信号处理理论与算法 绪论 刘科 自动化工程学院
绪 论 刘科 自动化工程学院 信号处理理论与算法
为什么研究数字信号处理 ▣抗噪声能力强 ▣便于存储、传输和处理 √数字信号（信息）可无损、长期地存放在存储介质中 √可实现信号的脱机处理、分析与复现（非实时） √数据传输的准确性高（数据通信、模拟通信），传输过程 中发生错误，在接收端能自行发现或纠正 √可消除冗余的信息
抗噪声能力强 为什么研究数字信号处理 便于存储、传输和处理 数字信号（信息）可无损、长期地存放在存储介质中 可实现信号的脱机处理、分析与复现（非实时） 数据传输的准确性高（数据通信、模拟通信），传输过程 中发生错误，在接收端能自行发现或纠正 可消除冗余的信息
为什么研究数字信号处理 口结果重复性高 √模拟系统：受温度、电源电压、元件老化等因素影响 √数字系统：设计完好的系统，相同输入总是产生相同结果 ▣精度高 √模拟系统：元器件精度有限（电阻的容限为1%，电容 的容限为5%等)、工作频率影响电路特性（寄生参数） √数字系统：取决于ADC位数、CPU字长、量化方式及 所采用的算法和结构 ▣灵活性高 (可重构) √模拟系统：修改硬件设计或调整硬件参数 √数字系统：改变存储的参数或重新进行编程
结果重复性高 模拟系统：受温度、电源电压、元件老化等因素影响 数字系统：设计完好的系统，相同输入总是产生相同结果 为什么研究数字信号处理 精度高 模拟系统：元器件精度有限（电阻的容限为1%; 电容 的容限为5%等）、工作频率影响电路特性（寄生参数） 数字系统：取决于ADC位数、 CPU字长、量化方式及 所采用的算法和结构 灵活性高（可重构） 模拟系统：修改硬件设计或调整硬件参数 数字系统：改变存储的参数或重新进行编程
是否模拟系统不再需要？ ▣现实世界中大多数信号是模拟信号 √模拟信号转换为数字信号存在局限—转换速度、转 换精度 √数字系统的处理速度仍然难以跟上模拟系统的处理速 度——微波、毫米波、光波等 ▣实时处理 √模拟系统：除去电路中的延时，操作是实时的。 √数字系统：处理速度取决于系统运行速度，延迟还取 决于抽头系数 取代模拟系统是愿景，但暂时还做不到！
是否模拟系统不再需要？ 现实世界中大多数信号是模拟信号 模拟信号转换为数字信号存在局限——转换速度、转 换精度 数字系统的处理速度仍然难以跟上模拟系统的处理速 度——微波、毫米波、光波等 实时处理 模拟系统：除去电路中的延时，操作是实时的。 数字系统：处理速度取决于系统运行速度，延迟还取 决于抽头系数 取代模拟系统是愿景，但暂时还做不到！
数字信号处理研究什么？ 口信号及其所包含信息的表示、变换和运算 (处理) ▣提取有用信息便于识别和应用 口常用的处理包括— 滤波、变换、压缩、增 强、估计、识别等
数字信号处理研究什么？ 信号及其所包含信息的表示、变换和运算 （处理） 提取有用信息便于识别和应用 常用的处理包括——滤波、变换、压缩、增 强、估计、识别等
课程主要内容 ▣基础知识回顾 （4学时) √离散时间线性时不变系统 (系统表示、特性) 及其分 析方法（时域、离散时间傅里叶变换(DTFT)、z变换） 连续时间信号与离散时间信号的转换—抽样与恢复 √多种变换间的关系(DTFT、z变换、拉普拉斯变换) ▣离散傅里叶变换 (DFT) (8学时) √离散时间傅里叶级数 (DFS) √离散时间傅里叶变换相关理论 √DFT的快速算法(FFT) √DFT的应用
课程主要内容 基础知识回顾（4学时） 离散时间线性时不变系统（系统表示、特性）及其分 析方法（时域、离散时间傅里叶变换(DTFT)、z变换） 连续时间信号与离散时间信号的转换——抽样与恢复 多种变换间的关系（DTFT、z变换、拉普拉斯变换） 离散傅里叶变换（DFT）（8学时） 离散时间傅里叶级数（DFS） 离散时间傅里叶变换相关理论 DFT的快速算法(FFT) DFT的应用
课程主要内容 口数字滤波器设计技术(8学时) √数字滤波器的基本结构 √无限冲击响应 (川R)、有限冲击响应 (FIR) 滤波器设计 ▣随机信号分析 （12学时) √随机信号基础（信号统计特征、 相关性分析) √非参数和参数谱估计方法 √自适应滤波 口时频分析(12学时) √时频分析基础 √短时傅里叶变换 √Wigners分布 √小波变换
课程主要内容 数字滤波器设计技术（8学时） 数字滤波器的基本结构 无限冲击响应（IIR）、有限冲击响应（FIR）滤波器设计 随机信号分析（12学时） 随机信号基础（信号统计特征、相关性分析） 非参数和参数谱估计方法 自适应滤波 时频分析（12学时） 时频分析基础 短时傅里叶变换 Wigner分布 小波变换
课程主要内容 ▣多抽样率变换及应用(16学时) √多抽样率数字信号处理— 抽取、插值、 有理因子的采 样率转换，抽取、插值的实现方案，抽样率变换的多级实 现 √两通道滤波器组—滤波器组的基本概念、 结构及各信 号的关系；两通道滤波器组参数选择方法；， 标准正交镜像 滤波器组
课程主要内容 多抽样率变换及应用（16学时） 多抽样率数字信号处理——抽取、插值、有理因子的采 样率转换，抽取、插值的实现方案，抽样率变换的多级实 现 两通道滤波器组——滤波器组的基本概念、结构及各信 号的关系；两通道滤波器组参数选择方法；标准正交镜像 滤波器组
教材及参考书籍 口程佩青.《数字信号处理教程（第四版）》 清华大学出版社.2013 数字信号处理教程 ▣Sanjit K.Mitra著，余翔宇译.《数字 信号处理：基于计算机的方法（第四 数字信号处理 基于升算的方法（第内版 版)》.电子工业出版社.2012 速出
教材及参考书籍 程佩青.《数字信号处理教程(第四版)》. 清华大学出版社.2013 Sanjit K. Mitra著，余翔宇译.《数字 信号处理：基于计算机的方法(第四 版)》.电子工业出版社.2012
教材及参考书籍 ▣John G.Prokis,Dimitris G.Manolakis著，方艳梅、 刘永清等译，《数字信号处理 原理、算法与应 用》，清华大学出版社，2007 口A.V.Oppenheimz著，刘树棠、黄建国译， 《Discrete-.Time Signal Processing》),西安交通大 学出版社，2002 口胡广书，《数字信号处理一理论、算法与实现（第 二版)》，清华大学出版社，2003 ▣高西全、丁玉美、阔永红，《数字信号处理一原 理、实现及应用》，电子工业出版社，2006
John G.Prokis, Dimitris G.Manolakis著，方艳梅、 刘永清等译，《数字信号处理——原理、算法与应 用》，清华大学出版社，2007 A.V.Oppenheim著，刘树棠、黄建国译， 《Discrete-Time Signal Processing》，西安交通大 学出版社，2002 胡广书，《数字信号处理—理论、算法与实现（第 二版）》，清华大学出版社，2003 高西全、丁玉美、阔永红， 《数字信号处理—原 理、实现及应用》，电子工业出版社，2006 …… 教材及参考书籍