换z 及其在LTI系统分析中
把数字信号处理系统中用程序实现的数学方 法叫做算法。讨论用软件或硬件的方法来实 现对信号的处理。
数字信号处理的关键问题就是找到高效、快 速、容易实现的算法来解决诸如滤波、相关 和频谱分析等一系列的问题。
精选ppt
18
1 数字信号处理系统的基本组成
科学和工程领域的大多数信号在本质上都是模拟的，即信号 所对应函数中的变量是连续变化的，变量的取值范围也是连 续区间。
主要内容(B)
第3章介绍 z 变换，包括双边 z 变换和单边z 变换，并给出了确定逆z 变换的方法。论述 了在LTI系统的分析过程中如何使用 z 变换， 证实了系统的重要特性都与 域特z 征有关，
如因果性和稳定性。
第4章论述频域中的信号分析。描述了连续时 间信号和离散时间信号的傅里叶级数和傅里 叶变换。
近似地表示
一段语音信号:
本课程的目的是介绍一些数字信号处理基本的 分析工具和相关的技术。
主要介绍离散时间信号、系统和现代数字处理 的基础知识，以及它们在电子工程、计算机工 程和计算机科学等专业方面的应用。
精选ppt
5
主要内容
本书共分为14章及2个附录.
前10章讲述了基本数字信号处理知识，依次为:绪论、
离散时间信号与系统、 变换z 及其在LTI系统分析中
把数字信号处理系统中用程序实现的数学方 法叫做算法。讨论用软件或硬件的方法来实 现对信号的处理。
数字信号处理的关键问题就是找到高效、快 速、容易实现的算法来解决诸如滤波、相关 和频谱分析等一系列的问题。
精选ppt
18
1 数字信号处理系统的基本组成
科学和工程领域的大多数信号在本质上都是模拟的，即信号 所对应函数中的变量是连续变化的，变量的取值范围也是连 续区间。
主要内容(B)
第3章介绍 z 变换，包括双边 z 变换和单边z 变换，并给出了确定逆z 变换的方法。论述 了在LTI系统的分析过程中如何使用 z 变换， 证实了系统的重要特性都与 域特z 征有关，
如因果性和稳定性。
第4章论述频域中的信号分析。描述了连续时 间信号和离散时间信号的傅里叶级数和傅里 叶变换。
近似地表示
一段语音信号:
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S.K.Mitra, 陈怀琛.
阔永红. 数字信号处理—基于计算机 的方法（第4版）.电子工业出版社，2011.10. 数字信号处理教程—MATLAB释义与实现 （第3版）. 电子工业出版社，2013.8.
高西全，丁玉美. 奥本海姆.
数字信号处理（第3版）. 西安 电子科技大学出版社，2013.2. 离散时间信号处理（第3版）. 清华大 学出版社，2015.1.
关于数字信号处理的学习
作为一门课程，学好数字信号处理和学好其他课程有 着共同的要求。下面是几点特殊的要求：
（ 1）特别要注意加深概念的理解，不要只停留在死记 数学公式上 （2）通过应用来加深理解和记忆
特别希望大家在学习的过程中一定要重视利用
MATLAB来完成实际的信号处理任务
（3）尽可能的多看一些国外的教科书及有关文献
数字信号处理
什么是数字信号(Digital Signals)? 数字信号是独立时间变量和幅值均离散的信号 什么是数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)？ DSP是利用计算机或专用数字硬件，以数值计算的方法 对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理， 借以达到提取信息和便于应用的目的的一门学科 数字信号处理的任务：
精度高
1.3 DSP的基本原理
数字信号的产生
x(t )
抽样
Sampling
x(nT )
量化
Quantization
x[n]
Quantum:量子
xm x0
x(t )
xN
x[n]
t
x2 x1
12
n
连续时间信号
数字信号
模拟信号的数字化
数码 量化电平 数字信号
采样保持信号
量化电平
模拟信号
数字信号转化成模拟信号
dt=0.001;t=0:dt:Tsgl; % 建立连续自变量向量 xa=sqrt(t)+cos(t); % 原始的连续时间信号xa(t) T=0.5;n=0:Tsgl/T; % T为采样周期，建立离散自变量向量 x=sqrt(n*T)+cos(n*T); % 采样周期为T的离散时间信号x(n) deltax=0.5; % deltax为x的量化单位 xq=round(x/deltax)* deltax; % 舍入量化后的数字信号xq % Output
例2：对于一个4位的电压模数转换器(ADC) ，如果将参考 设为1V，那么输出的信号有0000、0001、0010、0011、 0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、 1100、1101、1110、1111，16种编码，分别代表输入电压 在0V-0.0625V, 0.0626V-0.125V, ......0.9376V-1V。分 为16个等级编码（比较精确）当一个0.8V的信号输入时， 转换器输出的数据为? 作业2：例2的答案，写出求解过程
信号处理
信号处理系统分类： 模拟信号处理：主要建立在连续时间信号(模拟信号) 及连续时间系统(模拟系统)的基础上； 数字信号处理：针对数字信号和数字系统，用数值计 算的方法，完成对数字信号的处理(检测、滤波、参 数估计）
信号处理的任务： 频谱分析 信号的过滤与检测 参数的提取与估计 目地是使信号便于使用，易于识别
（4）自学：特别是快速学习的能力
1.2 DSP的基本概念
信号分类
物理分类
电信号 信号
（传感器）
模拟信号
（采样）
抽样信号
（量化）
离散信号
数字信号
非电信号
数学分类
确定信号与随机信号
信号
线性信号与非线性信号
信 号
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)
s 2M
N 2M 奈奎斯特频率：
抽样、采样、取样：sampling
• 实际抽样
x(t )
x(t )
x p (t )
抽样保持
x0 (t )
x0 (t )
T
p(t )
T
零阶保持器 x p (t )
A/D转换器
x[n]
t
T
x0 (t )
x[n]
t
T
n
模数转换器(Analog-to-Digital Converter)
模拟信号的数字处理系统
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 x(t) 采样 t 保持
y(t )
x(tn)
模拟滤波器
y a (t )
x(n) 模数 tn 转换 n
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：
ADC0809芯片
Interrupt
D0 D0
Memory
x[0]
x(t )
ADC 0809
D7 D7
x[1]
x[2]
x[k ]
Start
Digital signal
Timer
Single-chip computer
T
用电路的方式来表示数字信号时，常见的有十进 制的方法和二进制的方法。
十进制：0~9，十种状态（很难判断干扰，不易消除干扰）
xa (t )
x ( n)
5 3 7 4 4 -1 n
T 2T
t
0 1 2 3 4
-3
数字信号处理器： x ( n)
y ( n)
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
Program 1_1:
clear all; close all; clc; Tsgl = 6; % 信号长度
数字信号处理 第1章 绪论
龚家元 讲师（博士） 湖北汽车工业学院
主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 DSP课程简介 DSP的基本概念 DSP的基本原理 DSP的典型应用 DSP的研究进展
1.1 DSP课程简介
课程内容
数字信号处理：继信号与系统又一门重要的
专业基础课。
本课程主要研究内容：数字信号分析与处 理中的基本理论与算法原理
本课程的特点：
理论性强:是指在综合应用众多的数学、电
路理论、信号、系统和信息等领域知识的基础 之上，发展并形成了自己丰富的理论体系
实践性强:一方面是指该学科的理论目前已
成为众多新兴学科（如现代通信理论、自动控 制、模式识别、故障诊断等）的重要理论基础; 另一方面是指数字信号处理的应用极其广泛， 如在通信、控制、仪表、电力等领域都有着广 泛的应用。可以说，凡是和“信号”有关的学 科领域都要用到DSP
离散时间信号的傅里叶变换（DTFT） z变换 离散傅里叶变换（DFT） 快速傅里叶变换（FFT） 数字系统的基本网络结构 数字滤波器及其设计
FIR滤波器设计 快速傅立叶变换
IIR滤波器设计 数字滤波器基本结构
绪 论
离散傅立叶变换
序列的变换域分析（傅立叶变换、z变换）
离散时间信号与系统（时域）
时分复用 更有效地利用频道资源，可以传输几百套节目， 在模拟电视信号中，只能传输几十套 可获得高性能指标 频谱分辨率：模拟方法 10Hz 数字方法 10^(-3)Hz 便于二维与多维处理 用存储一帧或数帧图象信号，实现二、多维处理， 传输信号的质量比较高 处理速度不够高，目前高速芯片工作频率已达GHz 数字系统的设计和结构复杂，价格较高 大功率的模拟系统，数字系统无法替代（如功率 放大器）
DSP技术
=
+
DSP算法
本课程的任务
数字信号处理概貌
在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里 叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处理这一学科的开 端,FFT是20世纪科学与工程计算领域的十大算法之一 数字信号处理的基本工具：微积分，概率统计，数值 分析，复变函数，随机过程，高等代数，近世代数 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) 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
作业1：20世纪十大算法包括哪些、各算法的具体内容，并注 明原始文献
数字信号处理的特点：
精度高 模拟系统：由元器件确定（10-3）； 数字系统：由字长确定（单精度、双精度等） 灵活性高 数字系统的性能主要由乘法器的系数决定 可靠性高 抗干扰能力比较强，只有“0”和“1”两个电平， 受温度噪声影响小 容易大规模集成 规范性高，电路参数要求不高
subplot(1,2,1), hold on, grid on plot(t,xa,':'), % 画出连续时间信号曲线 plot(n*T,x,'o') % 画出离散时间信号曲线 stem(n*T,xq,'*') % 画出画出数字信号曲线 legend('连续信号xa','离散时间信号x','数字信号xq') % 画出图例标注 subplot(1,2,2) stairs(n*T,xq), grid on % 画出数字信号采样保持后恢复的连续信号曲线 legend('将数字信号采样保持') % 画出图例标注 set(gcf,'color','w') % 将图的背景色置为白色
阔永红. 数字信号处理—基于计算机 的方法（第4版）.电子工业出版社，2011.10. 数字信号处理教程—MATLAB释义与实现 （第3版）. 电子工业出版社，2013.8.
高西全，丁玉美. 奥本海姆.
数字信号处理（第3版）. 西安 电子科技大学出版社，2013.2. 离散时间信号处理（第3版）. 清华大 学出版社，2015.1.
关于数字信号处理的学习
作为一门课程，学好数字信号处理和学好其他课程有 着共同的要求。下面是几点特殊的要求：
（ 1）特别要注意加深概念的理解，不要只停留在死记 数学公式上 （2）通过应用来加深理解和记忆
特别希望大家在学习的过程中一定要重视利用
MATLAB来完成实际的信号处理任务
（3）尽可能的多看一些国外的教科书及有关文献
数字信号处理
什么是数字信号(Digital Signals)? 数字信号是独立时间变量和幅值均离散的信号 什么是数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)？ DSP是利用计算机或专用数字硬件，以数值计算的方法 对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理， 借以达到提取信息和便于应用的目的的一门学科 数字信号处理的任务：
精度高
1.3 DSP的基本原理
数字信号的产生
x(t )
抽样
Sampling
x(nT )
量化
Quantization
x[n]
Quantum:量子
xm x0
x(t )
xN
x[n]
t
x2 x1
12
n
连续时间信号
数字信号
模拟信号的数字化
数码 量化电平 数字信号
采样保持信号
量化电平
模拟信号
数字信号转化成模拟信号
dt=0.001;t=0:dt:Tsgl; % 建立连续自变量向量 xa=sqrt(t)+cos(t); % 原始的连续时间信号xa(t) T=0.5;n=0:Tsgl/T; % T为采样周期，建立离散自变量向量 x=sqrt(n*T)+cos(n*T); % 采样周期为T的离散时间信号x(n) deltax=0.5; % deltax为x的量化单位 xq=round(x/deltax)* deltax; % 舍入量化后的数字信号xq % Output
例2：对于一个4位的电压模数转换器(ADC) ，如果将参考 设为1V，那么输出的信号有0000、0001、0010、0011、 0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、 1100、1101、1110、1111，16种编码，分别代表输入电压 在0V-0.0625V, 0.0626V-0.125V, ......0.9376V-1V。分 为16个等级编码（比较精确）当一个0.8V的信号输入时， 转换器输出的数据为? 作业2：例2的答案，写出求解过程
信号处理
信号处理系统分类： 模拟信号处理：主要建立在连续时间信号(模拟信号) 及连续时间系统(模拟系统)的基础上； 数字信号处理：针对数字信号和数字系统，用数值计 算的方法，完成对数字信号的处理(检测、滤波、参 数估计）
信号处理的任务： 频谱分析 信号的过滤与检测 参数的提取与估计 目地是使信号便于使用，易于识别
（4）自学：特别是快速学习的能力
1.2 DSP的基本概念
信号分类
物理分类
电信号 信号
（传感器）
模拟信号
（采样）
抽样信号
（量化）
离散信号
数字信号
非电信号
数学分类
确定信号与随机信号
信号
线性信号与非线性信号
信 号
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)
s 2M
N 2M 奈奎斯特频率：
抽样、采样、取样：sampling
• 实际抽样
x(t )
x(t )
x p (t )
抽样保持
x0 (t )
x0 (t )
T
p(t )
T
零阶保持器 x p (t )
A/D转换器
x[n]
t
T
x0 (t )
x[n]
t
T
n
模数转换器(Analog-to-Digital Converter)
模拟信号的数字处理系统
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 x(t) 采样 t 保持
y(t )
x(tn)
模拟滤波器
y a (t )
x(n) 模数 tn 转换 n
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：
ADC0809芯片
Interrupt
D0 D0
Memory
x[0]
x(t )
ADC 0809
D7 D7
x[1]
x[2]
x[k ]
Start
Digital signal
Timer
Single-chip computer
T
用电路的方式来表示数字信号时，常见的有十进 制的方法和二进制的方法。
十进制：0~9，十种状态（很难判断干扰，不易消除干扰）
xa (t )
x ( n)
5 3 7 4 4 -1 n
T 2T
t
0 1 2 3 4
-3
数字信号处理器： x ( n)
y ( n)
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
Program 1_1:
clear all; close all; clc; Tsgl = 6; % 信号长度
数字信号处理 第1章 绪论
龚家元 讲师（博士） 湖北汽车工业学院
主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 DSP课程简介 DSP的基本概念 DSP的基本原理 DSP的典型应用 DSP的研究进展
1.1 DSP课程简介
课程内容
数字信号处理：继信号与系统又一门重要的
专业基础课。
本课程主要研究内容：数字信号分析与处 理中的基本理论与算法原理
本课程的特点：
理论性强:是指在综合应用众多的数学、电
路理论、信号、系统和信息等领域知识的基础 之上，发展并形成了自己丰富的理论体系
实践性强:一方面是指该学科的理论目前已
成为众多新兴学科（如现代通信理论、自动控 制、模式识别、故障诊断等）的重要理论基础; 另一方面是指数字信号处理的应用极其广泛， 如在通信、控制、仪表、电力等领域都有着广 泛的应用。可以说，凡是和“信号”有关的学 科领域都要用到DSP
离散时间信号的傅里叶变换（DTFT） z变换 离散傅里叶变换（DFT） 快速傅里叶变换（FFT） 数字系统的基本网络结构 数字滤波器及其设计
FIR滤波器设计 快速傅立叶变换
IIR滤波器设计 数字滤波器基本结构
绪 论
离散傅立叶变换
序列的变换域分析（傅立叶变换、z变换）
离散时间信号与系统（时域）
时分复用 更有效地利用频道资源，可以传输几百套节目， 在模拟电视信号中，只能传输几十套 可获得高性能指标 频谱分辨率：模拟方法 10Hz 数字方法 10^(-3)Hz 便于二维与多维处理 用存储一帧或数帧图象信号，实现二、多维处理， 传输信号的质量比较高 处理速度不够高，目前高速芯片工作频率已达GHz 数字系统的设计和结构复杂，价格较高 大功率的模拟系统，数字系统无法替代（如功率 放大器）
DSP技术
=
+
DSP算法
本课程的任务
数字信号处理概貌
在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里 叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处理这一学科的开 端,FFT是20世纪科学与工程计算领域的十大算法之一 数字信号处理的基本工具：微积分，概率统计，数值 分析，复变函数，随机过程，高等代数，近世代数 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) 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
作业1：20世纪十大算法包括哪些、各算法的具体内容，并注 明原始文献
数字信号处理的特点：
精度高 模拟系统：由元器件确定（10-3）； 数字系统：由字长确定（单精度、双精度等） 灵活性高 数字系统的性能主要由乘法器的系数决定 可靠性高 抗干扰能力比较强，只有“0”和“1”两个电平， 受温度噪声影响小 容易大规模集成 规范性高，电路参数要求不高
subplot(1,2,1), hold on, grid on plot(t,xa,':'), % 画出连续时间信号曲线 plot(n*T,x,'o') % 画出离散时间信号曲线 stem(n*T,xq,'*') % 画出画出数字信号曲线 legend('连续信号xa','离散时间信号x','数字信号xq') % 画出图例标注 subplot(1,2,2) stairs(n*T,xq), grid on % 画出数字信号采样保持后恢复的连续信号曲线 legend('将数字信号采样保持') % 画出图例标注 set(gcf,'color','w') % 将图的背景色置为白色