信号处理中的若干典型算法108页PPT

(f1+f2)／2=fs/2 这也就是称fs/2为折叠频率的由来。
不产生混叠的条件：
a)模拟信号x(t)为带限信号
b)
fs
1 Ts
2 fh
奈魁斯特采样定理 通常fs=（3—4）fc
二、量化和量化误差
量化——用有限个允许值近似地代替精确值。
量化方法：截尾、舍入
截尾——二进制数的多余位舍去或舍去后且在最低有效位上加l， 这与十进制中的四舍五入法相似。
式中：x(nTs ) x(t) tnTS
TS——采样间隔； N——序列长度，N=T/TS； fs——采样频率， fs =1/TS。
, N 1
若采样间隔太小(采样频率高)，则对定长的时间记录来说 其数字序列就很长，计算工作量迅速增大；如果数字序列 长度一定，则只能处理很短的时间历程，可能产生较大的 误差。 若采样间隔过大(采样频率低)，则可能丢掉有用的信息。
如随时间按指数衰减的函数可采用指数窗来提高信噪比
四、频域采样、时域周期延拓和栅栏效应
经过时域采样和截断后，信号的频谱在频域内还是连续的。 如果要使之数字化频率离散化，实行频域采样
信号x(t)可能出现的最大值为A，量化单位为Δ
当信号x(t)落在某一小间隔内，经过舍入方法而变为有限值时，将会产 生量化误差e(n)量化误差的最大值为±Δ／2，可以认为量化误差在(Δ／2，Δ／2)区间各点出现的概率是相等的，其概率密度为1／Δ，均 值为零。
求得其标准差:
δs=0.29Δ
显然，量化单位Δ愈大，则量化误差愈大。 对信号采集时，量化增量的大小与A／D转换器位数有关。 如：8位的A／D转换器Δ最大为A／D转换器允许的工作电压幅值的1／
运算结果可以直接显示或打印，若后接D/A，还可得到模 拟信号。如有需要可将数字信号处理结果送人后接计算机 或通过专门程序再做后续处理。

第11章 信号处理
11.1 波形调理
波形调理主要用于对信号进行数字滤波和加窗处理。波形调理VI节点位于 “函数选板”→“信号处理”→“波形调理”子选板中，
波形调理子选板
11.1.1 数字FIR滤波器
数字FIR滤波器可以对单波形和多波形进行滤波。如果对多波形进行滤波， 则VI将对每一个波形进行相同的滤波。信号输入端和FIR滤波器规范输入端 的数据类型决定了使用哪一个VI多态实例。
Express VI用于通过滤波器和窗对信号进行处理。在“函数选板 ”→“Express”→“信号分析”子选板中也包含该VI。
滤波器
配置滤波器窗口
11.1.5 课堂练习——对正弦信号进行仿真滤波
演示滤波器Express VI的使用。
前面板
滤波器的配置
程序框图
11.2 波形测量
使用波形测量选板中的VI进行最基本的时域和频域测量，例如直流，平均值， 单频频率/幅值/相位测量，谐波失真测量、信噪比及FFT测量等。波形测量VI在 “函数选板”→“信号处理”→“波形测量”子选板中
幅值和电平测量Express VI
配置幅值和电平测量
11.3 信号处理
使用信号运算选板中的VI进行信号的运算处理。信号运算VI在“函数选 板”→“信号处理”→“信号运算”子选板中。
信号运算选板上的VI节点的端口定义都比较简单，因此使用方法也比较简 单，下面只对该选板中包含的两个Express VI 进行介绍。
11.5 滤波器
使用滤波器VI进行IIR、FIR和非线性滤波。滤 波器选板上的VI可以返回一个通用LabVIEW错误 代码或一个特定的信号处理代码。滤波器VI在“ 函数选板”→“信号处理”→“滤波器”子选板 中。
11.6 谱分析

26
通信信号处理
— 子空间方法
基于子空间的多用户检测 基于子空间的MIMO信道估计 基于子空间的自适应阵列 基于子空间的波达方向估计 基于子空间的时延和Doppler频移的估计 盲空时信号处理的子空间方法
27
通信信号处理
— 空时编码
基于空时编码的多用户接收机 基于空时编码的信道估计 自适应天线 空时处理的TDMA
作为信息载体的信号处理经历了从模拟到数字，从确 知到随机的发展过程，正阔步迈向以非平稳信号、非 高斯信号为主要研究对象和以非线性、不确定性为主 要特征的智能信号处理时代。
6
序言
通信担负着信息流通的功能，近一、二十年获得异乎 寻常的发展；各种基于因特网和移动网的新业务相继 出现，新概念和新技术层出不穷。标志性技术有：IP 技术、3G,4G移动通信技术、宽带接入技术、基于波 分复用技术的光传送网(WDM-OTN)技术。
10
信号处理的基础（续）
这些论文是：
The past, present, and future of multimedia signal processing. IEEE SP Magazine, July 1997
The past, present, and future of neural networks for signal processing. IEEE SP Magazine, Nov. 1997
30
通信信号处理
— Monte Carlo 统计信号处理
❖ Kalman滤波与Monte Carlo信号处理 - Kalman滤波: 线性状态空间模型问题(过程噪声和观测噪声 服从正态分布)，解决高斯噪声情况下参数估计和滤波问题。 - MC处理(又称粒子滤波,particle filtering,使用MC仿真实现 递推Bayes滤波)：非线性状态空间模型问题、解决非高斯噪 声情况下的参数估计和滤波问题。

x k

p ( x )dx
(k 1,2, )
k阶中心距： k E [( X m x ) k ]


i 1
( xi

m x )k
pi



(x


m x )k
p ( x )dx
(k 1,2, )
X和 Y的 (ij)阶混合 :m x原 (yi,j) 点 E[Xi距 Yj](i,j1,2, )
归一化协方差也称为X和Y的相关系数。
关于随机变量的相关系数：
10 . rxy 1； 2 0 . 若 X 与 Y 统 计 独 立 ， 则 rxy 0 X 与 Y 不 相 关 ； 但 注 意 ：“ rxy 0” 是 X 与 Y 统 计 独 立 的 必 要 条 件 。 30 . 若 E [ X Y ] 0，则 称 X 与 Y 正 交 ；

p (x ) p2 (x, y )dy

p ( y ) p2 ( x, y )dx
二维和n维联合概率密度函数：
p 2 ( x ,y ) 2x1 y1 r 2 e x p 2 ( 1 1 r 2 ) ( x m x 2 x ) 2 2 r ( x m x x ) ( y y m y ) ( y m y 2 y ) 2
Fn ( x1 , x2 , pn ( x1 , x2 , pn ( x1 , x2 ,
xn ) P[ X 1 x1 , X 2 x2 , X n xn ]
xn )

n Fn ( x1 , x2 , xn ) x1x2 xn

2021/6/10
31
水平频率… 48.1 千赫兹
代表每秒形成的线条种数
• 每画条横线需要多长时间呢?
更高速率表示图象更清晰 计算法
• (实际线条[解析度])乘(更新速率) • (801线条) 乘 (60赫兹)
等于 48.1千赫兹
2021/6/10
32
视频频率… 70.8 兆赫兹
每一秒形成的象素数量
VGA 计算计标准输出
• RGBS-
复合同步
旧产品
• RGsB-
绿带同步
SUN, SGI, 工作站系统
• RsGsBs- 红绿蓝带同步
SGI 工作站
2021/6/10
24
回顾信号的处理…
信号源 译码矩阵
2021/6/10
Y/C 复合输出 复合器
25
用那一类信号？
Composite
YC YUV
但现在正转变中
问题发生在模拟与数码之间的处理
• 模拟至数码与数码的转换
数码系统只能代表单位… 1, 2, 3, 4 怎样显示2 ½ ?
• 举例,以英语菜单….
翻译成日语…然后再译回英语
• 是否与先前的一样?
2021/6/10
45
数码信号的种类
2021/6/10
46
USB (Universal Serial Bus)
• 同样的根据 Molex MicroCross™ 所用的DVI.
2021/6/10
20
S-视频信号(或称 Y/C)
质量胜过于复合视频信号 用于S-视频信号的4-针微
型DIN插座或 BNC 端口 (共二端)
• 一芯带亮度 (Y) • 一芯带色度 (C)

000 100 010 110 001 101 011 111 0 4 2 6 1 5 3 7
反向FFT（IFFT）
N 1 1 N 1 1 1 nk nk x(n) X (k )WN [ X * (k )WN ]* {FFT[ x * (k )]}* N k 0 N k 0 N
F ' (k ) F (k ) R(k )
无限正弦波谱，δ 函数
单位矩形序列的 谱，SinC函数
说明


如果时间窗长度正好为整数倍个信号周期， 除一点有值外，其余全为0，变换结果没有 产生谱泄漏。 通常情况，时间窗不等于信号周期的整数 倍，频谱中，除中心值外，还有以1/f（倍 频程）缓慢衰减的旁瓣。
例：1024个采样点 直接DFT：需1048576次乘法； FFT：仅需5120次乘法。
注意

FFT是DFT的一种快速算法； FFT没有对DFT作任何近似，精度无任何损 失，相反，由于FFT的计算步骤少，硬件位 数有限引起的积累误差小。
FFT算法原理



FFT算法节省运算时间的关键在于，它把数 据组x(n)分解为奇数下标和偶数下标，然后 利用指数函数（即旋转因子）的周期性消 去多余操作。 一个N点DFT可分解成两个N/2点DFT，同理， 逐步分解，经过log2N步之后可分解为N/2 个两点的计算（基-2碟式运算）。 运算量为N/2 · log2N
时间窗加权
重叠相加法



将序列x(n)分解成长度为N的序列块xm(n)； 分别对h(n)和xm(n)补零，使长度变为N+K-1； 用N+K-1点DFT计算每块的圆周卷积； 将结果相加，其中序列块卷积结果ym(n)的后K1个取样和ym+1(n)的前K-1个取样重叠，故称重 叠相加法。

说
明
变 T 交换波
1:IAGC； 0： 正常 ；线 性数 据库 选择
1： 变 T； 0： 单频
变 T 比 率 ， 1 ：（ 3： 4）； 0：（ 2 ： 3）
保留
测试脉冲
MDSP 数据准备好标志脉冲
天 线 状 态 稳 定 信 号 ， 1： 稳 定
本地口读波
光端读波
0：选择本地口读波； 1：选择光端读波
mdsp数据流向图iirfftpppdvipspms0ms0ms1ms1ms3hms3hms3lms3lms2lms2llink0link1link2link3link4link5sport0asport1edsp数据总线通用dsp存储器link口串口结果检测mdsp中断时序图add15iqirq0irq1irq2irq0irq1irq2irq0irq1irq2irq0irq1irq2spdsp4iirdsp1fftpppdsp2dvipdsp3buffer取数由link1向iir送iq求滤波前后的模值由link3向dvip送滤波前后的模值向ppp或sram送数准备接收link0数据iir滤波处理由link0向sp送滤波后的iq并准备接收link1数据ppp处理fft从sram取数并处理由link2将vw送dvip收rd码送参数准备接收link3数据从对数buffer取数dvip处理准备接收link2数据从参数缓存取参数并分解向结果测试缓存送数据mdspdvip估值数据处理器3时序板缓存iq数据线性通道处理器2处理器4iq模值速度谱宽估值伺服系统天线角度码mdspfftppp速度谱宽估值处理器2处理器3重排iq处理器4检查维修时序板开关设置电源故障检测口数据选通键
据库； 数据。 ：
按键按下为1，
电源
当“自检

向量组 矩阵
空间
MPE GROUP
Matrix(IV)——矩阵
矩阵与向量相乘
ξ Ax a1 a2 x1 x an 2 xn
A的各列向量的线性组合
矩阵与矩阵相乘
B A X a a a x x x m k m n n k 1 2 n 1 2 k x i1 x A的各列向量的一组线性组合 i2 其中 xi 向量组 空间 x in MPE GROUP
MPE GROUP
傅立叶变换（I）——起源
• 一束白光（太阳光）通过一个玻璃三棱 镜后可以分解成不同颜色的光。牛顿发 现了这一现象并最早提出了“谱 （spectrum） ”的概念，指出不同颜色 的光具有不同的波长，对应不同的频率。 不同颜色光的频率所形成的频带即是个 “光谱”。
MPE GROUP
数字信号处理的优点（II）
• 灵活性强
– 模拟系统的性能取决于构成模拟系统的器件，如电阻、电感、 电容、集成器件和晶体管等的参数。改变一个系统必须改变 这些硬件参数，才能重新构成新的系统，这是一件非常困难 的事，而且硬件的改变往往使系统成本大大增加，其调整和 测试既费时又费力。对于数字系统，主要是由乘法器、加法 器、寄存器、控制器和存储单元等组成。这些单元实际上构 成一台计算机，所以系统的性能主要取决于计算机的性能及 其用户所编制的算法或程序。改变输入系统、数据或改变运 算程序就得到不同性能的系统。随着计算机的突飞猛进，计 算机的性能价格比日益提高，大量的高性能个人计算机已进 入实验室和家庭，计算机的灵活性使数字信号的处理变得越 来越容易和便宜。
什么是矩阵？ 矩阵（向量组）是空间的代数表示
a i1 a 11 a 12 a 1 n a a a a i2 2 n a A 21 22 a a a 其中 i 1 2 n a a a a im 1 m 2 mn m

Sgn(t) = 2u(t) - 1
-
20
典型信号
• 单位冲激信号： (t )
引入原因： 描述自然界中那些发生后持续时间很短的现象。
信号定义： 非常规的定义方法
设冲激信号有一个总的冲激强度，它在整个时间域上的 积分等于该强度值，而在除冲激点之外的其他点的函数 取值为零。
1
说明：
0.5
(1) K为振幅
1
2
3
4
5
6
(2) ω为角频率
-0.5
-1
(3)θ为初相位
-
13
典型信号
• 复指数信号： f (t) Kest
欧拉公式：
eej jttccoo ssttjjssiinn tt csion stteejj tt 2eejj tt
2j
f (t) Kest Ke( j)t
复信号是为了研究方便而引入的
-
8
信号的分类
能量信号与功率信号
定义信号的能量为：
连续时间信号 Ef(t) f(t) 2dt
离散时间信号 Ef(n)f(n) 2 n
定义信号的功率为：
连续时间信号 P f(t)lim 1 T/2 f(t)2dt
T T T/2
离散时间信号 P f(n)lim1
因此，常可将“信号”与“函数” 和“序列”等同起来
x(n) anu(n)
f (t) sin(t) t
-
4
信号描述方法
• 波形描述 – 按照函数随自变量的变化关系，把信 号的波形画出来。
Sa(t) 1
-4 -3 -2 - 0 2 3 4 t -
Sa(t) sin(t) t
5
信号的分类

3 8
N
log
2
N
N
1
基-4算法比基-2算法更高效。
谱泄漏
DFT是对有限时间间隔（时间窗）里的采样 数据的变换，导致谱泄漏。
单位矩形序列r(n)乘以无限正弦波f(n)
f '(n) f (n)r(n) 单位矩形序列的
F '(k) F (k) R(k) 谱，SinC函数
无限正弦波谱，δ函数
说明
将长序列分割成长度为N的序列块，计算每 一块与短序列的卷积。
每一个序列块的卷积必须适当地合并，以 得到长序列和短序列卷积的最后结果。
有两种合并的方法，分别是重叠相加法和 重叠保留法。
重叠相加法
将序列x(n)分解成长度为N的序列块xm(n)； 分别对h(n)和xm(n)补零，使长度变为N+K-1； 用N+K-1点DFT计算每块的圆周卷积； 将结果相加，其中序列块卷积结果ym(n)的后K-
VIP有效期内享有搜索结果页以及文档阅读页免广告特权，清爽阅读没有阻碍。
知识影响格局，格局决定命运！ 多端互通
抽奖特权
VIP有效期内可以无限制将选中的文档内容一键发送到手机，轻松实现多端同步。 开通VIP后可以在VIP福利专区不定期抽奖，千万奖池送不停！
福利特权
开通VIP后可在VIP福利专区定期领取多种福利礼券。
0下载券文档一键搜索 VIP用户可在搜索时使用专有高级功能：一键搜索0下载券文档，下载券不够用不再有压力！
内容特 无限次复制特权 权 文档格式转换
VIP有效期内可以无限次复制文档内容，不用下载即可获取文档内容 VIP有效期内可以将PDF文档转换成word或ppt格式，一键转换，轻松编辑！
阅读页去广告