DSP数字信号处理PPT电子课件教案-第四章 模拟信号数字处理.ppt

例4.1：下图表示的是在钢琴上敲击若干键，得到的声音的 频谱曲线，频率范围为250～2500 Hz。其中C, E和G表示的 是敲击中央C, E和G键时发出声音的基本频率分量。试将C, E, G三个基本音提出来，并将G键的基本音衰减0.707倍， 使这三个琴键的声音基本平衡。 返回 预 滤 波 器 A/D 变 换 器 数字低通 滤波器 A/D 变 换 器 平 滑 滤 波 器 （1）预滤波器：防止信号折叠频率以上的频率分量引起频谱混叠。根据题意，模拟低通滤波器的截止频率为456 Hz，选择采样频率，预滤波器截止频率=456 Hz。 （2）A/D变换器：要求采样频率，编码位数选8位。 （3）数字低通滤波器：数字低通滤波器的截止频率为 返回 3dB截止频率为 C，E和G键的模拟频率为262, 330和392 Hz，相应的数字 频率分别为 和 。要求在 频带内 幅度平稳，在 频带幅度单调下降，在 处下 降-3dB，在 处下降- 40dB。 （4）D/A变换器：选择8位，采样频率为912 Hz以上。 （5）平滑滤波器：这也是一个模拟低通滤波器，最高截止 频率决定于数字信号处理后的信号最高频率。该例题应该 选择截止频率为456 Hz。 返回 4.4 线性模拟系统的数字模拟 要求：方框图与 等效。 模拟系统 数字系统 返回 分析 和 之间的关系： 的傅里叶变换 将 代入有 通过低通（即D／A变换器） ，得 返回 低通带截止频率为 ，因此得到 则等效模拟滤波器的传输函数为 式中 所以 数字系统的单位脉冲响应和模拟系统的单位冲激响应的关系为 返回 结论： 模拟系统的传输函数或单位冲激响应 数字系统的系统函数或者单位脉冲响应 注意： 想用数字滤波器模拟一个模拟高通滤波器，则无论用多 高的采样频率，都会因为频谱混叠而无法进行模拟。 返回 本节主要讲述： 4.5 模拟信号的频谱分析 4.5.1 公式推导及参数选择 4.5.2 用DFT(FFT)对模拟信号进行谱分析的误差 4.5.3 用DFT(FFT)对周期信号进行谱分析 返回 模拟信号进行频谱分析时，有几个重要的参数要选择， 采样频率 信号的最高截止频率 频率分辨率F 能够分辨的两个频率分量最 小的间隔 频谱分析范围 采样点N 与对信号的观测时间 有关 参考公式： 4.5.1 公式推导及参数选择 返回 回到本节 例4.2 对模拟信号进行频谱分析,要求谱分辩率 信号最高频率 。试计算最小的记录时间 最大的采样间隔 ,最少的采样点数 及谱分析范 围.如果信号的最高频率不变,采样频率不能降低，如 何改变参数将谱分辨率提高1倍。 解：利用上页公式,得： 返回 回到本节 要求：频谱分辨率提高1倍 采样频率不变 应对办法：增加记录时间 ，增加采样点数 应用公式得： 返回 回到本节 4.5.2 用DFT（FFT）对周期信号 进行谱分析的误差来源 1.频谱混叠 采样频率不满足采样定理 一般模拟信号的频谱函数并不是锐截止的 信号中总含有或多或少的干扰或噪声 返回 回到本节 2.截断效应 定义：对无限长的模拟信号进行截断而引起的误 差现象称为截断效应。 采样序列 ，对它用长为N的矩形窗进行截断： 矩形窗 的幅度谱 返回 回到本节 举例： 加矩形窗前、后的幅度谱 返回 回到本节 比较截断前、后的幅度谱的差别： 泄露 定义：原来的离散谱线向两边展宽，这种将谱线展宽 的现象称为频谱泄漏。 约束因素：矩形窗的长度越长，展宽的宽度就越窄。 影响：泄漏会使频谱模糊，谱的分辨率降低。 谱间干扰 出现原因：频谱卷积以后存在着的旁瓣 影响：降低谱分辨率 泄漏和谱间干扰统称为信号的截断效应。 减轻截断效应的方法---提高谱分析的分辨率及精确性 。 返回 回到本节 3.删栏效应 定义：N点DFT（FFT）得到的只是N个采样点上的频 谱值，两点之间的频谱值是不知道的，就好像 被栅栏遮住一样 应对策略： 增多DFT（FFT）的变换点数 在信号尾部加零的方法加大DFT（FFT）的变换点数。 注意：用DFT（FFT）对采样