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1、緒論:本章介紹數(shù)字信號處理課程的基本概念。0.1信號、系統(tǒng)與信號處理1.信號信號是信息的載體。分類:模擬信號、量化信號、抽樣信號和數(shù)字信號。2.系統(tǒng)系統(tǒng)定義為處理(或變換)信號的物理設備,或者說,凡是能將信號加以變換以達到人們要求的各種設備都稱為系統(tǒng)。3.信號處理信號處理即是用系統(tǒng)對信號進行某種加工。包括:濾波、分析、變換、綜合、壓縮、估計、識別等等。所謂“數(shù)字信號處理”,就是用數(shù)值計算的方法,完成對信號的處理。通過處理,往往可以達到兩個目的:(1)對信號在時域及變換域內(nèi)的特性進行分析,以便對信號有更清楚的認識。(2)對信號實施處理,以改
2、善其性能,比如濾波。0.2數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成0.3數(shù)字信號處理的特點(1)靈活性。(2)高精度和高穩(wěn)定性。(3)便于大規(guī)模集成。(4)對數(shù)字信號可以存儲、運算、系統(tǒng)可以獲得高性能指標。0.4數(shù)字信號處理基本學科分支數(shù)字信號處理(DSP)一般有兩層含義,一層是廣義的理解,為數(shù)字信號處理技術(shù)——DigitalSignalProcessing,另一層是狹義的理解,為數(shù)字信號處理器——DigitalSignalProcessor。0.5課程內(nèi)容該課程在本科階段主要介紹以傅里葉變換為基礎的“經(jīng)典”處理方法,包括:(1)離散傅里葉變換及其快速
3、算法。(2)濾波理論(線性時不變離散時間系統(tǒng),用于分離相加性組合的信號,要求信號頻譜占據(jù)不同的頻段)。在研究生階段相應課程為“現(xiàn)代信號處理”(AdvancedSignalProcessing)。信號1對象主要是隨機信號,主要內(nèi)容是自適應濾波(用于分離相加性組合的信號,但頻譜占據(jù)同一頻段)和現(xiàn)代譜估計。一、重點與難點1.信號及其分類;2.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成。二、具體講解1.信號及其分類信號是信息的載體,以某種函數(shù)的形式傳遞信息。這個函數(shù)可以是時間域、頻率域或其它域,但最基礎的域是時域。分類:周期信號/非周期信號確定信號/隨機信號能量
4、信號/功率信號連續(xù)時間信號/離散時間信號/數(shù)字信號按自變量與函數(shù)值的取值形式不同分類:2.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算的方法對信號進行變換和處理。不僅應用于數(shù)字化信號的處理,而且也可應用于模擬信號的處理。以下討論模擬信號數(shù)字化處理系統(tǒng)框圖。(1)前置濾波器將輸入信號xa(t)中高于某一頻率(稱折疊頻率,等于抽樣頻率的一半)的分量加以濾除。(2)A/D變換器在A/D變換器中每隔T秒(抽樣周期)取出一次xa(t)的幅度,抽樣后的信號稱為離2散信號。在A/D變換器中的保持電路中進一步變換為若干位碼。(3)數(shù)字信號處理器(
5、DSP)(4)D/A變換器按照預定要求,在處理器中將信號序列x(n)進行加工處理得到輸出信號y(n)。由一個二進制碼流產(chǎn)生一個階梯波形,是形成模擬信號的第一步。(5)模擬濾波器把階梯波形平滑成預期的模擬信號;以濾除掉不需要的高頻分量,生成所需的模擬信號ya(t)。1.周期信號的傅里葉級數(shù)復指數(shù)函數(shù)集是一種常見的完備正交函數(shù)集,周期信號可以表示為復指數(shù)函數(shù)的線性組合。一般是復函數(shù)。2.傅里葉變換(1)定義電信號:時域頻域f(t)F(?)f(t)與F(?)之間的關系——傅里葉變換正變換積分因子:反變換積分因子:3(2)傅里葉變換性質(zhì)3.沖激函
6、數(shù)δ(t)(1)定義(2)性質(zhì)δ(t)=0,當t≠0時抽樣性:搬移性:4.卷積卷積積分卷積的傅里葉變換時域卷積4頻域卷積第一章:本章概念較多,需要理解和識記的內(nèi)容較多,學習時要注意。1.2離散時間信號1.離散時間信號的定義離散時間信號是指一個實數(shù)或復數(shù)的數(shù)字序列,它是整數(shù)自變量n的函數(shù),表示為x(n)。離散時間信號也常用圖形描述。2.幾種基本離散時間信號5(1)單位采樣序列(2)單位階躍序列(3)矩形序列(4)實指數(shù)序列(5)正弦序列ω是正弦序列數(shù)字域的頻率,單位是弧度。對連續(xù)信號中的正弦信號進行采樣,可得正弦序列。設連續(xù)信號為,它的采樣
7、值為,因此這個式子具有一般性,它反映了由連續(xù)信號采樣得到的離散序列,其數(shù)字頻率與模擬頻率的一般關系。另外需要說明的是,ω的單位為弧度,Ω的單位為弧度/秒。本書中,我們一律以ω表示數(shù)字域頻率,而以?及f表示模擬域頻率。(6)復指數(shù)序列復指數(shù)序列是以余弦序列為實部、正弦序列為虛部所構(gòu)成的一個復數(shù)序列。3.信號運算(1)加法:兩個信號之和由同序號的序列值逐點對應相加得到。(2)乘法:兩個信號之積由同序號的序列值逐點對應相乘得到。6(3)移位:當,序列右移(稱為延時);當,序列左移(稱為超前)。(4)翻轉(zhuǎn):(5)尺度變換:或,其中M和N都是正整數(shù)
8、。當時,序列是通過取x(n)的每第M個采樣形成,這種運算稱為下采樣。對于序列,定義如下這種運算稱為上采樣。4.信號分解任一信號x(n)可表示成單位脈沖序列的移位加權(quán)和簡記為一、重點與難點1.幾