《数字信号处理》绪论 P讲义PT课件

| rws (k ) |2
2 w
1 dz 1 C Sss ( z) H opt ( z)S xs ( z ) z 2πj
通过前面的分析, 因果维纳滤波器设计的一般方法可以按 下面的步骤进行：
(1) 根据观测信号x(n)的功率谱求出它所对应的信号模型的
传输函数，即采用谱分解的方法得到B(z)。 S xs ( z) (2) 求 B( z 1 ) 的Z反变换，取其因果部分再做Z变换，即 S xs ( z ) 舍掉单位圆外的极点，得 B( z 1 ) (3) 积分曲线取单位圆，应用（2.3.38）式和（2.3.39）式，计 算Hopt(z), E［|e(n)|2］min。
1 ˆ' rxx (m) N
N |m|1

n 0
x ( n ) x ( n m)
平稳随机序列通过线性系统：
y (n)
k
h( k ) x ( n k )
k

m y E[ y (n )]
h(k ) E[ x(n k )]
k

ryy (m)
m0

k=0, 1, 2, …
利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程:
x(n)=s(n)+υ (n)
H(z) (a)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
x(n)
1 B( z )
w(n)
G(z) (b)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
图2.3.5 利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程
D (m)
2 x
rxx (m)
2 x (m)

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2、单位阶跃序列u(n)
u(n) 10
n0 n0
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(n)与u(n)的关系？
(n)u(n)u(n1)
n
u(n)(m) 或u(n)(nk)
m
k0
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3． 矩形序列RN(n)
1 0nN1 RN(n)0 其它 n
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矩形序列与单位阶跃列 序的关系：
R N (n)u(n)u(nN ) 矩形序列与单位序列的 关系：
3
数字信号处理的应用
通信 语音 图像、图形 医疗 军事 ……
4
第1章 时域离散信号和时域离散系统
掌握常见时域离散信号的表示及运算。 掌握时域离散系统的线性、时不变性、因
果性及稳定性的含义及判别方法。 掌握采样定理。
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1.1 引 言
信号的定义： 载有信息的，随时间变化的物理量或
绪论
数字信号处理的对象是数字信号. 数字信号处理是采用数值计算的方法完成
对信号的处理.1整Fra bibliotek概述概况一
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概况二
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概况三
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2
数字信号处理的特点
灵活性 高精度和高稳定性 便于大规模集成 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
刻的序列值逐项对应相加和相乘。
19
20
2． 移位
移位序列x(n－n0) ，当n0>0时, 称为x(n)的
延时序列；当n0<0时，称为x(n)的超前序列。 例3 已知x(n)波形，画出x(n-2)及x(n+2)波形图。
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数字信号处理及应用
第 0章
序言
主要内容
0.1 什么是数字信号处理 0.2 数字信号处理的特点 0.3 本课程的性质、任务和重
点内容
2
0.1 什么是数字信号处理
信息处理：是指将信号从一种形式变换成另一种形 式，比如将信号从时域变换到频域，从模拟信号变 换为数字信号等。此种变换用于分离两个或多个已 按某种方式组合在一起的信号，或是增强一个信号 的某一分量，或是估计信号的一个或多个参数等加 工处理，以达到提取信息和便于应用的目的。 分类：模拟信号处理和数字信号处理。
8
本章结束
9
3
模拟信号处理：如果对信号的处理是通过模拟器件 进行的，则称为模拟信号处理。它是以各种分立元 件，如电阻、电容、电感、晶体管等为基础组成的 系统。 数字信号处理：如果对信号的处理是通过数字器件 进行的，则称为数字信号处理。它是用计算机、各 种数字硬件和软件包替代各种模拟网络，对实际的 各种信号实现采集、滤波、检测、估值、调制、解 调、建模和频谱分析等功能。以得到符合人们需要 的信号形式。
5
➢（3）灵活性好：模拟系统一旦构成，想改变其性 能是很困难的。实现数字系统的器件往往都是可编 程的（在线可编程或离线可编程），只要改变它们 的软件，即可完成不同的功能，从而得到不同的系 统。
➢（4）便于大规模集成：数字部件具有高度的规范 性，对电路参数要求不严， 容易大规模集成和大 规模生产，价格不断降低。由于采用了大规模集成 电路，数字系统体积小、重量轻、可靠性强。
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➢（5）时分复用：可以使用一套数字信号处理器同时处理几 个同路的信号。处理其运算速度越高，它所能同时处理的 信号通路也越多。这与每一路都必须花费一套硬件的模拟 系统比起来，可大大降低成本。

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?

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三.自相关函数与 自协方差函数的性质
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性质1 :相关函数与协方差函数的关系
Cxx m rxx m mx 2
Cxy m rxy m m*xmy
当 mx 0
Cxx m rxx m Cxy m rxy m
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性质2：均方值、方差与相关函数和协方差函数
rxx
0
E
xn
2
Cxx 0 rxx 0 mx 2
五、功率谱密度
44
维纳——辛钦定理
1． 复频域
rxx
(m)
1
2
j
c Sxx (z)zm1dz,
Sxx
(z)
m
rxx
(m)z
m
C (Rx , Rx )
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2. 频域
{ rxx(m)
1
2
Pxx (e j )e jm d
2
Pxx (e j ) rxx (m)e jm
m
46
3．性质
实平稳随机信号 rxx m rxx m
rxx m E x x n1 n1m
x1x2 p x1 , x2 ; m dx1dx2
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自协方差函数
Cxx (m) E (xn1 mx )*(xn2 mx ) E (xn1 mx )*(xn1m mx )
rxx m mx 2
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对于均值为零的随机过程 rxx m Cxx m
①偶函数
Pxx e j Pxx e j
②实函数
Pxx e j Pxx e j
③极点互为倒数出现
Sxx
z
Sxx
1 z
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④功率谱在单位圆上的积分等于平均功率
E
x2

p
p
前向预测： e (n ) x (n ) x ˆ(n ) x (n )a px ( k n k )a px ( k n k )
k 1
k 0
E[|
e(n)|2]min
E[e*(n)(x(n)
xˆ(n))]E[e*(n)x(n)]
PART 1
Ex*(n) p apkx*(nk)x(n)
k1
p
rxx(0) apkrxx(k) k1
p
rxx(0) apkrxx(k)E[|e(n)|2]m in k1
p
rx
x得(l)到下ap面krx的x(k方l)程0组l：1,2,,
k1
p
rxx(0)
rxx(1)
rrxxx(x将W(01a))方lk程e r方组写程rr成）xxxx((矩pp阵)形1)式（Yau1pl1e- E[
|e(n)|2]m 0
in
rxx(p) rxx(p1) rxx(0) app
0
p
y (n ) s ˆ(n p ) x ˆ(n p ) a p kx [n (p k)] k 1
p
后向预测： b (n ) x (n p ) x ˆ(n p ) x (n p )a p k x (n p k ) k 1
[Lrxex (vpi)nsona p-1Drxxu( prbkin)] 算法：
kp
k 1
2 p 1
k p ap,p
a p ,k a p 1,Lk eviknspoan-pD1u,rpbikn的k一般1递,2推,3公,式如, p下：1
相关卷积定理：
卷积的相关函数等于相关函数的卷积
e(n)=a(n)*b(n) f(n)=c(n)*d(n)

05
数字信号处理中的窗函 数
窗函数概述
窗函数定义
窗函数是一种在一定时间 范围内取值的函数，其取 值范围通常在0到1之间。
窗函数作用
在数字信号处理中，窗函 数常被用于截取信号的某 一部分，以便于分析信号 的局部特性。
窗函数特点
窗函数具有紧支撑性，即 其取值范围有限，且在时 间轴上覆盖整个分析区间 。
离散信号与系统
离散信号的定义与表示
离散信号是时间或空间上取值离散的信号，通常用序列表示。
离散系统的定义与分类
离散系统是指系统中的状态变量或输出变量在离散时间点上变化的 系统，分类包括线性时不变系统和线性时变系统等。
离散系统的描述方法
离散系统可以用差分方程、状态方程、传递函数等数学模型进行描 述。
Z变换与离散时间傅里叶变换（DTFT）
1 2 3
Z变换的定义与性质
Z变换是离散信号的一种数学处理方法，通过对 序列进行数学变换，可以分析信号的频域特性。
DTFT的定义与性质
DTFT是离散时间信号的频域表示，通过DTFT可 以分析信号的频域特性，了解信号在不同频率下 的表现。
Z变换与DTFT的关系
Z变换和DTFT在某些情况下可以相互转换，它们 在分析离散信号的频域特性方面具有重要作用。
窗函数的类型与性质
矩形窗
矩形窗在时间轴上均匀取值，频域表现为 sinc函数。
汉宁窗
汉宁窗在时间轴上呈锯齿波形状，频域表现 为双曲线函数。
高斯窗
高斯窗在时间轴上呈高斯分布，频域表现为 高斯函数。
海明窗
海明窗在时间轴上呈三角波形状，频域表现 为三角函数。
窗函数在数字信号处理中的应用
信号截断
通过使用窗函数对信号进行截 断，可以分析信号的局部特性