1、緒論1數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理教師教師： E-mail：電話：電話：緒論2 課程性質(zhì)課程性質(zhì) “數(shù)字信號(hào)處理”課程是信息和通信工程專業(yè)、控制科學(xué)與工程專業(yè)及相近專業(yè)必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。本課程以離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)作為對(duì)象，研究對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析和處理的技術(shù)。該課程是進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字通信，模式識(shí)別，圖像處理，隨機(jī)數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)頻分析等專業(yè)課的先修課程。課程學(xué)習(xí)課程學(xué)習(xí)緒論3課程學(xué)習(xí)課程學(xué)習(xí)課程目的課程目的 通過該課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生牢固掌握確定性離散時(shí)間信號(hào)的譜分析的原理及快速實(shí)現(xiàn)方法，借助于數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可掌握數(shù)字濾波系統(tǒng)的分析及其設(shè)計(jì)方法。課程任務(wù)課程任務(wù) 數(shù)字信號(hào)處理是理論

2、性和工程性都很強(qiáng)的學(xué)科，該課程注重“數(shù)字信號(hào)處理”的理論與工程應(yīng)用的緊密結(jié)合，使學(xué)生深入理解信號(hào)處理的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)，為從事科研和工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。緒論4課程學(xué)習(xí)課程學(xué)習(xí) 課程教材：課程教材：數(shù)字信號(hào)處理 高西全 丁玉美主編 西安電子科技大學(xué)出版社 本教材有一定深度，希望同學(xué)們一定要結(jié)合其他參考書來學(xué)習(xí)。 推薦教材推薦教材：數(shù)字信號(hào)處理 奧本海姆著 董士嘉 楊耀增譯 科學(xué)出版社 課程特點(diǎn)：課程特點(diǎn)：多媒體教學(xué)，內(nèi)容知識(shí)量大課時(shí)安排課時(shí)安排：理論課（48）+實(shí)驗(yàn)（16）考試成績：考試成績：平時(shí)成績（40%）+最后筆試成績（60%）緒論5教學(xué)要求 上課認(rèn)真聽講上課認(rèn)真聽講,及時(shí)復(fù)習(xí)及時(shí)復(fù)習(xí) 作業(yè)按時(shí)、

3、獨(dú)立完成作業(yè)按時(shí)、獨(dú)立完成 重視實(shí)驗(yàn)重視實(shí)驗(yàn) 注重基本概念和基本操作注重基本概念和基本操作緒論6教材內(nèi)容教材內(nèi)容第1章 時(shí)域離散信號(hào)和時(shí)域離散系統(tǒng)第2章 時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析方法第3章 離散傅里葉變換第4章 快速傅里葉變換第第一部分一部分緒論7教材內(nèi)容教材內(nèi)容第5章 時(shí)域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第6章 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)第7章 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)第8章 多采樣率數(shù)字信號(hào)處理第第二部分二部分緒論8教材內(nèi)容教材內(nèi)容第9章 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)第10章 上機(jī)實(shí)驗(yàn)第第三部分三部分緒論9緒論緒論1 數(shù)字信號(hào)處理的基本概念數(shù)字信號(hào)處理的基本概念幾乎在所有的工程技術(shù)領(lǐng)域中都會(huì)涉及到信號(hào)處

4、理問題， 其信號(hào)表現(xiàn)形式有電、 磁、 機(jī)械以及熱、 光、 聲等。 信號(hào)處理一般包括數(shù)據(jù)采集以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、 變換、 綜合、 估值與識(shí)別等。 緒論10連續(xù)信號(hào)連續(xù)信號(hào)(即模擬信號(hào)即模擬信號(hào))： 幅度和時(shí)間都取連續(xù)變量；時(shí)域離散信號(hào)：時(shí)域離散信號(hào)： 幅度取連續(xù)變量，而時(shí)間取離散值；幅度離散信號(hào)：幅度離散信號(hào)： 時(shí)間變量取連續(xù)值，幅度取離散值，如振幅鍵控信號(hào)；數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 幅度和時(shí)間都取離散值。這里的信號(hào)類別有4種：緒論11 一般來說， 數(shù)字信號(hào)處理的對(duì)象是數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)處理的對(duì)象是模擬信號(hào)。 如果系統(tǒng)中增加數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，那么，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)也可以處理模擬信號(hào)。這里關(guān)鍵的

5、問題是兩種信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的方式不同，數(shù)字信號(hào)處理是采用數(shù)值計(jì)算的方法完成對(duì)信號(hào)的處理，而模擬信號(hào)處理則是通過一些模擬器件，例如晶體管、 運(yùn)算放大器、 電阻、 電容、 電感等，完成對(duì)信號(hào)的處理。緒論12例如， 圖0.0.1(a)所示的是一個(gè)簡單的模擬高通濾波器， 它是由電阻R和電容C組成的， 而圖0.0.1(b)所示的則是一個(gè)簡單的數(shù)字高通濾波器，它是由一個(gè)加法器、一個(gè)乘法器和一個(gè)延時(shí)器組成的。因此， 簡單地說，數(shù)字信號(hào)處理就是用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，這里“處理”的實(shí)質(zhì)是“運(yùn)算”， 處理對(duì)象則包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。緒論13CRX(t)X(t)(a)Y(n)X(n)a(b)延時(shí)圖

6、0.0.1 高通濾波器簡型緒論142 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字信號(hào)處理的主要對(duì)象是數(shù)字信號(hào)，且是采用數(shù)值運(yùn)算的方法達(dá)到處理目的的。 因此， 其實(shí)現(xiàn)方法不同于模擬信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，基本上可以分成兩種， 即軟件實(shí)現(xiàn)方法軟件實(shí)現(xiàn)方法和硬件實(shí)現(xiàn)方法硬件實(shí)現(xiàn)方法。緒論15軟件實(shí)現(xiàn)方法軟件實(shí)現(xiàn)方法 按照原理和算法，自己編寫程序或者采用現(xiàn)成的程序在通用計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)； 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)靈活，只要改變程序中的有關(guān)參數(shù)，例如只要改變圖0.0.1(b)中的參數(shù)a，數(shù)字濾波器可能就是低通、帶通或高通濾波器， 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：運(yùn)算速度慢，一般達(dá)不到實(shí)時(shí)處理。硬件實(shí)現(xiàn)方法硬件實(shí)現(xiàn)方法 按照具體的要求和算

7、法，設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖，用乘法器、加法器、延時(shí)器、控制器、存儲(chǔ)器以及輸入輸出接口等基本部件實(shí)現(xiàn)的一種方法。適合于算法研究和仿真。硬件實(shí)現(xiàn)運(yùn)算速度快，可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理要求， 但是不靈活。緒論16 采用專用的數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP芯片)是目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的一種方法。因?yàn)镈SP芯片比通用單片機(jī)有更為突出的優(yōu)點(diǎn)，它結(jié)合了數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)，內(nèi)部配有乘法器和累加器，結(jié)構(gòu)上采用了流水線工作方式以及并行結(jié)構(gòu)、 多總線，且配有適合數(shù)字信號(hào)處理的指令，是一類可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算的微處理器。軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn) 依靠通用單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理專用單片機(jī)（DSP）的硬件資源，配置相應(yīng)的信號(hào)處理軟件，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際

8、中的各種信號(hào)處理功能。緒論17綜上所述， 如果從數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)際應(yīng)用情況和發(fā)展考慮， 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法分成軟件實(shí)現(xiàn)和硬件實(shí)現(xiàn)兩大類。 而硬件實(shí)現(xiàn)指的是選用合適的DSP芯片， 配有適合芯片語言及任務(wù)要求的軟件， 實(shí)現(xiàn)某種信號(hào)處理功能的一種方法。 這種系統(tǒng)無疑是一種最佳的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。 對(duì)于更高速的實(shí)時(shí)系統(tǒng)， DSP的速度也不滿足要求時(shí)， 應(yīng)采用可編程超大規(guī)模器件或開發(fā)專用芯片來實(shí)現(xiàn)。 緒論183 數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)由于數(shù)字信號(hào)處理是用數(shù)值運(yùn)算的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理的，因此，相對(duì)模擬信號(hào)處理，數(shù)字信號(hào)處理主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 靈活性好：可編程、自適應(yīng)、功能復(fù)用（時(shí)域、頻域

9、） 穩(wěn)定可靠：數(shù)值運(yùn)算無阻容元件溫度效應(yīng)，無阻抗匹配問題 處理精度高：精度有數(shù)字系統(tǒng)字長決定，二進(jìn)制無噪聲 緒論19 便于加解密：數(shù)值運(yùn)算完成復(fù)雜加解密算法 便于大規(guī)模集成化、小型化：數(shù)字集成電路 便于自動(dòng)化、多功能化：嵌入式、多媒體技術(shù) 可以實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜處理功能：解卷積、時(shí)分復(fù)用、嚴(yán)格線性相位、圖像特技等緒論204 數(shù)字信號(hào)處理涉及的理論、數(shù)字信號(hào)處理涉及的理論、 實(shí)現(xiàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)與應(yīng)用正是由于以上的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)一出現(xiàn)就受到人們的極大關(guān)注，發(fā)展非常迅速。 國際上一般把1965年作為數(shù)字信號(hào)處理這一門新學(xué)科的開端，40多年以來，這門學(xué)科基本上形成了自己一套

10、完整的理論體系，其中也包括各種快速的和優(yōu)良的算法。而且隨著各種電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)還在不斷豐富和完善，新的理論和新技術(shù)層出不窮?？梢哉f，數(shù)字信號(hào)處理是發(fā)展最快、 應(yīng)用最廣泛、成效最顯著的新學(xué)科之一，目前已廣泛地應(yīng)用在語音、雷達(dá)、聲納、語音、雷達(dá)、聲納、地震、圖像、通信、控制、生物醫(yī)學(xué)、遙感遙測(cè)、地質(zhì)勘地震、圖像、通信、控制、生物醫(yī)學(xué)、遙感遙測(cè)、地質(zhì)勘探、航空航天、故障檢測(cè)、自動(dòng)化儀表探、航空航天、故障檢測(cè)、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。 緒論21數(shù)字信號(hào)處理涉及的內(nèi)容非常豐富廣泛。所應(yīng)用的數(shù)學(xué)工具涉及微積分、隨機(jī)過程、高等代數(shù)、數(shù)值分析、 復(fù)變函數(shù)、數(shù)值方法和各種變換等；理論基礎(chǔ)包括網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；實(shí)現(xiàn)技術(shù)又涉及計(jì)算機(jī)、DSP技術(shù)、微電子技術(shù)、專用集成電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)