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第四节 数字信号处理的应用领域
• 自20世纪60年代以来，数字信号处理的 应用已成为一种明显的趋势，这与它突 出优点分不开的。
• 数字信号处理大致可分为： • 信号分析 • 信号滤波
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一、信号分析
• 任务：涉及信号特性的测量。它通常是 一个频域的运算。
• 主要应用于： 谱(频率和/或相位)分析 语音分析 说话人识别 目标检测
4.离散时间信号处理
[美]A.V奥本海姆 R.W.谢弗编
科学出版社
2.Signal Processing 信号处理导论
Sophocles J.Orfanids(奥法尼索斯S.J)
清华大学出版社
3.基于Matlab的系统分析与设计--信号处理
楼顺天 李博菡 编著
西安电子科大出版社
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讲授内容
1.绪论--DSP的发展和应用
3.“数字信号处理”又成为一些 学科的理论基础
• 在学科发展上，数字信号处理又和最优 控制，通信理论，故障诊断等紧紧相连， 成为人工智能，模式识别，神经网络， 数字通信等新兴学科的理论基础。
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4.数字信号处理基本学科分支
• 数字信号滤波 分为经典滤波和现代滤波。经典滤波为本
科阶段学。主要为FIR 和IIR滤波器 • 数字信号频谱分析 FFT进行谱分析 统计频谱分析
• 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。
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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)。
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用者只需给出输入数据，可在输出端直接得到 数据。
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第三节 数据信号处理的特点
• 与模拟系统(ASP)相比，数字系统具有如下特点：
• 精度高
• 可靠性
• 灵活性大
• 易于大规模集成
• 时分复用
• 可获得高性能指标
• 二维与多维处理
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1.精度高
• 在模拟系统中，它的精度是由元件决定， 模拟元器件的精度很难达到10-3以上。而 数字系统中，17位字长就可达10-5精度， 所以在高精度系统中，有时只能采用数 字系统。
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2.可靠性强
• 数字系统：只有两个信号电平0，1受噪声 及环境条件等影响小。
• 模拟系统：各参数都有一定的温度系数， 易受环境条件，如温度、振动、电磁感应 等影响，产生杂散效应甚至振荡等
• 且数字系统采用大规模集成电路，其故障 率远远小于采用众多分立元件构成的模拟 系统。
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3.灵活性大
机器人等。
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三、DSP的典型应用
• 1.网络 • 2.无线通信 • 3.家电 • 4.另外还有虚拟现实，噪声对消技术，电
机控制，图像处理等等
• 可以说DSP是现代信息产业的重要基石， 它在网络时代的地位与CPU在PC时代的 地位是一样的。
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四、举例
1.语音处理
• 它是最早采用数字信号处理技术的领域之一。
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3.利用通用DSP芯片
• DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。 • 如内部带有乘法器，累加器，采用流水线
工作方式及并行结构，多总线速度快。配 有适于信号处理的指令(如FFT指令)等。 • 目前市场上的DSP芯片有： • 美国德州仪器公司(TI):TMS320CX系列 占 有90% • 还有AT&T公司dsp16,dsp32系列 • Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列 • AD公司的ADSP21Xh ,ADSP210X系列 30
• 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。
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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
4.利用特殊用途的DSP芯片
• 市场上推出专门用于FFT,FIR滤波器，卷积、相 关等专用数字芯片。
• 如：BB公司：DF17XX系列 • MAXIM公司：MAXIM27X ,MAXIM28X • National公司：National-SEMI系列：MF系列。 • 其软件算法已在芯片内部用硬件电路实现，使
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二、信号滤波
• 任务：是信号入--->信号出的情况。实现这个 任务的系统被称为滤波器。它通常(但不总是) 作时域运算。
• 主要应用于：
滤除不需要的背景噪声，去除干扰
频带分割， 信号谱的成形
所以它广泛地应用于数字通信，雷达，遥感，
声纳，语音合成，图象处理，测量与控制，
高清晰度电视，多媒体物理学，生物医学，
话筒(将声压变化)--->电压信号-->空气压力信
号(扬声器)
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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)
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5.时分复用
• 利用DSP同时处理几个通道的信号。
• 某一路信号的相邻两抽样值之间存在很大的空隙
时间，因而在同步器的控制下，在此时间空隙中
送入其他路的信号，而各路信号则利用同一DSP，
后者在同步器的控制下，算完一路信号后，再算
另一路信号，因而处理器运算速度越高，能处理
的信道数目也就越多。
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• 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)
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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。
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第一节
什么是数字信号 处理
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一、数字信号处理(DSP) (Digital Signal Processing)
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三、数字信号处理系统的基本组成
• 以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统.
模拟 前置预 滤波器
Xa(t)
PrF
A/D 变换器
ADC
数字信号 处理器
DSP
D/A 变换器
DAC
模拟 模拟 滤波器
Ya(t)
PoF
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(1)前置滤波器
• 将输入信号xa(t)中高于某一频率(称折叠 频率，等于抽样频率的一半)的分量加以 滤除。
• 由一个进制流产生一个阶梯波形，是形 成模拟信号的第一步。
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(5)后置滤波器
• 把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。 • 以滤除掉不需要的高频分量，生成所需
的模拟信号ya(t).
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第二节
数字信号处理的 实现
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数字信号处理实现方法
• 1.采用大、中小型计算机和微机。 • 2.用单片机。 • 3.利用通用DSP芯片 • 4.利用特殊用途的DSP芯片
数字信号处理 Digital Signal Processing(DSP)
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教科书
数字信号处理教程 程佩青
清华大学出版社
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参考书
1.数字信号处理
张元、汪元宝、方穗明编
北京工业大学出版社
2.数字信号处理
王世一
北京理工大学出版社
3.数字信号处理---理论、算法与实现
胡广书
清华大学出版社
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3
参考书
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1.采用大、中小型计算机和微 机
• 工作站和微机上各厂家的数字信号软件， 如有各种图象压缩和解压软件。
• 用这一方法优点：可适用于各种数字信 号处理的应用场合，很灵活。
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2.用单片机
• 由于单片机发展已经很久，价格便宜， 且功能很强。
• 优点：可根据不同环境配不同单片机， 其能达实时控制，但数据运算量不能太 大。
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多路器
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DSP
1
分
2
路
3
器
n
h 同步
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6.可获得高性能指标
• 例：对信号进行频谱分析
• 模拟频谱仪在频率低端只能分析到10Hz以上频 率，且难于做到高分辨率(也即足够窄的带宽)。