《数字信号处理科普》PPT课件

数字信号处理由三个词组成。信号是指那些代表一定意义的现象， 比如声音、动作、旗语、标志、光线等，它们可以用来传递人们想表达 的事情。所有的信号中，电信号是最常见的，因为它能让机器或电路处 理。
从信号的时间来看：时间是连续的、物理量也是连续的信号称为连 续时间信号或模拟信号。时间是离散的、物理量是连续的信号称为离散 时间信号或离散信号。
数字信号处理就是用计算机处理信号，其优点是精度高、变换 灵活、性能稳定、效率高、成本低、功能强大，对此模拟信号处理 望尘莫及。
数字信号处理的应用小到电子、大到天文地理，涉及通信、电 子仪器、自动控制、语音、声音、图形、图像、军事、工业、生物 医学、社会管理、金融证券、地球物理、航海、航空航天、家用电 器、广播电视等领域。
数字信号处理
杨毅明 人类的进步在于：能让机器完成的事
就让机器做。
数字信号处理介绍的是：如何将事物的运动变为一串数字，并用计算的方法从中提取 有用信息，满足实际应用的需求。
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简单介绍
第1章
数字信号处理在处理语音信号时：
将连续变化的声波变为连续变化的信号x(t)，经模数转换器变 为二进制的信号x(n)，数字信号处理器计算x(n)的平均值（计算方 法由编程者定），计算结果y(n)经数模转换器变为连续变化的信号 y(t)。
专业上称这种做法为滤波。滤波的系统称为数字滤波器，从信号
流动来分，它有两种结构：无限脉冲响应滤波器，有限脉冲响应
滤波器。
第7章
设计滤波器就像设计如何从 众多求职者中招聘对路的人才， 这里面也是需要技巧的。
设计无限脉冲响应滤波器，
可先设计模拟滤波器，然后用数学公式转变为数字滤波器；也可 用z变换的零极点图来设计，或以理想滤波器和实际滤波器的误 差为标准进行设计。
第10章
把数字信号处理付诸应用，可采用通用计算机，或专用集成
电路、可编程集成电路。不过事先要考虑成本，这就要考虑实际
的计算速度和数字精度。
由浅入深的三个应用实例，为你充实数字信号处理的体系。
这三个实例是：两人合唱的数字音效处理系统，小轿车车厢内的 噪声消除系统，数字蜂窝电话系统。
附录
通过344~349页的五个试验，你可以更好地将数字信号处理
数字信号处理从两个角度看问题： 第2章 1、从时间顺序看问题，把比较两段信号的相似程度变为相关
系数、相关函数，把处理信号的系统看作单位脉冲响应，用卷积处 理信号。 第3章 2、从物质成分看问题，将一段信号看作若干正弦波成分组成， 这种方法叫傅里叶变换或频谱。从频谱的意义看，处理信号就是筛 选正弦波。
数字是表示物理量大小的符号，十进制由0~9组成，二进制则由0和 1组成。用数字表示信号，只能近似地表示物理量在不同时刻的大小。
处理是指人们为了某种目的，用工具对事物进行一系列操作，以改 变事物的位置、形状、性质、功能等。有些信号处理的速度要求按照信 号的实际变化时间进行，这种信号处理称为实时信号处理，它对机器的 速度要求较高。
的理论和实践有机结合。这五个试验是：测量人耳辨别回音的最
小时间，观察一句话的频谱特点，双音多频的通信，滤除心电图
信号中的电网干扰，软件无线电的通信。
索引
书末的350~359页为读者设计了索引，它列出专业名词和解
释它们意思的页码，方便快速查找。
数字信号处理是科学家智慧的结晶，它饱含科学家解 决问题的认真态度和追求完美的精神。
写为
b
rxx (n) x( p)x * ( p n) pa
1 (当0 n N 1) RN (n) 0 (其它n)
还有正弦信号，其定义和波形是
x(n) Asin(n ) Ts (Ts是采样周期 , 是初始相位 )
数字角频率ω和模拟角频率Ω的关系由时间t和时序n的关系t=nTs获得。 还有周期信号，它满足关系式
x(n) x(n N) 或者 x(n) x(n N) (N是最小的正整数 )
详细第介绍1章 数字信号处理的概念 数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的一种理论和 技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。DSP也 是digital signal processor的简称，即数字信号处理器，它是集成专 用计算机的一种芯片，只有一枚硬币那么大。有时人们也将DSP看作是 一门应用技术，称为DSP技术与应用。
数字信号处理是一门学科，它研究怎样用数字表示信号、怎样用数 学描述信号处理、怎么处理信号效果最好。
例如，存储一个正弦波信号。直接存储在磁带上、隔一段时间测量 一次再将结果存在磁带上、将测量结果变成二进制再存在磁带上，这三 种方法没多大智慧。将该正弦波的幅度、频率和初相位算出来，然后再 保存在磁带上，这才叫智慧。
东西多了需要整理。信号也是一样，对它处理就能达到我们希望的 目的。要想了解信号的特点，就要对它进行分析和组合。
数字信号处理应用涉及的领域很广，此处列举一二。 在语音和声音处理领域，数字信号处理可以应用在语音编码、语音 压缩、语音合成、语音识别、语音音调的测定、语音增强、说话人辨认、 语音邮件、语音存储、声音的回声、声音的混响、唱歌的合唱效果、声 音探测、声音定位、文字变语音、语音变文字、数字音频、音频图形均 衡、音调控制、通道均衡、噪声整形、频带分离、确定响应对激励的滞 后时间、模式匹配、系统识别、消除噪声干扰等方面。 例如声音探测的应用。在检修埋藏在地下深处的输油管或水管时，
N na
求E对c的导数，可找到使误差最小的系数c0。用这个c0算出的最小 in (相对) 1 r r * (其r b na b
)
{ | x(n) |2 | y(n) |2}1/2
na
na
这个r叫相关系数，是判断两个信号相似性的重要参数。因为E不为
负，所以|r|=0~1；|r|越大，Emin 越小，y(n)与x(n)越相似。 实际应用中，经常用一段信号x(n)与另一个信号y(n)的很多段分别
带来意外的惊喜。傅里叶变换是频谱分析的理想公式，稍作修改 就可得到实用的离散傅里叶变换。
第5章
离散傅里叶变换虽有实用意义，不过需要数字计算才能实现；
若直接按定义计算，需要很多加法和乘法。快速傅里叶变换能上
百倍地减少离散傅里叶变换的计算量。这为数字信号处理从理论
走向应用铺平了道路。
第6章
从信号中提取有用内容，就像从众多正弦波中取出有用成分，
数字信号处理是信息技术产业的重要基础。例如，正弦波用幅 度、频率和初相位三个参数就可描述，在对信号
v(t) 2sin(2t) sin(6t 1) sin(11t 2)
进行通信时，最节省资源的方法是：传输它的九个参数。否则，需
要传输的数字将多之又多。 如何有效地让机器知道这九个参数，这就是数字信号处理要研
第8章
设计有限脉冲响应滤波器，可从无穷长的序列中截取一段获
得，也可对标准滤波器的频谱采样获得，还可根据理想滤波器和
实际滤波器的误差来设计。
第9章
数字信号的数字越多，越能贴近它所表示的真实信号，但也 带来了存储量和计算量越大的问题。提高效率的方法就是在不同 的场合使用不同的采样率。转换采样率也有诀窍，叫做抽取和内 插。
例如图像增强的应用。肉眼看不清楚的照片，感光器件却能感应出 来，灵敏的感光器件能精确地测量物体表面的明暗程度和色彩偏差。利 用数学公式对照片像素的数值进行某种类型的加工，可以获得希望的图
像效果。比如：保留变化较快的像素并排除变化较慢的像素，可以突出 图像的边缘和轮廓；放大像素的数值可以增强图像的明亮程度；等等。
准确地测定输油管或水管的裂口位置，可以避免全部管线开挖，减小维 修的工作量。
测量原理为 ty t0 ts , tx t0 ts , ty tx 2ts 。判断裂口的根据是，管道 裂口处液体流动的摩擦力较大，其摩擦声会沿着管道向两端传播。若在
怀疑有裂口的管线的两端安放声音传感器，它是把物理量转变成电量的 器件，可以拾取这两个摩擦声信号x(t)和y(t)。
利用互相关函数能辨别两个信号相似性的本领，对这两个摩擦声信 号做互相关函数的运算，可以算出x(t)和y(t)之间最相像的两段信号在 时间上的距离td=2ts。
根据速度、时间和距离的关系，裂口距离中间点的距离s=vtd/2，v 是声音沿管道传播的速度。
在图形和图像处理领域，数字信号处理可以应用在二维和三维的图 形处理、指纹识别、字符识别、汽车牌照识别、目标跟踪、分析卫星天 气照片、增强从月球传回的电视信号、增强从太空探测器传回的电视信 号、消除图像背景干扰、图像的表示、图像建模、图像压缩与传输、图 像存储、图像增强、图像的复原、图像的重建、图像去模糊、动画制作、 电视特技制作、图像噪声滤除、机器人视觉、模式识别、图像识别、色 彩调整、图像分析、图像编码、图像的边缘检测、传真、激光打印机、 扫描仪、复印机、图像缩放、电子地图等方面。
数字信号处理是现代信息技术产业的理论支柱。 数学是解决实际问题的工具。
第2章 时域的信号与系统
从时间的角度看问题是人们常用的一种方法。现在先从时间的角度 看信号与系统，看科学家如何用数学来解决问题。
大部分信号的自变量都是时间。为了学习方便，一般都以时间为自 变量，把信号看作时间的因变量。
为了让计算机能处理信号，必须用数字信号描述事物的变化，用数 字信号代替模拟信号。数字信号的自变量是离散的、因变量也是离散的。
第4章 根据相关函数、卷积或频谱等方法加工模拟信号，需要设计方 法，更需要讲求技巧。 首先要把模拟信号变为数字信号。模拟信号变为数字信号时， 数字可多也可少。多的数字有无穷多，这么做是蛮干；少的数字才 叫聪明，但不能太少。采样定理会告诉我们，最少的数字是多少。 频谱分析的基本公式很复杂，有的地方用z变换取代它，可以
后一种方法需要知道信号的特征，但机器不可能知道信号具有什么 特征，要用科学的方法才能让它知道信号的基本成分。
数字信号处理系统的结构可分为七部分，也可分为五部分，还可分 为三部分。