[工学]数字信号处理 课件 第9章 数字信号处理的实现.ppt

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[工学]数字信号处理 课件 第9章 数字信号处理的实现

第9章 数字信号处理的实现 9.1 数字信号处理中的量化效应 9.2 数字信号处理技术的软件实现 9.3 数字信号处理的硬件实现 9.1 数字信号处理中的量化效应 信号x(n)值量化后用Q[x(n)]表示, 量化误差用e(n)表示,  e(n)=Q[x(n)]-x(n) 1. A/D变换器中的量化效应 A/D变换器的功能原理图如图 9.1.2(a)所示, 图中 (n)是量化编码后的输出, 如果未量化的二进制编码用x(n)表示, 那么量化噪声为e(n)= (n)-x(n), 因此A/D变换器的输出 (n)为 假设A/D变换器输入信号xa(t)不含噪声, 输出 (n)中仅考虑量化噪声e(n), 信号x-a(t)平均功率用 表示, e(n)的平均功率用 表示, 输出信噪比用S/N表示, 将 代入(9.1.2)式, 得到: 2. 数字网络中系数的量化效应 数字网络或者数字滤波器的系统函数用下式表示: 对于N阶系统函数的N个系数ar, 都会产生量化误差Δar, 每一个系数的量化误差都会影响第i个极点Pi的偏移。 可以推导出第i个极点的偏移ΔPi服从下面公式: 上式表明极点偏移的大小与以下因素有关: (1) 极点偏移和系数量化误差大小有关。 (2) 极点偏移与系统极点的密集程度有关。 (3) 极点的偏移与滤波器的阶数N有关, 阶数愈高, 系数量化效应的影响愈大, 因而极点偏移愈大。 3. 数字网络中的运算量化效应 1) 运算量化效应 在图 9.1.3 中, 有两个乘法支路, 采用定点制时共引入两个噪声源, 即e1(n)和e2(n), 噪声e2(n)直接输出, 噪声e1(n)经过网络h(n)输出, 输出噪声ef(n)为 ef(n)=e1(n)*h(n)+e2(n) ?如果尾数处理采用定点舍入法, 则输出端噪声平均值为  由于e1(n)和e2(n)互不相关, 求输出端噪声方差时, 可分别求其在输出端的方差, 再相加。 这里, 每个噪声源的方差均为 式中, e f1 (n)和e f2 (n)分别表示e1(n)和e2(n)在输出端的输出; 根据帕斯维尔定理(2.5.29)式, 也可以用下式计算: 2) 网络结构对输出噪声的影响 例 9.1.1 已知网络系统函数为 (1) 直接型。 2) 级联型。 输入信号x(n)方差为 , 均值mx=0, 输出端信号功率用 表示, 3) 防止溢出的措施 可以采用限制输入信号动态范围的方法来防止溢出。 设网络节点用vi表示, 从输入节点x(n)到vi节点的单位取样响应为hi(n), 上式即是对输入信号动态范围的限制。 例如, 一阶IIR网络, 单位取样响应h(n)=anu(n), |a|1, 例如, 在图 9.1.5 中, 为防止溢出, 在输入支路上加衰减因子A, 最后要指出的是按照(9.1.7)式或(9.1.9)式选择衰减因子是比较保守或者说是比较苛刻的。经常用下式计算: 9.2 数字信号处理技术的软件实现 一个数字网络或数字滤波器设计完毕, 知道其差分方程, 可根据差分方程直接编写其程序。 图 9.2.1(a)是一个一般二阶基本网络, 其差分方程为 y(n)=a1y(n1)+a2y(n2)+b0x(n)+b1x(n1)+b2x(n2) 式中, a1, a2, b0, b1, b2是已知参数; x(n)是输入信号, 一般x(n)是一些离散的数据。  ω(n)=a1ω(n1)+a2ω(n2)+b0x(n)+b1x(n1)+b2x(n2) y(n)=a3y(n1)+a4y

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