数字信号处理绪论

DSP技术已成为人们日益关注的并
得到迅速发展的前沿技术
1. 数字信号处理的任务
任务：从信号中提取出所需要的信息，并将其用于
实际 。
例：
心电监护仪： 内含CPU
用于危重病房（intensive care unit，ICU）的心电 自动监护仪的作用是监护病人的心电状态（同时也包 括其他生理参数，如血压、呼吸等），它应能实时地 显示和存储病人的心电波形，并根据心电图的异常来 自动决定是否给出报警。一个实际的心电监护仪由心 电放大器、A/D 转换器、CPU、显示单元、存储单元、 系统管理软件和心电信号处理软件所组成。
Why digital?
（3）Stability
Analog system：the characteristics of analog
system components, resistors, capacitors and operational amplifiers will change along with temperature, humidity
processor speed.
We still need analog processing
（2）Processing very high frequency signals
Analog system：may process microwave, minimeter-wave, even light wave signals.
生物医学工程
Ultrasound
CT (Computed Tomography)
MRI(Magnetic Resonance Imaging)
Gamma knife
Hearing Aid
Why digital?

模拟高通滤波器与数字高通滤波器的比较
c
x(n)
y (n)
xa (t)
R ya (t)
延时
a
信号处理的实现方法
基本上分为两种方法，一种是软件实现方法，另一种是 硬件实现方法。软件实现方法指的是按照原理和算法，自己 编写程序或者采用现成的程序在通用计算机上实现。硬件实 现指的是按照具体的要求和算法，设计硬件结构图，用乘法 器、加法器、延时器、控制器、存储器以及输入输出接口部 件实现的一种方法。前者灵活，但速度慢，达不到实时处理 要求；后者速度快，但是不够灵活。
模拟 y(t)
转换器
信号
转换器 滤波器
处理器
（1）前置滤波器
将输入信号xa(t)中高于某一频率(称折叠频率，等 于抽样频率的一半)的分量加以滤除。
（2）A/D转换器
由模拟信号产生一个二进制流。在A/D变换器中 每隔T秒(抽样周期)取出一次xa(t)的幅度，抽样后的信 号称为离散信号。
（3）数字信号处理器(DSP)
▪ 直方图是这样一张二维的坐标系，其横轴代表的是 图像中的亮度，由左向右，从全黑逐渐过渡到全白； 纵轴代表的则是图像中处于这个亮度范围的像素的 相对数量。当直方图中的黑色色块偏向于左边时， 说明这张照片的整体色调偏暗，也可以理解为照片 欠曝。而当黑色色块集中在右边时，说明这张照片 整体色调偏亮，除非是特殊构图需要，否则我们可 以理解为照片过曝。
▪ 雷达系统主要信号处理功能包括： ▪ 信号产生、匹配滤波、门限比较、目标参数(如射程、
方位和速度)估计。
雷达
通信
▪ 整个通信领域几乎没有不受数字信号处理技术影响 的地方。(占60%）
▪ DSP主要应用于通信的热门产品中。如：蜂窝电话 （Cellular phone)、ADSL调制解调器、线缆调制解 调器(Cable modem)、蓝牙技术(bluetooth)产品， 数字电话应答机（digital telephone answering device)、全球定位系统（global positioning system,GPS），卫星电话(satellite phone)、电话 会议(conference speaker phone)、电视电话会议编 译码器(video conferencing code )、IP电话(voice over IP)、IP传真(fax over IP)、ATM电话(voice over ATM)、智能天线(smart antenna)、PCS用户端 (subscriber set)。

8、应用
DSP这一学科近二、三十年发展十分迅速，特别是FFT算法的出现 及大规模集成电路和计算机技术的快速发展，使DSP的应用领域不断 扩大。
应用领域有： 通信 雷达 地震预测 声纳 遥感 图像处理和模式识别 语音处理和识别 生物医学 自动控制 消费电子

雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发 射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获 得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径 向速度）、方位、高度等信息。
时变系统
非平稳信号 非高斯信号 非线性信号
处理方法的发展： 自适应滤波 离散小波变换 高阶矩分析 信号盲处理 分形、混沌理论 目的：数学模型更加符合实际，或者降低对信号先验知识 的要求，充分利用观测信号中的一切有用信息，提高信息 利用率。
一阶矩就是随机变量的期望，二阶矩 就是随机变量平方的期望，以此可以类推 高阶的矩。
讲授内容
0.绪论--DSP的发展和应用 （1学时） 1.离散时间信号与系统 (3学时） 2.Z变换与离散时间傅里叶变换（DTFT）（4学时） 3.离散傅里叶变换(DFT) （6学时） 4.快速傅里叶变换（FFT）（6学时） 5.数字滤波器的基本结构（2学时） 6.IIR DF的设计(无限长单位脉冲响应数字滤波器的设 计)（5学时） 7.FIR DF 的设计(有限长单位脉冲响应数字滤波器的设 计)（5学时）
2、数字信号处理系统
以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统.
模拟 前置预
滤波器 Xa(t) PrF
A/D 变换器 ADC
数字信号 处理器 DSP
D/A 变换器 DAC
模拟 模拟 滤波器 Ya(t) PoF
(1)前置滤波器
也称为抗混叠滤波器，将输入信号xa(t)中高 于某一频率(称折叠频率，等于抽样频率的 一半)的分量加以滤除。

数字信号处理第0章绪论1.数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

2.DSP系统构成输入抗混叠滤波A/DDSP芯片D/A平滑滤波输出输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行A/D（Analog to Digital）变换将信号变换成数字比特流。

根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍。

DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号。

3.信号的形式（1）连续信号在连续的时间范围内有定义的信号。

连续--时间连续。

（2）离散信号在一些离散的瞬间才有定义的信号。

离散--时间离散。

4.数字信号处理主要包括如下几个部分（1）离散时间信号与系统的基本理论、信号的频谱分析（2）离散傅立叶变换、快速傅立叶变换（3）数字滤波器的设计第一章离散时间信号一、典型离散信号定义1.离散时间信号与数字信号时间为离散变量的信号称作离散时间信号；而时间和幅值都离散化的信号称作为数字信号。

2.序列离散时间信号－时间上不连续上的一个序列。

通常定义为一个序列值的集合{x(n)}，n 为整型数，x(n)表示序列中第n 个样值，{·}表示全部样本值的集合。

离散时间信号可以是通过采样得到的采样序列x(n)=x a (nT)，也可以不是采样信号得到。

二．常用离散信号1.单位抽样序列（也称单位冲激序列）)(n δ⎩⎨⎧≠==0,00,1)(n n n δδ(n):在n=0时取值为12.单位阶跃序列)(n u ,⎩⎨⎧<≥=0,00,1)(n n n u 3.矩形序列，⎩⎨⎧=-≤≤=其它n N n n R N ,010,1)(4.实指数序列,)()(n u a n x n =，a 为实数5.正弦型序列)sin()(φω+=n A n x 式中，ω为数字域频率，单位为弧度。

15On 1-10()0sin nω()t 0sin Ω16.复指数序列nj e n x )(0)(ωσ+=7.周期序列如果对所有n 存在一个最小的正整数N ，使下面等式成立：)()(N n x n x +=，则称x(n)为周期序列，最小周期为N 。