数字信号处理教程课件,第四版,绪论资料

2018 12 3 1 数字信号处理 DigitalSignalProcessing 教 师 张 水 锋 电 话 15905543606 Email 1565458403 2018 12 3 2 目录 绪论 离散时间信号与系统 离散时间与系统的变换域分析 离散傅立叶变换及其快速算法 数字滤波器的结构 IIR 数字滤波器的设计 FIR 数字滤波器的设计 数字信号处理中的有限字长效应 MATLAB 及其在信号处理中的应用 2018 12 3 3 绪论 重点 数字信号处理过程 数字信号处理的实现方法 难点 数字信号处理的实现方法 2018 12 3 4 内 容 一 引言 二 信号的分类 三 数字信号处理研究的内容 四 数字信号处理学科研究的范围及发展状况 五 数字信号处理系统的典型框图 六 数字信号处理的优点 七 本课程的主要学习内容与学习方法 八 参考书籍 九 数字信号处理的应用 2018 12 3 5 一 引言 数字信号处理 DigitalSignal Processing 简称 DSP DSP 技术 DigitalSignalProcessor 理论 应用 2018 12 3 6 1 基本概念 数字信号处理 用数字的方式对数字形式的信号进行处理 数字信号 数字方式 DSP 狭义 DSP 处理器 广义 数字信号处理技术 2018 12 3 7 2 本课程性质 电子信息类专业大学本科的必修课程 电子信息专业核心课程 DSP 理论 实现与应用 单片机 嵌入系统 FPAG CPLD ASIC ApplicationSpecific IntegratedCircuit 2018 12 3 8 数字信号处理的要求 DSP 芯片一般具有如下主要特点 1 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法 2 程序和数据空间分开 可以同时访问指令和数据 3 片内具有快速 RAM 通常可通过独立的数据总线 在两块中同时访问 4 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持 5 快速的中断处理和硬件 I O 支持 6 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器 7 可以并行执行多个操作 8 支持流水线操作 使取指 译码和执行等操作可 以重叠执行 当然 与通用微处理器相比 DSP 芯片的其他通用功能 相对较弱些 2018 12 3 9 单片机又称单片微控制器 它不是完成某一 个逻辑功能的芯片 而是把一个计算机系统 集成到一个芯片上 概括的讲 一块芯片 就成了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格便宜 为学习 应用和开发提供了便 利条件 特点 具有位处理 控制功能强 2018 12 3 10 与单片机相比 DSP 器件具有较高的集成度 DSP 具有更快的 CPU 更大容量的存储器 内置 有波特率发生器和 FIFO 缓冲器 提供高速 同步 串口和标准异步串口 有的片内集成了 A D 和采 样 保持电路 可提供 PWM 输出 DSP 器件采用 改进的哈佛结构 具有独立的程序和数据空间 允许同时存取程序和数据 内置高速的硬件乘法 器 增强的多级流水线 使 DSP 器件具有高速的 数据运算能力 DSP 器件比 16 位单片机单指令执 行时间快 8 10 倍 完成一次乘加运算快 16 30 倍 DSP 器件还提供了高度专业化的指令集 提 高了 FFT 快速傅里叶变换和滤波器的运算速度 2018 12 3 11 目前国内推广应用最为广泛的 DSP 器件是美国德州仪 器 TI 公司生产的 TMS320 系列 单片机 MCS51 ARV atmel 公司 Motorola Freescale 飞思卡 尔 PIC 单片机 Philips MSP430 凌阳单片机 PSD 单片机 WSI 公司 Winbond 嵌入系统 ARM Freescale 飞思卡尔 ColdFire MPC PowerPC PC104 WinCE VxWorks pSOS QNX Nucleus 嵌入式 Linux Clinux RTLiinux C OS II eCos 2018 12 3 12 CPLD FPGA ALTERA Xilinx Lattice Actel Cypress Quicklogic ATMEL WSI 其中 ALTERA 和 XILINX 占有了 60 以上的市场份额 2018 12 3 13 二 信号的分类 1 物理分类 信 号 电 信 号 非 电 信 号 模 拟 信 号 离 散 信 号 抽 样 信 号 数 字 信 号 传 感 器 采 样 器 量 化 器 2018 12 3 14 2 数学分类 确定信号与随机信号 线性与非线性信号 2018 12 3 15 三 数字信号处理 研究的内容与实现方法 1 研究内容 用数学的方法和数字系统对信号进行处理 包 括 两个方面 信号处理的数学模型一各种算法 误差分 析 算法的实现 2018 12 3 16 2 数字信号处理的实现方法 1 采用大 中小型计算机和微机 如 PC 机 用软件实现 2 在通用计算机系统中加上专用的加速处 理机实现 3 用单片机 4 利用通用 DSP 芯片 如 TI 美国德州 TMS32C00 5 用专用的 DSP 芯片实现 6 用可编程器件 CPLD FPGA 2018 12 3 17 四 数字信号处理学科研究的范围及发展状况 研究范围 离散时间线性时不变系统理论 包括时域频域及各 种变换 频谱分析 包括有限字长效应 FFT 谱分析方法及统 计分析方法 数字滤波器设计及滤波过程的实现 包括有限字长效 应 时频 信号分析 多维信号处理 压缩与编码及其在多媒体中的应用 非线性信号处理 随机信号处理 模式识别人工神经网络 信号处理单片机 DSP 及各种专用芯片 ASIC 信号 处理系统实现 2018 12 3 18 发展历史 1 理论基础 经典数值计算 or 计算数学 2 DSP 独立学科的形成 3 FFT 对 DSP 迅速发展起了极大的推动作用 4 数字滤波器 DigitalFilter 设计方法的研究是 DSP 迅速发展的另一个标志 有限冲击响应 FIR FiniteImpulseResponse 无限冲击响应 IIR InfiniteImpulseResponse 5 计算机技术和专用 DSP 芯片的快速发展反过来促 进了 DSP 理论研究的迅速发展 通用微处理器结构 冯 诺依曼结构 DSP 芯片 哈佛结构 指令并发和流水线技术 代表产品 TI 公司的 TMS320CXXX 系列产品 2018 12 3 19 五 数字信号处理系统的典型框图 2018 12 3 20 数字信号处理过程 0 1 3 5 a 0 1 3 5 b 0 1 3 5 c 0 1 3 5 d 0 1 3 5 e n y t t t n n n x t a y t a x t a x 预处理 A D 数字 信号 处理器 D A LPF 2018 12 3 21 六 数字信号处理的优点 1 精度高 2 可控性好 灵活性好 3 稳定性好 可靠性高 4 容易大规模集成 5 容易时分复用 6 可重复性好 容易获得高性能指标 7 可进行二维和多维处理 2018 12 3 22 七 本课程的主要学习内容与学习方法 基本内容 1 离散时间信号与系统的时域分析方法 2 变换域分析方法 包括 Z 变换 频域分 析 3 离散傅立叶变换与快速算法及其应用 4 数字滤波器的实现方法及其结构 5 IIR 与 FIR 滤波器的设计方法 6 数字信号处理中的有限字长效应 2018 12 3 23 学习方法 在以弄清基本概念 理论的基础上 配合适当 练习 并结合上机 实验 理解理论知识 实验 DSP 软件平台 MATLAB6 1 MATLAB6 5 MATLAB7 0 MATLAB7 1 本课程的前修课程 1 高等数学 2 复变函数 3 信号与系统 4 微机原理 计算机基础 程序设计等 后续课程 数字图像处理 模式识别 2018 12 3 24 八 参考书籍 1 数字信号处理 程佩青 清华大学出版社 2 数字信号处理 第二版 丁玉美 高西全 编著 西安电子科技大学出版社 3 数字信号处理 理论 算法与实现 胡广书 清华 大学出版社 4 数字信号处理 王世一 北京理工大学出版社 5 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 6 DigitalSignalProcessing A V Oppenheim R W Schaffer Prentice Hall INC 1975 中译本 数 字信号处理 A V 奥本海姆 R W 谢弗著 董士嘉 杨 耀增 译 科学出版社 1980 2018 12 3 25 九 数字信号处理的应用 通信 计算机网络 雷达 自动控制 地球物理 声学 天文 生物医学 消费电子产品 2018 12 3 26 1 通信手机 2018 12 3 27 2018 12 3 28 2 数字无线电 2018 12 3 29 3 雷达 2018 12 3 30 4 生物指纹系统 2018 12 3 31 5 DSP 在图像扩 频通信系 统中的应 用框图 天线 低噪声放大 射频解调 中频解调 解扩 解调 Viterbi译码 解压 D A 图像显示 PN码捕获 PN跟踪 信息拆解 匹配滤波 A D转换 摄像机 压缩编码 信源编码 卷积编码 信道编码 扩频 基带成型 FIRFilter D A转换 中频调制 射频调制 功率放大 发射 A D转换 信号拼接 形成信息帧 DSP DSP 发射通道 接收通道 6 数字语音 2018 12 3 33 7 汽车多媒体 2018 12 3 34 8 数字马达 9 MP3 2018 12 3 36 10 ADSL 2018 12 3 37 ADSL 的 DMT 调制解调框图 2018 12 3 38 11 网络安全摄象机 2018 12 3 39 12 网络音频系统 2018 12 3 40 13 医院监视系统 2018 12 3 41 14 数字扫描仪 2018 12 3 42 15 机顶盒