第1章 数字信号处理基础讲解

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 。

·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=+-+++++-+-+-+--。

第1章认识DSP数字信号处理技术(Digital Signal Processing简称DSP)在日常生活中正发挥着越来越重要的作用，现代数学领域、网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等领域无一例外的都需要数字信号处理作为基础工具。

其技术已经广泛应用于多媒体信号处理、通信、工业控制、雷达、天气预报等领域，也正是有了数字信号处理器技术才使得诸多领域取得了革命性的变化，数字信号处理技术本身拥有两成含义:一方面指的完成数字信号处理工作的处理器器件，另一方面指专门针对数字信号处理而设计实现的特殊算法和结构。

数字信号处理器技术的学习在嵌入式领域也占了相当大的比重，但由于其放大而复杂的硬件结构和灵活多变的软件设计方法，数字信号处理的学习往往对于初学者来说是无从下手的，到底应该怎样去学习DSP呢？这本书正是为了解决这个问题而诞生的，作为开头序章，在本章当中先来了解一下DSP的一些基础知识，了解DSP的基本概念，现在就让为我们来认识一下到底什么是DSP！1.1 DSP基础知识数字信号处理器(DSP)由最初的作为玩具上面的一个控制芯片，经过二三十年的发展，已经成为了数字化信息时代的核心引擎，广发用于家电、航空航天、控制、生物工程以及军事等许许多多需要实时实现的领域当中。

在全球的半导体市场中，未来三年DSP将保持着最高的增长率。

据美国权威机构SIA 2006年6月的预测，从2006年~2008年，半导体平均年增长率为10%，而DSP的平均年增长率则近20%。

2007年DSP市场规模将首次超过100亿美元，创新的应用前景非常广阔。

事实上我们生活在一个模拟的世界，这个世界充满了颜色、影像、声音等和各种可以由线路或通过空气传输的信号。

数字技术提供这些真实世界现象与数字信号处理的接口。

数字服务者所提供的每一件事情都是以模拟数字转换A/D开始而以数字模拟转换D/A为结束，而其中所进行的就是各种各样复杂的数字运算处理。

·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=+-+++++-+-+-+--。