数字信号处理杨毅明电子课件2014版讲座2数字信号处理科普.ppt

数字信号处理 杨毅明 数字信号处理在加工语音信号时： 先将连续变化的声波变为连续变化的信号x(t)，再经模数转换器变为二进制的信号x(n)，数字信号处理器计算x(n)的平均值（计算方法由编程者定），计算结果y(n)经数模转换器变为连续变化的信号y(t)。 数字信号处理就是用计算机加工信号，其优点是精度高、变换灵活、性能稳定、效率高、成本低、功能强大，对此模拟信号处理望尘莫及。 数字信号处理的应用小到电子、大到天文地理，涉及通信、电子仪器、自动控制、语音、声音、图形、图像、军事、工业、生物医学、社会管理、金融证券、地球物理、航海、航空航天、家用电器、广播电视等领域。 数字信号处理是信息技术产业的重要基础。例如，正弦波用幅度、频率和初相位三个参数就可描述，在对信号 进行通信时，最节省资源的方法是：传输它的九个参数。否则，需 要传输的数字将多之又多。 如何有效地让机器知道这九个参数，这就是数字信号处理要研究的。 又如，一张磁悬浮列车车厢的照片（左图），由于保存不慎，年久发霉（中图），手工除霉、临摹、重新拍照都不是修复的最好办法。 若将照片看作许多小点组成，对发霉照片的小点进行计算，产生新的小点，它们就可构造一张新照片（右图）。计算的方法有平均法、中值法等。中值法是：对每个小点及周围部分点的数值按大小排列，取其中间值作为新小点的值。 数字信号处理从两个角度看问题： 1、从时间顺序看问题，把比较两段信号的相似程度变为相关系数、相关函数，把处理信号的系统看作单位脉冲响应，用相关或卷积来处理信号。 2、从物质成分看问题，将一段信号看作若干正弦波的组成，这种方法叫傅里叶变换或频谱。从频谱的意义看，处理信号就变为筛选正弦波。 根据相关、卷积或频谱等方法加工模拟信号，需要设计方法，更需要讲求技巧。 首先要把模拟信号变为数字信号。模拟信号变为数字信号时，数字可多也可少。多的数字有无穷多，这么做是蛮干；少的数字才叫聪明，但不能太少。采样定理将告诉我们，最少的数字是多少。 频谱分析的基本公式很复杂，有的地方用z变换取代它，可以 带来意外的惊喜。傅里叶变换是频谱分析的理想公式，稍作修改就可得到实用的离散傅里叶变换。 离散傅里叶变换虽有实用意义，不过需要数字计算才能实现；若直接按定义计算，需要很多加法和乘法。快速傅里叶变换能上百倍地减少离散傅里叶变换的计算量。这为数字信号处理从理论走向应用铺平了道路。 从信号中提取有用内容，就像从众多正弦波中取出有用成分，专业上称这种做法为滤波。滤波的系统称为数字滤波器，从信号流动来分，它有两种结构：无限脉冲响应滤波器，有限脉冲响应滤波器。 设计滤波器就像设计如何从 众多求职者中招聘对路的人才， 这里面也需要技巧。 设计无限脉冲响应滤波器， 可先设计模拟滤波器，然后用数学公式转变为数字滤波器；也可用z变换的零极点图来设计，或以理想滤波器和实际滤波器的误差为标准进行设计。 设计有限脉冲响应滤波器，可从无穷长的序列中截取一段获得，也可对标准滤波器的频谱采样获得，还可根据理想滤波器和实际滤波器的误差来设计。 数字信号的数字越多，越能贴近它所表示的真实信号，但也带来了存储量和计算量越大的问题。提高效率的方法就是在不同的场合使用不同的采样率。转换采样率也有诀窍，叫做抽取和内插。 把数字信号处理付诸应用，可采用通用计算机，或专用集成电路、可编程集成电路。不过事先要考虑成本，这就要考虑实际的计算速度和数字精度。 由浅入深的三个应用实例，为你充实数字信号处理的体系。 这三个实例是：两人合唱的数字音效处理系统，小轿车车厢内的噪声消除系统，数字蜂窝电话系统。 通过344~349页的五个试验，你可以更好地将数字信号处理的理论和实践有机结合。这五个试验是：测量人耳辨别回音的最小时间，观察一句话的频谱特点，双音多频的通信，滤除心电图信号中的电网干扰，软件无线电的通信。 书末的350~359页为读者设计了索引，它列出专业名词和解释它们意思的页码，方便快速查找。 第1章 数字信号处理的概念 数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的一种理论和技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。DSP也是digital signal processor的简称，即数字信号处理器，它是集成专用计算机的一种芯片，只有一枚硬币那么大。有时人们也将DSP看作是一门应用技术，称为DSP技术与应用。 数字信号处理由三个词组成。信号是指那些代表一定意义的现象，比如声音、