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数字信号处理 Digital Signal Processing(DSP) 河北理工大学计算机与自动控制学院张 瑞成 Tel:Email:rchzhang@163.com 教科书 数字信号处理教程 程佩青 清华大学出版社 讲授内容 1.绪论--DSP的发展和应用 2.离散时间信号与系统 3.离散傅里叶变换DFT 4.快速付里叶变换FFT 5.数字滤波器(DF)的结构和实现方法 6.IIR DF的设计(无限长单位脉冲响应数字滤波器的设计) 7.FIR DF 的设计(有限长单位脉冲滤波器的设计) 第一章 绪论 为何要上数字信号处理? 在过去的数十年中，数字信号处理(DSP)的领域，无论在理论上还是技术上都有非常重要的发展。 由于工业上开发和利用廉价的硬件和软件，使不同领域的新工艺和新应用现在都想利用DSP算法、使它成为本科教学内容。 第一节什么是数字信号处理 一、数字信号处理(DSP)(Digital Signal Processing) 凡是利用数字计算机或专用数字硬件、对数字信号所进行的一切变换或按预定规则所进行的一切加工处理运算。 例如：滤波、检测、参数提取、频谱分析等。 对于DSP:狭义理解可为Digital Signal Processor 数字信号处理器。广义理解可为Digital Signal Processing 译为数字信号处理技术。在此我们讨论的DSP的概念是指广义的理解。 1.信号(复习) 信号是一种物理体现。在信号处理领域中，信号被定义为一个随机变化的物理量。 例如：为了便于处理，通常都使用传感器把这些真实世界的物理信号------电信号，经处理的电信号---传感器---真实世界的物理信号。 如现实生活中最常见的传感器是话筒、扬声器 话筒(将声压变化)---电压信号--空气压力信号(扬声器) 2.信号的最基本的参数 频率和幅度 3-30kHz:Very low frequency VLF(潜水艇导航) 30-300kHz:Low frequency LF(潜水艇通信) 300~3000kHz:Medium frequency(调幅广播) 3-30MHz:High frequency(HF)(无线电爱好者，国际广播，军事通信 无绳电话，电报，传真) 30-300MHz:Very High frequency(VHF)(调频FM，VHF电视) 0.3~3GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电话，雷达，微波，个人通信) 频率低20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够大，能被感觉到。(处于VLF Very low frequency) 频率20Hz~20KHz称为声波，Low frequency (处于LF) 频率20KHz称为超声波 ，具有方向性，可以成束(处于LF) 3.信号分类 连续信号和离散信号 模拟信号和数字信号 确定性信号和随机信号 (1)连续信号和离散信号 连续信号：指随时间信号而连续变化的信号。 离散信号：只有在离散的时间点有确定的值。它通常都是通过对连续信号采样而得到的。 (2)模拟信号和数字信号 模拟信号：指幅度连续的信号，通常指 时间和幅度上都是连续的信号。 数字信号：时间和幅度上都是离散的信 号。 (3)确定性信号和随机信号 确定性信号：它的每一个值可以用有限个参量来唯一地加以描述。 例：直流信号：仅用一个参量可以描述。 阶跃信号：可用幅度和时间两个参量描述。 正弦波信号：可用幅度、频率和相位三个参量来描述。 (3)确定性信号和随机信号 随机信号：不能用有限的参量加以描述。也无 法对它的未来值确定地参预测。它只能通过统计学的方法来描述(概率 密度函数来描述)。 例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图象信号、噪声都是随机信号。它们具有幅度(能量)随机性、或具有发生时间上的随机性或二都兼有之。 4.信号处理 滤波 变换 压缩 估计 识别 二、数字信号处理的学科概貌 1.数字信号处理开端 在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处理这一学科的开端。 而它的历史可以追溯到17世纪--18世纪，也即牛顿和高斯的时代。 2.数字信号处理领域的理论基础 数字信号处理的基本工具：微积分，概率统计，随机过程，高等代数，数值分析，近代代数，复杂函数。 数字信号处理的理论基础：离散线性变换(LSI)系统理论，离散付里叶变换(DFT)。