1、数 字 信 号 处 理,绪 论,一、从模拟到数字,1.信号：信号传递信息的函数也是独立变量的函数，这个变量可以是时间、空间位置等。 2.连续信号：时间和幅度都取连续值。模拟信号：是连续信号的特例。时间和幅度均连续。 3.离散信号：时间上不连续，幅度连续。 4.数字信号：时间和幅度均离散。,数字信号处理采用数字系统完成信号处理的任务，它具有数字系统的一些共同优点，例如抗干扰、可靠性强，便于大规模集成等。除此而外，与传统的模拟信号处理方法相比较，它还具有以下一些明显的优点：,二、数字信号处理的主要优点,1、精度高,在模拟系统的电路中，元器件精度要达到10以上已经不容易了，而数字系统17位字长可以达
2、到10的精度，这是很平常的。例如，基于离散傅里叶变换的数字式频谱分析仪，其幅值精度和频率分辨率均远远高于模拟频谱分析仪。,数字信号处理采用了专用或通用的数字系统，其性能取决于运算程序和乘法器的各系数，这些均存储在数字系统中，只要改变运算程序或系数，即可改变系统的特性参数，比改变模拟系统方便得多。,2、灵活性强,例如： 有限长单位脉冲响应数字滤波器可以实现严格的线性相位； 在数字信号处理中可以将信号存储起来，用延迟的方法实现非因果系统，从而提高了系统的性能指标； 数据压缩方法可以大大地减少信息传输中的信道容量。,3、可以实现模拟系统很难达到的指标或特性,利用庞大的存储单元，可以存储二维的图像信号
3、或多维的阵列信号，实现二维或多维的滤波及谱分析等.,4、可以实现多维信号处理,（1）增加了系统的复杂性。他需要模拟接口以及比较复杂的数字系统。 （2）应用的频率范围受到限制。主要是A/D转换的采样频率的限制。 （3）系统的功率消耗比较大。数字信号处理系统中集成了几十万甚至更多的晶体管，而模拟信号处理系统中大量使用的是电阻、电容、电感等无源器件。,5、缺点,三、发展特点,(1)由简单运算走向复杂运算。 目前几十位乘几十位的乘法器在数个纳秒时间内完成一次浮点乘法运算，无论在运算速度上和运算精度上均为复杂的数字信号处理算法提供条件。 ,(2)由低频走向高频。 数模转换器的采样频率高达数百兆赫，可以将
4、更高频率的信号数字化后送入计算机处理。,(3)由一维走向多维。 高分辨率彩色电视、雷达、石油勘探等多维信号处理的应用领域已与数字信号处理结下了不解之缘。,（4）各种数字信号处理系统几经 更新换代,在图像处理方面，图像数据压缩是多媒体通信、影碟机(VCD或DVD)和高清晰度电视(HDTV)的关键技术。近年来发展起来的小波(Wavelet)变换也是一种具有高压缩比和快速运算特点的新压缩技术，应用前景十分广阔，将成为新一代压缩技术的标准。,年代 特点 $/MIPS 60年代 大学探索 $100-$1,000 70年代 军事运用 $10-$100 80年代 商用成功 $1-$10 90年代 进入消费类
5、电子 $0.1-$1 目前 生活用品 $0.01-$0.1,四、各种数字信息系统,Digital Media Processing,Webpad,Telematics,Wireless Devices: 802.11, Bluetooth, Others,Enhanced Gaming,Military and Government Cellular, Secure Connectivity,Industry-Specific PDAs,Biometrics,Medical Devices,在机械制造中，基于FFT算法的频谱分析仪用于振动分析和机械故障诊断；医学中使用数字信号处理技术对心电(E
6、CG)和脑电(EEG)等生物电信号作分析和处理；数字音频广播(DAB)广泛使用数字信号处理技术。 数字信号处理技术已在各领域引起广泛关注和高度重视。,数字信号处理不断开辟新的应用领域:,五、数字信号处理系统的实现,软件实现 硬件实现 片上系统（SOC, System on a Chip）,软件实现是用通用的数字计算机运行数字信号处理程序。其优点是经济，一机多用；缺点是处理速度慢，这是由于通用数字计算机体系结构并不是为特定算法设计的。许多非实时的应用场合，可以采用软件实现方法。例如，处理一盘混有噪声的录像(音)带，可以将图像(声音)信号转换成数字信号并存入计算机，用较长的时间处理这些数据。处理完
7、毕后，再实时地将处理结果还原成一盘清晰的录像(音)带。通用计算机可完成上述任务而不必花费较大代价去设计专用数字计算机。,1.数字信号处理的软件实现,硬件实现是针对特定的应用目标，经优化设计专用的软硬件系统。其优点是容易做到实时处理，缺点是设备只能专用。,2.数字信号处理的硬件实现,3.片上系统（SOC, System on a Chip）,随着大规模集成电路的发展，一个复杂数字信号处理系统已可以集成在一个芯片上。SOC包含有数字和模拟电路、模拟和数字转换电路、微处理器、微控制器以及数字信号处理器等。与传统集成电路不同的是，嵌入式软件的设计也被集成到SOC设计流程中，SOC设计以组装为基础，采用
8、自上至下设计方法，设计过程中大量重复使用自行设计或第三方拥有知识产权的IP(Intelligent Property)模块。SOC要考虑如何合理划分软件和硬件所实现的系统功能以及如何实现软硬件间的信息传递。SOC是数字信号处理系统的一个新型实现方法。,研究内容 经典的数字信号处理限于线性时不变系统理论, 数字滤波和FFT是常用方法。 目前DSP研究热点：时变非线性系统、非平稳信号、非高斯信号处理方法的发展：自适应滤波、离散小波变换、高阶矩分析、盲处理、分形、混沌理论,l 基础理论：离散时间信号与系统 l 离散傅立叶变换DFT 快速傅立叶变换FFT l 数字滤波器 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器 l 数字信号处理系统的实现 数字信号处理器硬件 l 多采样率数字信号处理,课程介绍,
