数字信号处理(理论算法与实现)第1章_1

第一章：1、数字信号处理的实现方法一般有哪几种？答：数字信号处理的实现是用硬件软件或软硬结合的方法来实现各种算法。

(1) 在通用的计算机上用软件实现；(2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；(3) 用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制；(4)用通用的可编程DSP 芯片实现。

与单片机相比，DSP 芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；(5) 用专用的DSP 芯片实现。

在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP 芯片很难实现（6）用基于通用dsp核的asic芯片实现。

2、简单的叙述一下dsp芯片的发展概况？答：第一阶段，DSP 的雏形阶段（1980 年前后）。

代表产品：S2811。

主要用途：军事或航空航天部门。

第二阶段，DSP 的成熟阶段（1990 年前后）。

代表产品：TI 公司的TMS320C20主要用途：通信、计算机领域。

第三阶段，DSP 的完善阶段（2000 年以后）。

代表产品：TI 公司的TMS320C54 主要用途：各个行业领域。

3、可编程dsp芯片有哪些特点？答：1、采用哈佛结构（1）冯。

诺依曼结构，（2）哈佛结构（3）改进型哈佛结构2、采用多总线结构3.采用流水线技术4、配有专用的硬件乘法-累加器5、具有特殊的dsp指令6、快速的指令周期7、硬件配置强8、支持多处理器结构9、省电管理和低功耗4、什么是哈佛结构和冯。

诺依曼结构？它们有什么区别？答：哈佛结构：该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。

冯。

诺依曼结构：该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。

数字信号处理_胡广书（第三版）_随书光盘关于光盘的使用说明数字信号处理_胡广书（第三版）_随书光盘.rar本光盘共包含六个子目录，其中三个是DSP_FORTRAN, DSP_C和DSP_MATLAB，另外三个是有关习题所需要的数据或文献。

DSP_FORTRAN和DSP_C各含有约40个信号处理的子程序，概括了书中所涉及到的绝大部分算法。

程序分别由FORTRAN语言和C语言编写（MA模型、ARMA模型及最小方差谱估计三个算法只给出了用C语言编写的程序, 没有给出相应的FORTRAN子程序），并在PC机上调试通过。

编译环境是FORTRAN77 V5. 10和TURBO C2. 0。

DSP_MATLAB含有近120多个用MA TLAB编写的信号处理程序，它们是本书各个章节的大部分例题，使用的是MA TLAB6.1。

FORTRAN子程序名称的长度全都是6位，扩展名为.for，C语言子程序的名称全部是7位，由相应的FORTRAN子程序在其名称前加字母m而形成，并将扩展名改为.c。

为了方便读者的使用，光盘中还给出了调用FORTRAN子程序的简单主程序。

读者只需将此主程序和主程序指定的子程序作编译、连接和运行，即可得出相应的结果。

FORTRAN主程序的名称为7位或8位，它是在原FORTRAN子程序前加字母h所构成的，扩展名仍是.for。

h后面的一个数（如果有的话）表示该程序是相应子程序的第几个主程序。

例如，子程序desiir.for是用来设计IIR滤波器的FORTRAN子程序，对应的C程序是mdesiir.c，调用desiir.for 的第一个主程序是h1desiir.for（设计低通IIR DF），依此类推。

用MATLAB编写的程序的名称由“exa”开头，接下来是所在的章、节及例题的序号，如exa010101,指的是第1章第1节（即1.1节）的第1个例题，即例1.1.1。

如果该程序是为了说明某一个m文件的应用，则在上述名称的后面跟一个下划线，再在后面加上所说明的MATLAB文件的名称，如exa011001_rand，即是例1.10.1,该例用来说明rand.m文件的应用。

第一章 序论一、内容提要本章主要讲述了数字信号的定义、特点和处理方法，并且简要地回顾了我们后面所涉及的一些常用的模拟信号知识。

1．数字信号定义、特点和方法信号可定义为传递信息的函数，或者信息的物理表现形式。

各种信号在数学上可表示为一个或者几个独立变量的函数。

如果我们以信号的时间为独立变量，则时间变量既可以是连续的，也可以是离散的，从而信号可以分为模拟信号（或称为连续时间信号）和离散信号（或称为离散时间信号）。

模拟信号除了是时间的连续函数外，它在一定的时刻都有理论上无限精确的数值（幅值），且此值在一定的范围内随时间连续变化，即模拟信号表现为时间连续，幅度连续。

而离散信号定义在离散时间上的信号，只在特定的时间上有精确的数值，在其他时间上数值为零或未知。

若离散信号的幅值是连续的，则取样数据信号；若将离散信号的幅度也进行离散化处理（量化），然后将离散幅度值编码为二进制数码序列，则为数字信号，其特点是时间和幅度都是离散的。

所以说数字信号是离散信号的特例，是离散信号最重要的子集。

数字信号处理是研究如何用数字或符号序列来表示信号以及如何对这些序列进行处理的一门学科。

信号处理是对信号进行某种变换（处理），包括滤波、变换、分析、估计、检测、压缩、识别等，从而更容易获得人们所需要的信息。

信号处理系统按所处理信号的种类分为：模拟系统、时域离散系统、数字系统。

与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精度高、可靠性高、灵活性强、便于大规模集成化、易于加密、易于处理低频信号等显著特点。

数字信号处理实际上就是进行各种数学函数运算，许多数字信号处理算法都是在时域和频域两个域中进行，实现的方法有软件、硬件和软硬结合。

2．傅立叶变换的定义傅立叶变换的表达式为：()()1()()2j t j t H h t e dth t H e d π∞-Ω-∞∞Ω-∞Ω==ΩΩ⎰⎰傅立叶变换是信号处理中最重要的工具之一，它主要用于分析信号的频谱。

数字信号处理：理论、算法与应用第一章：引言1.1 数字信号处理的背景和意义1.2 数字信号处理的基本概念和原理1.3 本书的结构和内容安排第二章：离散时间信号与系统2.1 离散时间信号的表示与描述2.2 离散时间系统的表示与描述2.3 离散时间系统的性质与分类2.4 离散时间系统的时域分析方法2.5 离散时间系统的频域分析方法2.6 离散时间系统的稳定性分析第三章：离散傅里叶变换与频谱分析3.1 离散傅里叶变换的定义与性质3.2 离散傅里叶变换的计算方法3.3 离散傅里叶变换的频谱分析应用3.4 快速傅里叶变换算法及其应用3.5 离散余弦变换及其应用第四章：数字滤波器设计与实现4.1 滤波器的基本概念和分类4.2 FIR滤波器的设计方法与实现4.3 IIR滤波器的设计方法与实现4.4 实时数字滤波器的实现技术4.5 系统识别与自适应滤波第五章：时频分析与时频变换5.1 时频分析的基本概念和方法5.2 短时傅里叶变换与连续小波变换5.3 离散小波变换与小波包变换5.4 小波分析与小波变换的应用5.5 时间频率分析与多尺度分析第六章：数字信号处理系统设计与实现6.1 数字信号处理系统的基本结构和功能6.2 数字信号处理器与运算器的选择与设计6.3 数字信号处理系统的接口与通信6.4 数字信号处理系统的实时性与稳定性6.5 数字信号处理系统的性能评估与优化第七章：语音信号处理与音频编解码7.1 语音信号的特点与分析方法7.2 语音信号的编码与解码算法7.3 音频信号的特点与处理方法7.4 音频编解码的原理与算法7.5 语音信号处理与音频编解码的应用第八章：图像与视频信号处理8.1 数字图像的表示与处理方法8.2 图像增强与滤波算法8.3 图像压缩与编码技术8.4 视频信号的表示与处理方法8.5 视频编码与解码的原理与算法第九章：数字信号处理在通信系统中的应用9.1 数字调制与解调技术9.2 信道均衡与信号检测算法9.3 多址信号处理与多用户检测9.4 自适应滤波与信道估计算法9.5 数字信号处理在通信系统中的应用案例第十章：数字信号处理在雷达与遥感中的应用10.1 雷达信号处理与目标检测算法10.2 雷达信号的距离测量与速度估计10.3 雷达信号的角度测量与波束形成10.4 遥感图像处理与目标识别算法10.5 遥感信号处理在地理信息系统中的应用第十一章：数字信号处理在生物医学工程中的应用11.1 生物医学信号的特点与分析方法11.2 心电信号处理与心律失常检测11.3 脑电信号处理与脑电图分析11.4 生物医学图像处理与医学图像分析11.5 生物医学信号处理在疾病诊断中的应用第十二章：数字信号处理的未来发展与趋势12.1 数字信号处理技术的发展历程与趋势12.2 人工智能与机器学习在数字信号处理中的应用12.3 量子计算与量子信号处理的前沿技术12.4 数字信号处理在物联网与智能系统中的应用12.5 数字信号处理技术的挑战与展望结语参考文献。

·1·第1章 时域离散信号和系统1.1 引 言本章内容是全书的基础。

学生从学习模拟信号分析与处理到学习数字信号处理，要建立许多新的概念，数字信号和数字系统与原来的模拟信号和模拟系统不同，尤其是处理方法上有本质的区别。

模拟系统用许多模拟器件完成，数字系统用运算方法完成。

如果对本章中关于数字信号与系统的若干基本概念不清楚，那么在学习数字滤波器时，会感到不好掌握，因此学好本章是很重要的。

1.2 本章学习要点(1) 关于信号● 模拟信号、时域离散信号、数字信号三者之间的区别。

● 如何由模拟信号产生时域离散信号。

● 常用的时域离散信号。

● 如何判断信号是周期性的，其周期如何计算。

(2) 关于系统● 什么是系统的线性、时不变性，以及因果性、稳定性；如何判断。

● 线性、时不变系统输入和输出之间的关系；求解线性卷积的图解法、列表法、解析法，以及用MA TLAB 工具箱函数求解。

● 线性常系数差分方程的递推解法。

● 用MA TLAB 求解差分方程。

● 什么是滑动平均滤波器，它的单位脉冲响应是什么。

1.3 习题与上机题解答1.1 用单位脉冲序列及其加权和表示图P1.1所示的序列。

解：()(2)(1)2()(1)2(2)3(3)(4)2(6)x n n n n n n n n n δδδδδδδδ=+-+++-+-+-+-+-1.2 给定信号24,4≤≤1()4,0≤≤40,n n x n n +--⎧⎪=⎨⎪⎩其他 (1) 画出x (n )的波形，标上各序列值；(2) 试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x (n )序列； (3) 令1()2(2)x n x n =-，画出1()x n 的波形； (4) 令2()(2)x n x n =-，画出2()x n 的波形。

·2·解：(1) 画出x (n )的波形，如图S1.2.1所示。

图P1.1 图S1.2.1(2) ()4(4)2(3)2(1)4()4(1)4(2)4(3)4(4)x n n n n n n n n n δδδδδδδδ=+-+++++-+-+-+--。