《数字信号处理教程》(第三版)绪论

《数字信号处理教程》(第三版)

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绪1、信号(1)信号及其基本特征

论

一、信号、系统和信号处理

信号很广泛：如语音信号、图像信号 解释：一个随着时间变化的物理量。物理信号 话筒 电信号 信号处理 电信号 物理信号 扬声器

信号最基本的参数：频率、幅度

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(3-30)kHz:Very low frequency VLF(潜水艇导航)甚低频(30-300)kHz:Low frequency LF(潜水艇通信)低频 (300~3000)kHz:Medium frequency(调幅广播)中频

(3-30)MHz:High frequency(HF)(无线电爱好者，国际广播， 军事通信 无绳电话，电报，传真)高频(30-300)MHz:Very High frequency(VHF)(调频FM,甚高频 电视)甚高频

(0.3~3G)Hz:Ultra high frequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电 话，雷达，微波，个人通信)超高频

频率低20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够 大，能被感觉到。(处于VLF Very low frequency)甚低频

频率20Hz~20KHz称为声波，Low frequency (处于LF)低频

频率>20KHz称为超声波 ，具有方向性，可以成束(处于LF)

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(2)信号的分类 单色信号和复合信号单色信号：只有单一的频率。 例：sin t, f 50Hz 100复合信号：各种正弦频率分量的合成。 我们通常考虑它的频带宽度。 例：一个高品质的音响信号带宽20kHz 一个视频信号的带宽是6MHz 我们通常处理的是复合信号。

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连续时间信号和离散时间信号连续时间信号：随时间连续变化的信号，它们在一个时间 区间里的任何瞬间都有确定的值。 离散时间信号：只在离散的时间点有确定的值，通常是对 连续信号进行采样得到的。

模拟信号和数字信号模拟信号：指时间连续、幅度连续的信号。 数字信号：时间和幅度上都是离散(量化)的信号。 故：数字信号可用一序列的数表示，而每 个数又可表示为二制码的形式。

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时间 幅度连续 时间 信号 离散 时间 信号 数字 信号

连续 连续

离散 连续

离散 量化

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周期信号和非周期信号

若信号满足：x(t)=x(t+kT0) 或 x(n)=x(n+kN) k为正整数； k,N皆为正整数，

则x(t)或x(n)是周期信号，周期分别为T0和N; 否则就是非周期信号。

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确定信号和随机信号确定性信号：若信号在任意时刻的取值能精确确定，则称 它为确定信号；它的值可以用有限个参量来 唯一地加以描述。 例：直流信号、阶跃信号、正弦波信号 随机信号：若信号在任意时刻的取值不能精确确定，或说 取值是随机的，即它不能用有限的参量加以描 述。也无法对它的未来值确定性地预测。它只 能通过统计学的方法来描述。 例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图像信号、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

。

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2、系统系统：处理信号的物理设备。或者说，凡是能将信号加以变 换以达到人们要求的各种设备可称之为系统。

系统分类 (a)连续时间系统 (b)离散时间系统

(c)模拟系统(d)数字系统

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3、数字信号处理解释：数字信号处理是利用计算机或专用处理设备 ，以数值计算的方法对信号进行采集、滤波 、变换、压缩、增强、估计、识别等加工处 理，以达到提取有用信息和便于应用的目的。

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二、数字信号处理系统的基本组成xa(t) 前置

预滤 波器

采样 x (n)A/D

数字 y (n) D/A 信号 处理器

模拟 ya(t) 滤波器

数字信号处理器的选择与实现 软件实现 专用DSP芯片 通用DSP芯片

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数字信号处理器的实现方法 采用大、中小型计算机和微机 在工作站和微机上使用厂家的数字信号处理软件或自 己编写信号处理软件。优点：可适用于各种数字信号处理的应用场合，很灵活。 用单片机 由于单片机发展已经很久，价格便宜，且功能较强。 优点：可根据不同环境配不同单片机，可实现实时控制， 但数据运算量不能太大。

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利用通用DSP芯片 DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。

其内部带有乘法器，累加器，采用流水线工作方式及并 行结构，多总线速度快。配有适于信号处理的指令。 目前市场上的DSP芯片有： 美国德州仪器公司(TI):TMS320CX系列 AT&T公司dsp16,dsp32系列 Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列 AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 利用专用DSP芯片

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三、数字信号处理的学科概貌

1945 年Bode Schanon提出了采样定理 1955年国际上第一次开设了数字滤波器课程 1965年Corly-Tukey发明了快速傅立叶变换(FFT),

1966年Kaiser提出数字滤波理论

在国际上，一般把1965年FFT的问世，作为数字信号处 理这一新学科的开端 30多年的发展，数字信号处理自身已基本上形成一套 较为完整的理论体系

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数字信号处理的理论

信号的采集(A/D)技术、取样定理、量化噪声分析 离散信号的分析(时域及频域分析、各种变换技术、 信号特征的描述等) 离散系统分析(系统的描述、系统的单位取样响应、 系统函数及频率特性等) 信号处理中的快速算法(快速傅立叶变换、快速卷积 与相关等) 信号的估值(各种估值理论、相关函数与功率谱估计 等) 滤波技术(各种数字滤波器的设计与实现) 信号的建模(AR、MA、ARMA等模型) 信号处理中的特殊算法(如抽取、插值、反卷积、信 号重建等) 信号处理技术的实现(软件实现、硬件实现)

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四、数字信号处理的特点 精度高 Precisioncomponent specification

在模拟系统中，它

的精度是由元件决定，模拟元 器件的精度很难达到10-3以上。而数字系统中，17位

字长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，通常采用数字系统。

ADC bits, CPU word width

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灵活性高 ProgrammabilityAnalog system:Modify hardware design. Digital system:Modify software.数字系统的性能主要决定于乘法器的各系数 ，且系数存放于系数存储器内，只需改变存储的 系数，就可得到不同的系统，比改变模拟系统方 便得多。

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可靠性高

StabilityAnalog system:the characteristics of analog system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity.Digital system:will show no variation with temperature throughout their guaranteed operation range.

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Anti-noise