《数字信号处理》绪论第一章(2011)

数字信号处理——原理、实现及应用

电子信息工程系：陈玲

讲授内容

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绪论--DSP的发展和应用 时域离散信号与时域离散系统 时域离散信号与系统的频域分析 离散傅里叶变换(DFT) 快速付里叶变换(FFT) 时域离散系统的网络结构 无限脉冲响应数字滤波器的设计 有限脉冲响应数字滤波器的设计

绪论

DSP的发展和应用

主要内容： 1 数字信号处理的基本概念 2 数字信号处理基本内容 3 数字信号处理的实现方法 4 数字信号处理的特点 5 数字信号处理的应用 6 本课程参考书目 7 本课程教学与考核方法

绪论

为何要上数字信号处理? 在过去的数十年中，数字信号处 理(DSP)的领域，无论在理论上还是技术 上都有非常重要的发展。 由于工业上开发和利用廉价的硬 件和软件，使不同领域的新工艺和新应用 现在都想利用DSP算法、使它成为本科教 学内容。

DSP的起源

——1965年FFT的问世

1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于美国的宾夕法尼亚大学。于是，自计 算机诞生之日起，各个领域都渴望着能够将 其尽快应用。 采样定理的提出为人们从有限的采样值去不 失真地研究模拟信号提供了理论保证。离散 Fourier变换(DFT)的引入则为计算机在 信号处理领域的应用提供了理论依据，使信 号在数字域和频域都实现了离散化，从而可 以用通用计算机处理离散信号

DSP的起源(续)

1965年，Cooley和Tukey在总结并发展前人研究 成果的基础上，提出了快速Fourier变换(FFT), FFT的出现大大减少了DFT的运算量，使实时的数 字信号处理成为可能。 有了FFT之后，信号处理领域的研究局面几乎是 发生了改头换面的变化。离散时间信号与离散时 间系统的研究在很多方面取代了传统的连续时间 信号和连续时间系统的研究；也便有了我们之后 所共知的信号处理的蓬勃发展局面。因此，在国 际上，一般就把1965年FFT的问世，作为数字信 号处理这一新学科的开端。

1 数字信号处理的基本概念

信号：信号是信息的物理表现形式，或说是传递 信息的函数，而信息则是信号的具体内容。 同一种信号，可以从不同角度进行分类： 1. 一维信号、二维信号、矢量信号； 2. 周期信号和非周期信号； 3. 确定信号和随机信号； 4. 能量信号和功率信号。 5. 连续时间信号、离散时间信号和数字信号。

按自变量与函数值的取值形式不同分类：时间 连续时间 信号 幅度

连续

连续

离散时间 信号

离散

连续

数字信号

离散

量化

一维信号 信号，特别是一维信号，多是时间t 的函数，即

x(t )

连

续时间信号，又称模拟信 号(Analog Signal)

常见信号： 电压，电流，磁通； 温度，压力， 压强； 光，机械振动；

t

价格，经济指数，股市指数；流量，水位，潮位； 人体生理信号 等等

不同心脏病人的心电图

火车鸣笛信号1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

二维信号：

f ( x, y )视频信号：

f ( x, y; t )

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。

系统和信号处理系统：系统定义为处理(变换)信号的物理设备。 按处理的信号种类的不同可将系统分为：

1. 模拟系统；2. 连续时间系统；

3. 离散时间系统；4. 数字系统。 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、便于利用的一门学科。

数字信号处理的基本组成

Xa(t)

前置滤 波器

A/D

x(n)

数字信号 处理器

y(n)

D/A

模拟滤 波器

y(t)

数字信号处理系统的简单方框图xa (t )x(n)

7 5 3 4 4 n

T 2T

t

0 1 2 3 4-3

-1

数字信号处理器： y(n)

0

1 2 3 4

n

D/A变换器：ya (t )

模拟滤波器：

y(t)

0