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1、数字信号处理-1-,数字信号处理（DSP）概述,邬霞 教授北京师范大学 信息学院,本讲提纲,课程介绍绪论,2,本讲提纲,课程介绍绪论,3,课程介绍_,课程介绍 绪论,4,课程性质专业基础课考研科目科研与就业课程教材以PPT为主,课程性质、课程教材,课程介绍_,5,理论教学环节上机实验环节,教学计划,课程介绍 绪论,课程介绍_,6,上课信息考核方式,上课信息、考核方式,课程介绍 绪论,课程介绍_,7,课程目标,掌握数字信号处理的基本概念、方法掌握MATLAB编程，实现简单的数字信号处理,课程介绍 绪论,课程介绍_,8,教师信息,主讲教师邬霞联系方式Email：Office:电子楼409#,课程介
2、绍 绪论,本讲提纲,课程介绍绪论,9,绪论,10,DSP基本概念：信号、系统及信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪论,绪论,11,DSP基本概念：信号、系统及信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪论,信号：携带信息的函数信号分类：确定性信号、随机信号数字信号：信号幅度、时间变量均取离散值。数字信号处理：利用计算机或专用数字处理设备采用数值计算的方法对信号进行处理。数字信号处理包括：数据采集、运算、变换、分析、综合、滤波、估值、识别本课程讨论：确定性数字信号处理(时域、频域)的各种基本理论、概念、方法、实现
3、和应用,绪论_,基本概念（信号）,12,课程介绍 绪论,心电图 图像声音脑电波,不同的信号形式：,13,课程介绍 绪论,绪论_,基本概念（信号）,绪论_,14,基本概念（系统）,将信号进行处理（或变换）以达到人们要求的设备硬件实现软件编程实现系统的分类（按所处理的信号种类不同分类）模拟系统离散时间系统数字系统,课程介绍 绪论,绪论_,15,基本概念（系统）,课程介绍 绪论,模拟信号处理器,模拟输出信号,x(t),y(t),模拟输入信号,模拟信号处理系统 如滤波器、频谱分析仪或倍频器等,绪论_,16,基本概念（系统）,课程介绍 绪论,前置预滤波器,A/D转换器,数字信号处理器,D/A转换器,模拟
4、滤波器,xa(t),ya(t),x(n),y(n),xa(t),数字信号处理系统,绪论_,17,基本概念（信号处理）,用系统对含有信息的信号进行处理（变换）硬件实现：采用加法器、乘法器和延时器构成的专用数字网络，或用集成电路实现某种专用的信号处理功能。软件编程实现在通用计算机上编写程序实现各种复杂的处理算法。软硬件结合实现 依靠通用单片机或数字信号处理专用单片机（DSP）的硬件资源，配置相应的信号处理软件，实现工程实际中的各种信号处理功能。,课程介绍 绪论,绪论_,18,基本概念（信号处理）,信号处理的分类：模拟信号处理数字信号处理（DSP）,（实质：数值运算）,课程介绍 绪论,主要优点：灵活
5、性好：可编程、自适应、功能复用（时域、频域）稳定可靠：数值运算无阻容元件温度效应，无阻抗匹配问题 处理精度高：精度有数字系统字长决定，二进制无噪声 便于加解密：数值运算完成复杂加解密算法 便于大规模集成化、小型化：数字集成电路 便于自动化、多功能化：嵌入式、多媒体技术 可以实现模拟系统无法实现的复杂处理功能：解卷积、时分复 用、严格线性相位、图像特技等应用广泛：通信 雷达 人工智能 模式识别 航空航天 图像处理等,绪论_,基本概念（数字信号处理优点）,19,课程介绍 绪论,绪论,20,DSP基本概念：信号、系统及信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪
6、论,绪论_,21,信号分类,信号是信息的物理表现形式/传递信息的函数周期信号和非周期信号确定信号和随机信号模拟信号、离散时间信号、数字信号,课程介绍 绪论,绪论_,22,信号分类,按自变量与函数值的取值形式不同分类：,模拟信号,时间,幅度,离散时间信号,数字信号,连续,连续,离散,连续,离散,离散,课程介绍 绪论,绪论,23,DSP基本概念：信号、系统及信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪论,绪论_,24,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,绪论_,25,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,绪论_,26,连续
7、时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,离散时间正弦信号,绪论_,27,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,注意：（1）指数为纯虚数的复指数序列的周期性与正弦序列的情况相同；（2）无论正弦或复指数序列是否为周期序列，参数0仍称为序列的数字频率,判断离散时间正弦序列的周期性,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,28,课程介绍 绪论,29,分情况讨论,1）当 为整数时,2）当 为有理数时,3）当 为无理数时,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,30,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,31,绪论_,
8、连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,32,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,直观判断：如果 不含的因子，则x(n)可能非周期。,33,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,例：判断,是否是周期序列？,34,绪论_,连续时间信号和离散时间信号中的频率概念,课程介绍 绪论,若一个正弦序列是由连续时间正弦信号抽样得到那么抽样时间间隔T和连续时间正弦信号的周期T0 之间应满足什么关系才能使所得到的抽样序列仍是周期序列？,设连续正弦信号：,抽样序列：,当,为整数或有理数时，x(n)为周期序列,35,绪论_,连续时间信号和离散时间
9、信号中的频率概念,课程介绍 绪论,有：,N，k为正整数,即,N个抽样间隔应等于k个连续正弦信号周期,例：,绪论,36,DSP基本概念：信号、系统及信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪论,37,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,模数转换器（ADC）是将时间和幅值都连续的模拟信号转换为时间和幅值都是离散的数字信号的电路,一般指将电压量转换为数字量的过程。要实现模数转换，一般需要经过三个过程，即采样、量化和编码。,38,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,39,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,模数转换器的基本组成部分,40,绪论_,模数
10、和数模转换,课程介绍 绪论,数模转换器（DAC）通过某种插值操作连接数字信号中的各点，其精度依赖于D/A转换过程的质量,零阶保持数模转换,41,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,模拟信号采样,模拟信号转换为数字信号由A/D完成，原理框图为,42,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,模拟信号的周期采样,43,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,44,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,讨论：,采样前后信号频谱的变化什么条件下，可以从采样后的信号中不失真地恢复出原信号,45,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,1、理想抽样,理想抽样输出：,46,绪论_,模数和数模转换,课程介
11、绍 绪论,性质：两个信号时域相乘，其频域对应卷积。,47,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,（周期函数，因而可用傅氏级数展开）,48,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,（周期函数，因而可用傅氏级数展开）,49,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,性质：两个信号时域相乘，其频域对应卷积。,50,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,性质：两个信号时域相乘，其频域对应卷积。,51,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,抽样信号频谱是模拟信号频谱以抽样频率为周期进行周期延拓而成频谱幅度是原信号频谱幅度的1/T倍,52,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,则延拓分量产生频谱混叠
12、！,注意：若信号的最高频率,53,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,奈奎斯特抽样定理,要想抽样后能够不失真地还原出原信号，则抽样频率必须大于信号谱最高频率的两倍,54,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,理想低通滤波器:,利用低通滤波器还原满足奈奎斯特抽样定理的抽样信号。,2、理想抽样信号恢复,55,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,性质：两个信号频域相乘，其时域对应卷积。,56,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,性质：两个信号频域相乘，其时域对应卷积。,输出：,抽样内插公式,57,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,58,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,59,绪论_,模数和数模转换,课程介绍 绪论,量化示例：,绪论_,60,综述,数字信号处理是把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息便于应用的目的。例如：检测、变换、滤波、估计、增强、识别、参数提取、频谱分析等。,课程介绍 绪论,本讲总结,61,提纲总结本课程介绍DSP基本概念：信号、系统、信号处理信号分类连续时间信号和离散时间信号中的频率概念模数和数模转换,课程介绍 绪论,思考题1,62,思考题1,63,解：,思考题1,64,思考题2,65,思考题2,66,思考题2,67,思考题2,68,谢谢,欢迎课下交流,
