数字信号处理的应用53432.doc

1、 数字信号处理的应用学院：电气与电子工程学院姓名：学号：专业：老师：3目 录一、概述 .3二、数字信号处理的应用领域 .51、语音信号处理 .52、图像信号处理 .53、振动信号处理 .64、地球物理信号处理 .65、生物医学信号处理 .66、在金属有机涂层抗渗性测量中的应用 .77、FFT 在雷达信号处理中的应用 .78、在汽车发动机缸壁间隙检测中的应用 .7参考文献： .84一、概述数字信号处理（Digital Signal Processing，简称 DSP）是一门涉及许多科学而又广泛应用于许多领域的新兴科学，DSP 有两种含义：数字信号处理，数字信号处理器。我们常说的 DSP 值的是数

2、字信号处理器。数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运用的处理器。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并且得到迅速发展。在过去的二十多年的时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字型号处理是利用计算机或专用计算机或专用处理设备，以数据形式对信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理是以众多科学为理论基础的，他所涉及的范围及其广泛。例如，在数学领域 ，微积分，概论统计，随机过程，数值分析等都是数字信号处理的基本工具，于网络理论，信号与系统，控制论，通信理论，故障诊断等也密切

3、相关。近来新兴的一些科学，如人工智能，模式识别，神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴科学的理论基础。DSP 主要应用在数字信号处理中，目的是为了能满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中得常有运用执行的尽可能快，这久决定龙 DSP 的特点和关键技术。适合数字信号的关键技术：DSP 包含乘法器，累加器，特殊地址产生器，领开销循环等；提高处理速度的关键技术：流水线技术，并行处理技术，超常指令，超标量技术，DMA 等。从广义上讲，DSP，微处理器和微控制器（单片机）等都属于处理器，可以说 DSP 是一种

4、cpu。DSP 是数据和地址空间分开的哈佛结构。DSP 技术应用到我们的生活的每一个角落，从军用到民用，从航空航天到生产生活，都越来越多地使用 DSP.DSP 技术在航空方面，主要用于雷达和声纳信号处理；在通信方面，主要5用于移动电话，IP 电话，ADSL 和 HFC 的信号传输；在控制方面，主要用于电机控制，光驱和硬盘驱动器；在测试/测量方面，主要用于虚拟仪器，自动测试系统，医疗诊断等；在电子娱乐方面，主要用于高清晰度电视，机顶盒，AC_3，家庭影院，DVD 等应用；还有数字相机，网络相机等等都应用了 SP 技术。同时，SOC 芯片系统，无线应用，嵌入式 DSP 都是未来 DSP 的发展方向

5、和趋势。可以说，没有 DSP 就没有对互联网的访问，也不会有多媒体，也没有无线通信。因此 DSP 仍将是整个半导体工业的技术驱动力。现在，DSP 应用领域不断拓宽，其涵盖面包括宽带 Internet 接入业务，下一代无线通信系统的发展，数字消费电子市场，汽车电子市场的发展等诸多多方面。现代数字信号处理器是执行高速数字信号系统的 IC 电路，它恰好适合多媒体信息化社会需求，迅速发展壮大。如今，世界电子器件市场上，各种各样的 DSP 器件已相当丰富。大大小小封装形式的 DSP 器件，已广泛用于各种产品的生产领域，而且 DSP 的应用领域仍在不断的扩大，发展速度异常。6二、数字信号处理的应用领域1、

6、语音信号处理语 音 信 号 处 理 是 信 号 处 理 中 的 重 要 分 支 之 一 。 它 包 括 的 主 要 方 面 有 ： 语音 的 识 别 ， 语 言 的 理 解 ， 语 音 的 合 成 ,语 音 的 增 强 ,语 音 的 数 据 压 缩 等 。 各种 应 用 均 有 其 特 殊 问 题 。 语 音 识 别 是 将 待 识 别 的 语 音 信 号 的 特 征 参 数 即 时 地提 取 出 来 ， 与 已 知 的 语 音 样 本 进 行 匹 配 ， 从 而 判 定 出 待 识 别 语 音 信 号 的 音 素属 性 。 关 于 语 音 识 别 方 法 ， 有 统 计 模 式 语 音 识

7、别 ， 结 构 和 语 句 模 式 语 音 识 别 ，利 用 这 些 方 法 可 以 得 到 共 振 峰 频 率 、 音 调 、 嗓 音 、 噪 声 等 重 要 参 数 ， 语 音 理解 是 人 和 计 算 机 用 自 然 语 言 对 话 的 理 论 和 技 术 基 础 。 语 音 合 成 的 主 要 目 的 是使 计 算 机 能 够 讲 话 。 为 此 ， 首 先 需 要 研 究 清 楚 在 发 音 时 语 音 特 征 参 数 随 时 间的 变 化 规 律 ， 然 后 利 用 适 当 的 方 法 模 拟 发 音 的 过 程 ， 合 成 为 语 言 。 其 他 有 关语 言 处 理 问 题 也

8、 各 有 其 特 点 。 语 音 信 号 处 理 是 发 展 智 能 计 算 机 和 智 能 机 器 人的 基 础 ， 是 制 造 声 码 器 的 依 据 。 语 音 信 号 处 理 是 迅 速 发 展 中 的 一 项 信 号 处 理技 术 。72、图像信号处理图 像 信 号 处 理 的 应 用 已 渗 透 到 各 个 科 学 技 术 领 域 。 譬 如 ， 图 像 处 理 技 术可 用 于 研 究 粒 子 的 运 动 轨 迹 、 生 物 细 胞 的 结 构 、 地 貌 的 状 态 、 气 象 云 图 的 分析 、 宇 宙 星 体 的 构 成 等 。 在 图 像 处 理 的 实 际 应 用 中

9、 ,获 得 较 大 成 果 的 有 遥 感图 像 处 理 技 术 、 断 层 成 像 技 术 、 计 算 机 视 觉 技 术 和 景 物 分 析 技 术 等 。 根 据 图像 信 号 处 理 的 应 用 特 点 ， 处 理 技 术 大 体 可 分 为 图 像 增 强 、 恢 复 、 分 割 、 识 别 、编 码 和 重 建 等 几 个 方 面 。 这 些 处 理 技 术 各 具 特 点 ， 且 正 在 迅 速 发 展 中 。3、振动信号处理机 械 振 动 信 号 的 分 析 与 处 理 技 术 已 应 用 于 汽 车 、 飞 机 、 船 只 、 机 械 设 备 、房 屋 建 筑 、 水 坝 设

10、 计 等 方 面 的 研 究 和 生 产 中 。 振 动 信 号 处 理 的 基 本 原 理 是 在测 试 体 上 加 一 激 振 力 ， 做 为 输 入 信 号 。 在 测 量 点 上 监 测 输 出 信 号 。 输 出 信号 与 输 入 信 号 之 比 称 为 由 测 试 体 所 构 成 的 系 统 的 传 递 函 数 （ 或 称 转 移 函 数 ） 。根 据 得 到 的 传 递 函 数 进 行 所 谓 模 态 参 数 识 别 ， 从 而 计 算 出 系 统 的 模 态 刚 度 、模 态 阻 尼 等 主 要 参 数 。 这 样 就 建 立 起 系 统 的 数 学 模 型 。 进 而 可 以

11、 做 出 结 构 的动 态 优 化 设 计 。 这 些 工 作 均 可 利 用 数 字 处 理 器 来 进 行 。 这 种 分 析 和 处 理 方 法一 般 称 为 模 态 分 析 。 实 质 上 ， 它 就 是 信 号 处 理 在 振 动 工 程 中 所 采 用 的 一 种 特殊 方 法 。 4、地球物理信号处理为 了 勘 探 地 下 深 处 所 储 藏 的 石 油 和 天 然 气 以 及 其 他 矿 藏 ， 通 常 采 用 地 震勘 探 方 法 来 探 测 地 层 结 构 和 岩 性 。 这 种 方 法 的 基 本 原 理 是 在 一 选 定 的 地 点 施加 人 为 的 激 震 ， 如

12、用 爆 炸 方 法 产 生 一 振 动 波 向 地 下 传 播 ,遇 到 地 层 分 界 面 即产 生 反 射 波 ,在 距 离 振 源 一 定 远 的 地 方 放 置 一 列 感 受 器 ， 接 收 到 达 地 面 的 反射 波 。 从 反 射 波 的 延 迟 时 间 和 强 度 来 判 断 地 层 的 深 度 和 结 构 。 感 受 器 所 接 收到 的 地 震 记 录 是 比 较 复 杂 的 ， 需 要 处 理 才 能 进 行 地 质 解 释 。 处 理 的 方 法 很 多 ，有 反 褶 积 法 ， 同 态 滤 波 法 等 ， 这 是 一 个 尚 在 努 力 研 究 的 问 题85、生物

13、医学信号处理信 号 处 理 在 生 物 医 学 方 面 主 要 是 用 来 辅 助 生 物 医 学 基 础 理 论 的 研 究 和 用于 诊 断 检 查 和 监 护 。 例 如 ， 用 于 细 胞 学 、 脑 神 经 学 、 心 血 管 学 、 遗 传 学 等 方面 的 基 础 理 论 研 究 。 人 的 脑 神 经 系 统 由 约 100 亿 个 神 经 细 胞 所 组 成 ， 是 一个 十 分 复 杂 而 庞 大 的 信 息 处 理 系 统 。 在 这 个 处 理 系 统 中 ， 信 息 的 传 输 与 处 理是 并 列 进 行 的 ， 并 具 有 特 殊 的 功 能 ， 即 使 系 统

14、的 某 一 部 分 发 生 障 碍 ， 其 他 部分 仍 能 工 作 ， 这 是 计 算 机 所 做 不 到 的 。 因 此 ， 关 于 人 脑 的 信 息 处 理 模 型 的 研究 就 成 为 基 础 理 论 研 究 的 重 要 课 题 。 此 外 ， 神 经 细 胞 模 型 的 研 究 ， 染 色 体 功能 的 研 究 等 等 ， 都 可 借 助 于 信 号 处 理 的 原 理 和 技 术 来 进 行 。 信 号 处 理 用 于 诊 断 检 查 较 为 成 功 的 实 例 ， 有 脑 电 或 心 电 的 自 动 分 析 系 统 、断 层 成 像 技 术 等 。 断 层 成 像 技 术 是

15、诊 断 学 领 域 中 的 重 大 发 明 。 X 射 线 断 层的 基 本 原 理 是 X 射 线 穿 过 被 观 测 物 体 后 构 成 物 体 的 二 维 投 影 。 接 收 器 接 收 后 ，再 经 过 恢 复 或 重 建 ， 即 可 在 一 系 列 的 不 同 方 位 计 算 出 二 维 投 影 ,经 过 运 算 处理 即 取 得 实 体 的 断 层 信 息 ,从 而 大 屏 幕 上 得 到 断 层 造 像 。 信 号 处 理 在 生 物 医学 方 面 的 应 用 正 处 于 迅 速 发 展 阶 段 。 6、在金属有机涂层抗渗性测量中的应用根据 FFT 原理，应用恒电位仪对各种金属有

16、机涂层抗渗性的低频在线测试，所得结果与传统的应用锁相放大器或频率响应分析仪的高频方法相同，而且快捷高效，不需要使用昂贵的频域仪器（超级工程：珠港澳大桥使用 120 年，海底隧道，桥墩都要耐海水的腐蚀）。7、FFT 在雷达信号处理中的应用雷达信号处理算法中大多数采用 FFT 方法测量频率，如果提高测频精度需增加 FFT 点数，增加 FFT 点数的实质是在整个单位圆(即整个距离谱)上均匀增加频域采样点数，从而造成运算量的成倍增加。Chirp-z 变换可以实现对回波频谱中的某段进行局部细化，从而在采样点数、运算量增加不多的情况下，大大提9高雷达的测量精度。 匹配傅里叶变换,检测反辐射导弹,改进机载雷

17、达的目标跟踪性能,地面运动目标检测,应用匹配傅里叶变换检测出了慢速运动目标。 (匹配傅里叶变换的基本原理是其变换基的相位随时间变化规律必须与信号相位随时间变化规律相同。）8、在汽车发动机缸壁间隙检测中的应用为了检测汽车发动机缸壁间隙，建立振动信号分析系统，利用 FFT 变换分析采集振动信号，绘制不同缸壁间隙的振动信号频谱分析图，得到振动加速度随缸壁间隙变化的曲线，从而在发动机不解体的情况下根据发动机在某转速下发动机的横向冲击振动信号估计缸壁间隙，预知发动机活塞与缸壁间的磨损程度，达到故障分析与状态监测目的。数 字 信 号 处 理 在 其 他 方 面 还 有 多 种 用 途 ， 如 雷 达 信 号 处 理 、 地 学 信 号 处理 等 ， 它 们 虽 各 有 其 特 殊 要 求 ， 但 所 利 用 的 基 本 技 术 大 致 相 同 。 在 这 些 方 面 ，数 字 信 号 处 理 技 术 起 着 主 要 的 作 用 。10参考文献：【1】沈希忠. 数字信号处理.机械工业出版社，2014.【2】苏涛等. 高性能数字信号处理器与高时速实时信号处理.西安电子科技大学出版社，1999.【3】林健. DSP 信号处理器的典型应用及前景展望 . 机电信息，2004.【4】胡宝旭. 基于 DSP 的生物医学信号检测系统的设计. 微计算机信息，2007.