实时数字信号处理绪论
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现代数字信号处理第01讲1 第一章1：绪论.
武汉大学 电子信息学院 研究生课程
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Digital Signal Processing
Signals of interest can include sound, images, time-varying measurement values and sensor data, for example biological data such as electrocardiograms, control system signals, telecommunication transmission signals such as radio signals, and many others.
武汉大学 电子信息学院 研究生课程
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What is Digital Signal Processing?
源自Digital Signal Processing is the science of using computers to understand these types of data. This includes a wide variety of goals: filtering, speech recognition, image enhancement, data compression, neural networks, and much more. DSP is one of the most powerful technologies that will shape science and engineering in the twenty-first century. Suppose we attach an analog-to-digital converter to a computer, and then use it to acquire a chunk of real world data.
实时数字信号处理概述PPT课件
⑥配有中断处理器和定时控制器，可以很方便 地构成一个小规模系统；
⑦具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接 口。
2.2.2.2 DSP硬件比较
2.3 DSPs的选择和发展
DSP的应用范围十分广阔，不同的应用领域和不 同的性能需要不同类型的DSP。在军事和尖端科技领
域，对性能因素的考虑远远高于对成本等因素的考虑， 因而这一应用领域总是集中体现了当今最先进的DSP
综合起来，选择合适的DSP所应考虑的主要方面有： ①性能指标
指令速度MIPS或运算速度MFLOPS，考虑是否 必须多片并行处理。高速实时信号处理要求DSP处理 系统必须在限定时间内完成任务，或者在允许的输 出—输入响应迟延范围内，系统的数据输入／输出吞 吐率必须达到一定速度。
②精度和动态范围。数据字宽、定点／浮点；
⑦ 应用开发时间周期。应具备完善的开发调试工具， DSP本身易学易用；
⑧ 型号延续性。产品有较好的应用前景，或者未来有 兼容／替代型号，这要求生产厂家有相当实力，能在 芯片生产或开发调试系统上得到其它厂商的支持。
当选择一种DSP满足上述要求后，还应选择更具 体的类型，如速度、工作温度范围、封装等等。许多 DSP都提供了具备片内ROM型的产品，片内ROM可以 将定型的程序代码固化到DSP片内，从而减少了系统 的体积、功耗、电磁辐射干扰，速度也有所提高，当 大批量生产时可降低成本。但这种ROM几乎都是一次 性写入的，而且需要由厂家专门制作，其批量起点高 （万片），带来了很大的资金投入和生产风险，因此 对普通使用者 ，这些ROM 是无用的 。有些 DSP 如 TM320C31／C40，其片内有少量 ROM固化为加电引 导程序，供各种加载模式下自动调用。有些 DSP如 TM320F206，其片内则有FLASH。
⑦具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接 口。
2.2.2.2 DSP硬件比较
2.3 DSPs的选择和发展
DSP的应用范围十分广阔，不同的应用领域和不 同的性能需要不同类型的DSP。在军事和尖端科技领
域，对性能因素的考虑远远高于对成本等因素的考虑， 因而这一应用领域总是集中体现了当今最先进的DSP
综合起来，选择合适的DSP所应考虑的主要方面有： ①性能指标
指令速度MIPS或运算速度MFLOPS，考虑是否 必须多片并行处理。高速实时信号处理要求DSP处理 系统必须在限定时间内完成任务，或者在允许的输 出—输入响应迟延范围内，系统的数据输入／输出吞 吐率必须达到一定速度。
②精度和动态范围。数据字宽、定点／浮点；
⑦ 应用开发时间周期。应具备完善的开发调试工具， DSP本身易学易用；
⑧ 型号延续性。产品有较好的应用前景，或者未来有 兼容／替代型号，这要求生产厂家有相当实力，能在 芯片生产或开发调试系统上得到其它厂商的支持。
当选择一种DSP满足上述要求后，还应选择更具 体的类型，如速度、工作温度范围、封装等等。许多 DSP都提供了具备片内ROM型的产品，片内ROM可以 将定型的程序代码固化到DSP片内，从而减少了系统 的体积、功耗、电磁辐射干扰，速度也有所提高，当 大批量生产时可降低成本。但这种ROM几乎都是一次 性写入的，而且需要由厂家专门制作，其批量起点高 （万片），带来了很大的资金投入和生产风险，因此 对普通使用者 ，这些ROM 是无用的 。有些 DSP 如 TM320C31／C40，其片内有少量 ROM固化为加电引 导程序，供各种加载模式下自动调用。有些 DSP如 TM320F206，其片内则有FLASH。
《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?
数字信号处理绪论
模拟高通滤波器与数字高通滤波器的比较
c
x(n)
y (n)
xa (t)
R ya (t)
延时
a
信号处理的实现方法
基本上分为两种方法，一种是软件实现方法，另一种是 硬件实现方法。软件实现方法指的是按照原理和算法，自己 编写程序或者采用现成的程序在通用计算机上实现。硬件实 现指的是按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法 器、加法器、延时器、控制器、存储器以及输入输出接口部 件实现的一种方法。前者灵活，但速度慢，达不到实时处理 要求；后者速度快，但是不够灵活。
模拟 y(t)
转换器
信号
转换器 滤波器
处理器
（1）前置滤波器
将输入信号xa(t)中高于某一频率(称折叠频率，等 于抽样频率的一半)的分量加以滤除。
（2）A/D转换器
由模拟信号产生一个二进制流。在A/D变换器中 每隔T秒(抽样周期)取出一次xa(t)的幅度，抽样后的信 号称为离散信号。
（3）数字信号处理器(DSP)
▪ 直方图是这样一张二维的坐标系，其横轴代表的是 图像中的亮度，由左向右，从全黑逐渐过渡到全白； 纵轴代表的则是图像中处于这个亮度范围的像素的 相对数量。当直方图中的黑色色块偏向于左边时， 说明这张照片的整体色调偏暗，也可以理解为照片 欠曝。而当黑色色块集中在右边时，说明这张照片 整体色调偏亮，除非是特殊构图需要，否则我们可 以理解为照片过曝。
▪ 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。
雷达
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。(占60%）
▪ DSP主要应用于通信的热门产品中。如：蜂窝电话 （Cellular phone)、ADSL调制解调器、线缆调制解 调器(Cable modem)、蓝牙技术(bluetooth)产品， 数字电话应答机（digital telephone answering device)、全球定位系统（global positioning system,GPS），卫星电话(satellite phone)、电话 会议(conference speaker phone)、电视电话会议编 译码器(video conferencing code )、IP电话(voice over IP)、IP传真(fax over IP)、ATM电话(voice over ATM)、智能天线(smart antenna)、PCS用户端 (subscriber set)。
西交大数字信号处理课件-0绪论
西交大数字信号处理课件 -0绪论
• 绪论 • 信号与系统 • 数字信号处理的基本原理 • 数字信号处理的实现方法 • 数字信号处理的发展趋势与展望
01
绪论
数字信号处理简介
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及多 学科的交叉学科，主要研究如何利用数 字方法对信号进行采集、变换、分析和
将Z平面上的复数映射回时域，得到原始的 离散信号。
离散时间系统的稳定性
系统对输入信号的响应是否随时间无限增 长的性质。
离散时间系统的因果性和稳定性 关系
因果性保证系统对过去和现在输入的响应 只影响未来输出，稳定性则保证系统对输 入的响应不会无限增长。
离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）
傅里叶变换
将时域信号转换为频域信号，用于分析信号 的频域特性。
离散傅里叶变换（DFT）
对有限长度的离散信号进行傅里叶变换，得 到信号的频谱。
快速傅里叶变换（FFT）
高效计算DFT的算法，大幅度减少了计算量。
DFT和FFT的应用
频谱分析、滤波器设计、信号去噪等。
04
数字信号处理的实现方法
数字信号处理器的结构与特点
离散信号与系统
离散信号
在时间或数值上取样点的集合，通常由数字或符号表示。
离散系统
在离散时间点上对输入信号进行处理并产生输出信号的数学模型。
离散信号的特性
幅度、频率和相位。
离散系统的特性
线性、时不变性和因果性。
Z变换与离散时间系统
Z变换
逆Z变换
将离散信号映射到复平面上的数学工具， 用于分析信号的频域特性。
嵌入式应用
数字信号处理技术在嵌入式系 统中的应用越来越广泛，推动 了智能硬件的发展。
• 绪论 • 信号与系统 • 数字信号处理的基本原理 • 数字信号处理的实现方法 • 数字信号处理的发展趋势与展望
01
绪论
数字信号处理简介
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及多 学科的交叉学科，主要研究如何利用数 字方法对信号进行采集、变换、分析和
将Z平面上的复数映射回时域，得到原始的 离散信号。
离散时间系统的稳定性
系统对输入信号的响应是否随时间无限增 长的性质。
离散时间系统的因果性和稳定性 关系
因果性保证系统对过去和现在输入的响应 只影响未来输出，稳定性则保证系统对输 入的响应不会无限增长。
离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）
傅里叶变换
将时域信号转换为频域信号，用于分析信号 的频域特性。
离散傅里叶变换（DFT）
对有限长度的离散信号进行傅里叶变换，得 到信号的频谱。
快速傅里叶变换（FFT）
高效计算DFT的算法，大幅度减少了计算量。
DFT和FFT的应用
频谱分析、滤波器设计、信号去噪等。
04
数字信号处理的实现方法
数字信号处理器的结构与特点
离散信号与系统
离散信号
在时间或数值上取样点的集合，通常由数字或符号表示。
离散系统
在离散时间点上对输入信号进行处理并产生输出信号的数学模型。
离散信号的特性
幅度、频率和相位。
离散系统的特性
线性、时不变性和因果性。
Z变换与离散时间系统
Z变换
逆Z变换
将离散信号映射到复平面上的数学工具， 用于分析信号的频域特性。
嵌入式应用
数字信号处理技术在嵌入式系 统中的应用越来越广泛，推动 了智能硬件的发展。
数字信号处理知识点总结
数字信号处理第0章绪论1.数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
2.DSP系统构成输入抗混叠滤波A/DDSP芯片D/A平滑滤波输出输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行A/D（Analog to Digital）变换将信号变换成数字比特流。
根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍。
DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号。
3.信号的形式（1）连续信号在连续的时间范围内有定义的信号。
连续--时间连续。
（2）离散信号在一些离散的瞬间才有定义的信号。
离散--时间离散。
4.数字信号处理主要包括如下几个部分（1）离散时间信号与系统的基本理论、信号的频谱分析（2）离散傅立叶变换、快速傅立叶变换（3）数字滤波器的设计第一章离散时间信号一、典型离散信号定义1.离散时间信号与数字信号时间为离散变量的信号称作离散时间信号；而时间和幅值都离散化的信号称作为数字信号。
2.序列离散时间信号－时间上不连续上的一个序列。
通常定义为一个序列值的集合{x(n)}，n 为整型数，x(n)表示序列中第n 个样值，{·}表示全部样本值的集合。
离散时间信号可以是通过采样得到的采样序列x(n)=x a (nT)，也可以不是采样信号得到。
二．常用离散信号1.单位抽样序列（也称单位冲激序列）)(n δ⎩⎨⎧≠==0,00,1)(n n n δδ(n):在n=0时取值为12.单位阶跃序列)(n u ,⎩⎨⎧<≥=0,00,1)(n n n u 3.矩形序列，⎩⎨⎧=-≤≤=其它n N n n R N ,010,1)(4.实指数序列,)()(n u a n x n =，a 为实数5.正弦型序列)sin()(φω+=n A n x 式中，ω为数字域频率，单位为弧度。
15On 1-10()0sin nω()t 0sin Ω16.复指数序列nj e n x )(0)(ωσ+=7.周期序列如果对所有n 存在一个最小的正整数N ，使下面等式成立：)()(N n x n x +=，则称x(n)为周期序列，最小周期为N 。
数字信号处理讲义--绪论
第1章绪论[教学目的]1．介绍数字信号课程的应用、历史、发展趋势2．复习信号与系统中的相关知识点[教学重点与难点]重点：前沿领域的介绍。
难点：概述性的介绍和知识的回顾，无难点。
一、本课程简介数字信号处理(DSP )是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。
数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。
反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。
而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。
数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。
例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。
近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。
可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。
数字信号处理（DSP）是一门正在生气勃勃迅速发展的学科。
随着超大规模集成电路（VLSI）的出现和迅猛发展，DSP在理论和应用方面不断地发展和完善，在越来越多的应用领域中迅速取代传统的模拟信号处理方法，并且还开辟出许多新的应用领域。
基于高速数字计算机和超大规模数字集成电路的新算法、新实现技术、高速器件、多维处理和新的应用成为DSP学科发展方向和研究热点。
由于DSP应用非常广泛（如，生物医学工程，声学，雷达，地震，通信等），各个领域都需要大量高素质的DSP研究开发人才，所以数字信号处理课程得到学术界和大专院校的高度重视，并达到高度发展和逐步完善的水平。
数字信号处理绪论(2)
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29
(4)、容易大规模集成
由于数字部件具有高度规范性，便于大规模集 成、大规模生产，而对电路参数要求不严，故 产品成品率高。
尤其是对于低频信号：
例如，地震波分析需要过滤几赫兹到几十 赫兹信号，用模拟网络处理时，电感器、电容 器的数值、体积和重量都非常大，性能也不能 达到要求，而数字信号处理系统在这个频率却 非常优越。
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4
从不同角度分类电信号
（1）、一维信号、二维信号、矢量信号
信号的变量可以是时间，也可以是领串、 空间或其他的物理量。
若信号是一个变量(例如时间)的函数， 则称为一维信号；
若信号是两个变量(例如空间坐标x，y)
的函数，则称为二维信号；推而广之，若
信号是多个(例如M个， M ＞2)变量的函数，
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(7)、二维与多维处理
利用庞大的存储单元可以存储一帧或数 帧图像信号，实现二维甚至多维信号的 处理，包括二维或多维滤波、二维或多 维谱分析等。
由于数字信号处理的突出优点，使得它
在通信、语音、雷达、地震测报、声呐、
遥感、生物医学、电视、仪器中得到愈
来愈广泛的应用。
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五、数字信号处理的应用
输出均为数字信号。
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系统可分为线性的或非线性的。
系统可分为时(移)不变或时(移)变的。
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3．信号处理
信号处理：是研究用系统对含有信息的 信号进行处理(变换)，以获得人们所希望 的信号，从而达到提取信息、便于利用 的目的。
信号处理的内容
包括滤波、变换、检测、语分拆、估计、 压缩、识别等一系列的加工处理。
数字信号处理dsp绪论a
其中，m表示数的2补码的整数部分，n表示数的2补码
的小数部分，1位符号位，数的总字长为m+n+l位。表 示数的整数范围为-2m～2m -1，小数的最小分辨率为
2- n。表1-2给出了16种Q表示法及其所表示的十进制数
范围。
第1章
绪论
表1-2 Q表示法及其表示的十进制数范围
Q16.-1(-65536~65535或仍是(-32768~32767)单位2V)， Q17.-2(4V)……， Q-1.16(1/65536V)，Q-2.17 ……
第1章
绪论
DSP 与 单 片 机 相 比 速 度 要 快 得 多 。 如 果 以 TMS320C54x系列和51系列单片机相比：
上例DSP芯片可以单周期完成16位乘加并行操作及
数据存取操作，用时10ns(100MHz主频)。 51单片机是8位机， 16位乘要分成两部分交叉相乘， 然后相加，累加和移位要分成4部分。只有一个累加器 A承担所有运算，数据传送多。约需100条指令，以每 条指令用时0.2 μ S算，共用时20 μ S，比DSP慢2000倍。 实际差别没有这么大，此例用DSP长项比MCU短项。
OMAP59xx。
第1章
绪论
3. DSP的结构特点 DSP芯片与单片机的主要区别在于数值处理和高速控制。
DSP从结构上进行优化，使其更适合于数字信号处理中
大量的运算特点，从而高速实现IIR、FIR和FFT等数字信号 处理。针对实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统
和数据流程上做了大的改动。其特点如下：
第1章
绪论
数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)可 看成是功能更强大的单片机，特别是运算能力突出。 是现代电子技术、大规模集成电路、计算机技术和数 字信号处理技术相结合的产物，特别适合于数字信号
实时数字信号处理概述
➢ 输入通道重要：a.应用情况 ；b. 量化噪声（ADC为 主）；c.设计难度。
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5
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6
➢ 输出通道：DAC、重构滤波器、放大器（如CD 播放机） DAC：精度（位数）、采样频率（速度）、并串、 处理（内插滤波） 重构滤波器：低通、截止频率 放大器：变压器（差分变单端）、电流、电压、 带宽、驱动能力等
发展方向是：可重构、可软编辑件版无线电技术。
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2.4 实时数字信号处理系统的设计
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21
一、总体方案设计 现对如图所列各步骤作一简要说明。
在进行DSP系统设计之前，首先要明确设 计任务，给出设计任务书。在设计任务书中， 应该将系统要达到的功能描述准确、清楚。描 述的方式可以是人工语言，也可以是流程图或 算法描述。在此之后应该把设计任务书转化为 量化的技术指标，这些技术指标主要包括：
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8
2.2.2 DSP硬件
2.2.2.1 数字信号处理器的特点
实时数字信号处理技术的核心和标志是数字信 号处理器(DSPs)。第一个DSPs（TMS32010） 以来，处理器技术水平得到了十分迅速的提高， 而FFT等提出促进DSPs的发展。DSPs有别于普 通的科学计算与分析，它强调运算处理的高速实 时性，因此DSPs除了具备普通微处理器所强调的 高速运算和控制功能外，针对高速实时数字信号 处理，在处理器结构、指令系统、指令流程件设计
1、算法确定
采用通用计算机开发DSP软件，其优点：
①MATLAB、C/C++、DSP软件包能有效缩短
算法和软件的开发时间，另外C能移植到
DSP、FPGA硬件平台；
②易于调试和修改；
③基于磁盘文件输入输出操作易于实现，系统
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➢ 输出通道：DAC、重构滤波器、放大器（如CD 播放机） DAC：精度（位数）、采样频率（速度）、并串、 处理（内插滤波） 重构滤波器：低通、截止频率 放大器：变压器（差分变单端）、电流、电压、 带宽、驱动能力等
发展方向是：可重构、可软编辑件版无线电技术。
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2.4 实时数字信号处理系统的设计
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一、总体方案设计 现对如图所列各步骤作一简要说明。
在进行DSP系统设计之前，首先要明确设 计任务，给出设计任务书。在设计任务书中， 应该将系统要达到的功能描述准确、清楚。描 述的方式可以是人工语言，也可以是流程图或 算法描述。在此之后应该把设计任务书转化为 量化的技术指标，这些技术指标主要包括：
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2.2.2 DSP硬件
2.2.2.1 数字信号处理器的特点
实时数字信号处理技术的核心和标志是数字信 号处理器(DSPs)。第一个DSPs（TMS32010） 以来，处理器技术水平得到了十分迅速的提高， 而FFT等提出促进DSPs的发展。DSPs有别于普 通的科学计算与分析，它强调运算处理的高速实 时性，因此DSPs除了具备普通微处理器所强调的 高速运算和控制功能外，针对高速实时数字信号 处理，在处理器结构、指令系统、指令流程件设计
1、算法确定
采用通用计算机开发DSP软件，其优点：
①MATLAB、C/C++、DSP软件包能有效缩短
算法和软件的开发时间，另外C能移植到
DSP、FPGA硬件平台；
②易于调试和修改；
③基于磁盘文件输入输出操作易于实现，系统
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
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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
可编辑ppt
3
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。
实时数字信号处理
绪论
可编辑ppt
1
• 数字信号处理是一门发展迅速的重要学科，涉及面越来越 广泛，理论越来越深入，算法越来越复杂。
• 数字信号处理器是实现数字信号处理的首选器件，其体系 结构在设计上考虑了数字信号处理一般算法的特点。
• 音视频媒体处理应用普及，以及对操作控制方面的要求， 产生了将计算和控制有机融合在一个芯片上的趋势。
16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点
处理能力
片内存储器 （程序+数据）
电源电压 （V）
ห้องสมุดไป่ตู้
600MMACS 154K
1.5
600MMACS 58K
系列
型号
类型
Blackfin ADSP-21xx
ADSP-21535P ADSP-21532S ADSP-2191M ADSP-2195M ADSP-2196M ADSP-2188N ADSP-2189N ADSP-2187N ADSP-2185N ADSP-2186N ADSP-2184N ADSP-2188M ADSP-2189M ADSP-2185M ADSP-2186M
• 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
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11
数字信号处理器基本概念
• 数字系统的突出优点使其得到了广泛应用。
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8
数字信号处理系统及特点
• 设计的一般过程
– 事前准备阶段。确定系统性能指标、信号处理的各种具体要求。
– 2）算法模拟阶段。一个关键是要研究有效算法，高级语言验证。 例如，视频压缩算法要考虑到编码速率和编码质量，不同应用有 不同要求，因为二者具有矛盾性。
• 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
• 1980，NEC，uPD7720，第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。
• TI TMS320系列、ADI ADSP系列、Motolora的MC系列、 AT&T的DSPX系列、Zoran的ZR系列、Inmos的IMSA系 列、NEC的PD系列等。
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10
数字信号处理器基本概念
• TI
– 第一代DSP芯片TMS32010及系列产品 – 第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28等 – 第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32等 – 第四代DSP芯片TMS320C40/C44等 – 第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X等 – 第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等
– 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
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4
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5
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6
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
– 3）系统设计阶段。根据算法运算量、运算精度、接口、系统成本、 功耗等选择硬件并设计。根据算法和所选择的器件编写程序，一 般采用高级语言和汇编语言混合编程。
– 4）系统调试阶段。硬件调试一般采用硬件仿真器、示波器、逻辑 分析仪等进行。软件调试一般要借助于开发工具，如软件模拟器、 开发系统等。算法调试一般采用比较法，与高级语言算法模拟结 果的输出进行比较。
– 1）接口方便，符合工业标准的数字系统或设备在设计上都考虑了 兼容性
– 2）编程方便，数字器件一般具有可编程性 – 3）稳定性好，数字系统受环境温度以及噪声的影响较小 – 4）精度高，数字器件一般可实现16-bit、24-bit、32-bit数据，甚
至更高
– 5）可重复性好，数字系统基本上不受元器件参数变化的影响 – 6）集成方便，数字系统中的数字部件一般都有高度规范性
• 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
– 嵌入式媒体处理芯片 – 对称多核媒体处理器
• ADSP-BF561，对称双核嵌入式媒体处理器 • 实现更加复杂的计算和灵活的控制，更加有效的应用模式
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2
数字信号处理基本概念
• 世界上有各种各样需要研究的信号。 • 人们用感知认识世界、获取信息。 • 人们通过各种手段改变世界。 • 数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）
– 5）运行调试阶段。各个环节的配合对整体系统实时性的影响，以 及噪声、环境变化对稳定性的影响。重新设计、修改算法。
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9
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
– 1）通用计算机上软件实现。 – 2）通用计算机系统中专用加速处理机实现。 – 3）专用DSP芯片实现。 – 4）通用单片机实现。 – 5）FPGA实现。 – 6）通用可编程DSP实现。
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7
数字信号处理系统及特点
输入
抗混 叠滤 波器
数字
A/D
处理
D/A
器件
平滑 滤波
输出
• 数字系统有如下优点：
– 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
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3
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。
实时数字信号处理
绪论
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1
• 数字信号处理是一门发展迅速的重要学科，涉及面越来越 广泛，理论越来越深入，算法越来越复杂。
• 数字信号处理器是实现数字信号处理的首选器件，其体系 结构在设计上考虑了数字信号处理一般算法的特点。
• 音视频媒体处理应用普及，以及对操作控制方面的要求， 产生了将计算和控制有机融合在一个芯片上的趋势。
16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点 16位定点
处理能力
片内存储器 （程序+数据）
电源电压 （V）
ห้องสมุดไป่ตู้
600MMACS 154K
1.5
600MMACS 58K
系列
型号
类型
Blackfin ADSP-21xx
ADSP-21535P ADSP-21532S ADSP-2191M ADSP-2195M ADSP-2196M ADSP-2188N ADSP-2189N ADSP-2187N ADSP-2185N ADSP-2186N ADSP-2184N ADSP-2188M ADSP-2189M ADSP-2185M ADSP-2186M
• 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
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数字信号处理器基本概念
• 数字系统的突出优点使其得到了广泛应用。
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数字信号处理系统及特点
• 设计的一般过程
– 事前准备阶段。确定系统性能指标、信号处理的各种具体要求。
– 2）算法模拟阶段。一个关键是要研究有效算法，高级语言验证。 例如，视频压缩算法要考虑到编码速率和编码质量，不同应用有 不同要求，因为二者具有矛盾性。
• 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
• 1980，NEC，uPD7720，第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。
• TI TMS320系列、ADI ADSP系列、Motolora的MC系列、 AT&T的DSPX系列、Zoran的ZR系列、Inmos的IMSA系 列、NEC的PD系列等。
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数字信号处理器基本概念
• TI
– 第一代DSP芯片TMS32010及系列产品 – 第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28等 – 第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32等 – 第四代DSP芯片TMS320C40/C44等 – 第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X等 – 第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等
– 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
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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
– 3）系统设计阶段。根据算法运算量、运算精度、接口、系统成本、 功耗等选择硬件并设计。根据算法和所选择的器件编写程序，一 般采用高级语言和汇编语言混合编程。
– 4）系统调试阶段。硬件调试一般采用硬件仿真器、示波器、逻辑 分析仪等进行。软件调试一般要借助于开发工具，如软件模拟器、 开发系统等。算法调试一般采用比较法，与高级语言算法模拟结 果的输出进行比较。
– 1）接口方便，符合工业标准的数字系统或设备在设计上都考虑了 兼容性
– 2）编程方便，数字器件一般具有可编程性 – 3）稳定性好，数字系统受环境温度以及噪声的影响较小 – 4）精度高，数字器件一般可实现16-bit、24-bit、32-bit数据，甚
至更高
– 5）可重复性好，数字系统基本上不受元器件参数变化的影响 – 6）集成方便，数字系统中的数字部件一般都有高度规范性
• 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
– 嵌入式媒体处理芯片 – 对称多核媒体处理器
• ADSP-BF561，对称双核嵌入式媒体处理器 • 实现更加复杂的计算和灵活的控制，更加有效的应用模式
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数字信号处理基本概念
• 世界上有各种各样需要研究的信号。 • 人们用感知认识世界、获取信息。 • 人们通过各种手段改变世界。 • 数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）
– 5）运行调试阶段。各个环节的配合对整体系统实时性的影响，以 及噪声、环境变化对稳定性的影响。重新设计、修改算法。
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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
– 1）通用计算机上软件实现。 – 2）通用计算机系统中专用加速处理机实现。 – 3）专用DSP芯片实现。 – 4）通用单片机实现。 – 5）FPGA实现。 – 6）通用可编程DSP实现。
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数字信号处理系统及特点
输入
抗混 叠滤 波器
数字
A/D
处理
D/A
器件
平滑 滤波
输出
• 数字系统有如下优点：