数 理 第一章绪论 着考处 数字信号处理学科是随着半导体器件和计算机 技术的发展而出现的,它将数字或符号表示的序列, 通过计算机或专用的硬件处理设备,用数字的方式 去处理,以得到人们所要求的信号形式。例如,对 信号滤波,选择了信号的有用分量,而抑制了无用 分量;或是估计信号的特征参数。总之,数字信号 处理的内容丰富多彩,凡是用数字的方式对信号进 行滤波、变换、估计、识别等,都是数字信号处理 的研究对象
第一章 绪论 数字信号处理学科是随着半导体器件和计算机 技术的发展而出现的，它将数字或符号表示的序列， 通过计算机或专用的硬件处理设备，用数字的方式 去处理，以得到人们所要求的信号形式。例如，对 信号滤波，选择了信号的有用分量，而抑制了无用 分量；或是估计信号的特征参数。总之，数字信号 处理的内容丰富多彩，凡是用数字的方式对信号进 行滤波、变换、估计、识别等，都是数字信号处理 的研究对象
F压数 理 1.1模拟信号的数字化处理过程 着考处 对于模拟信号的数字化处理,首先将模拟信号变 换成数字信号,然后用数字技术进行处理,最后再 还原成模拟信号,如图1.1.1所示。 )-前置预54D(m)数字信号VmD4p()模拟 滤波器 变换器 处理器 变换器 滤波器 图1 前置模拟预滤波器,又称为抗混叠滤波器, 其作用是滤除x()中高于折叠频率(抽样频率 半的频率)的分量,获得模拟信号x。(t)
1.1模拟信号的数字化处理过程 对于模拟信号的数字化处理，首先将模拟信号变 换成数字信号，然后用数字技术进行处理，最后再 还原成模拟信号，如图1.1.1所示。 0 ( ) ( ) a x t x t 前置模拟预滤波器，又称为抗混叠滤波器， 其作用是滤除 中高于折叠频率（抽样频率 一半的频率）的分量，获得模拟信号
数 理 着考处 A/D变换器,即模数变换器,其作用是将模拟信号变换 成为数字信号,A/D变换器由抽样、量化和编码三部分组成 即每隔秒(抽样间隔)取出一次模拟信号的幅度,得到样值 信号,其中为整数,称样值信号为离散时间信号,再经量化 和编码后,得到数字信号。一般采用有效位二进制码,然而 有效位二进制码表示的信号幅度有一定限制,例如6位码, 只能表示种不同的量化电平,当离散时间信号幅度与量化电 平不相同时,可以采用截尾或舍入处理方式,用最接近的 个电平来表示。因此,模拟信号经AD变换器后,不仅时间 上量化了,而且信号的幅度也量化了,从而得到了数字信号 其实数字信号是数的序列,每个数都用一个有限的二进制码 来表示的
A/D变换器，即模数变换器，其作用是将模拟信号变换 成为数字信号，A/D变换器由抽样、量化和编码三部分组成。 即每隔秒（抽样间隔）取出一次模拟信号的幅度，得到样值 信号，其中为整数，称样值信号为离散时间信号，再经量化 和编码后，得到数字信号。一般采用有效位二进制码，然而 有效位二进制码表示的信号幅度有一定限制，例如6位码， 只能表示种不同的量化电平，当离散时间信号幅度与量化电 平不相同时，可以采用截尾或舍入处理方式，用最接近的一 个电平来表示。因此，模拟信号经A/D变换器后，不仅时间 上量化了，而且信号的幅度也量化了，从而得到了数字信号。 其实数字信号是数的序列，每个数都用一个有限的二进制码 来表示的
数 理 着考处 数字信号处理器的作用是按照预定的要求,对输入序列 x(m)进行加工处理,形成所需要的响应序列y(n) D/A变换器,即数模变换器,其作用是将数字信号y(n) 变换成为模拟信号y(t),而y(1)在t=n处的幅度y(n7)等于 响应序列中相应数码所代表的数值大小。 后置模拟滤波器,又称为平画滤波器,其作用是滤除模 拟信号υ(t)中不需要的高频分量,使模拟信号y(t)严滑成为 所需要的模拟信号y(1)
0 0 0 0 0 ( ) ( ) / ( ) () () ( ) ( ) ( ) ( a x n y n y n y t y t t nT y nT y t y t y t = D A 数字信号处理器的作用是按照预定的要求，对输入序列 进行加工处理，形成所需要的响应序列 。 变换器，即数模变换器，其作用是将数字信号 变换成为模拟信号 ，而 在 处的幅度 等于 响应序列中相应数码所代表的数值大小。 后置模拟滤波器，又称为平画滤波器，其作用是滤除模 拟信号 中不需要的高频分量，使模拟信号 平滑成为 所需要的模拟信号 )
数 理 着考处 如果只需要数字输出,可以直接以数字形式显 示或打印,则方框图1.1.1中就不需要D/A变换器, 如果处理的对象是数字信号,则方框图1.1.1中就 不需要AD变换器,如果处理的对象是数字信号, 而且只需要数字输出,则方框图1.1.1中既不需要 A/D变换器,也不需要D/A变换器,仅需要一个数 字信号处理器这一核心器件便可
如果只需要数字输出，可以直接以数字形式显 示或打印，则方框图1.1.1中就不需要D/A变换器， 如果处理的对象是数字信号，则方框图1.1.1中就 不需要A/D变换器，如果处理的对象是数字信号， 而且只需要数字输出，则方框图1.1.1中既不需要 A/D变换器，也不需要D/A变换器，仅需要一个数 字信号处理器这一核心器件便可
F压数 理 1.2数字信号处理系统具有的特点 着考处 1】精度高 模拟系统的精度由元件的精度确定,模拟元件 的精度很难达到高于的量级,而只要14位字长数字 系统就可达到的精度。因此,在高精度下,只能采 用数字系统。 2】可靠性强 模拟系统的各元件有一定的温度系数,由于 各元件上的电平连续变化,因此容易受环境温度 噪声、电磁感应等的影响。数字系统的各元件只有 “03和“1两个电平,因此,受环境温度以及噪声 的影响较小。若采用大规模集成电路,数字系统就 具有更高的可靠性
1.2 数字信号处理系统具有的特点 【1】精度高 模拟系统的精度由元件的精度确定，模拟元件 的精度很难达到高于的量级，而只要14位字长数字 系统就可达到的精度。因此，在高精度下，只能采 用数字系统。 【2】可靠性强 模拟系统的各元件有一定的温度系数，由于 各元件上的电平连续变化，因此容易受环境温度、 噪声、电磁感应等的影响。数字系统的各元件只有 “0”和“1” 两个电平，因此，受环境温度以及噪声 的影响较小。若采用大规模集成电路，数字系统就 具有更高的可靠性
数 理 着考处 3】便于调节系统参数 数字系统的性能主要由乘法器的系数确定, 系数存放于系数存储器之中,改变存储系数就可以 得到不同性能的系统,因此,数字系统参数调节比 模拟系统参数调节方便得多。 4】易于时分复用 由于数字系统的参数调整节灵活方便,为分 时复用提供了可能性,所谓分时复用是指利用数字 信号处理器,同时处理几个通道的信号。每增加 路信号,只需要增加存放系数的存贮单元,不需要 增加乘法法器,如图1,2.1所示
【 3】便于调节系统参数 数字系统的性能主要由乘法器的系数确定， 系数存放于系数存储器之中，改变存储系数就可以 得到不同性能的系统，因此，数字系统参数调节比 模拟系统参数调节方便得多。 【 4】易于时分复用 由于数字系统的参数调整节灵活方便，为分 时复用提供了可能性，所谓分时复用是指利用数字 信号处理器，同时处理几个通道的信号。每增加一 路信号，只需要增加存放系数的存贮单元，不需要 增加乘法法器，如图1.2.1所示
数 理 着考处 输入信号 分路器 数字信号处理器 分路器 输出信号 同步器 图12.1 由于每一路信号相邻两抽样值之间存在很大的空隙 时间,在同步器的控制下,在此空隙时间中依次送入其它 路信号,各路信号共用一个信号处理器。用同步器控制分 路器和数字信号处理器中信息输入到乘法器的存贮单元, 即可以得到不同特性的数字信号处理器,即可以实现分时 复用。显然,数字信号处理器的速度越高,能处理的信道 数目就越多
由于每一路信号相邻两抽样值之间存在很大的空隙 时间，在同步器的控制下，在此空隙时间中依次送入其它 路信号，各路信号共用一个信号处理器。用同步器控制分 路器和数字信号处理器中信息输入到乘法器的存贮单元， 即可以得到不同特性的数字信号处理器，即可以实现分时 复用。显然，数字信号处理器的速度越高，能处理的信道 数目就越多
数 理 着考处 【5】易于大规模集成 对于模拟系统,由于诸多元件的参数很难做得一致, 尤其是工作在低频的模拟系统,由于L,C的参数较大 体积大,很难集成化,而且数字系统中各元件工作在“0” 或“1”两种状态,对元件参数要求不是十分严格,不仅易 于大规模集成和大规模生产,而且产品的成品率较高。 【6】易于获得线性相位 采用有限冲激响应(FIR)数字滤波器可以实现精 确的线性相位滤波 7】可以实现多维处理 利用庞大的存储单元,可以存储一帧或数帧图象信 号,实现二维或多维信号的滤波。此外,快速傅里叶变换 (FFT)的出现,为实时处理信号奠定了基础。由于数字 信号处理系统具有的突出优点,在通信、声纳、遥感、生 物医学等方面得到广泛应用
【 5】易于大规模集成 对于模拟系统，由于诸多元件的参数很难做得一致， 尤其是工作在低频的模拟系统，由于 L，C的参数较大、 体积大，很难集成化，而且数字系统中各元件工作在“0” 或“1” 两种状态，对元件参数要求不是十分严格，不仅易 于大规模集成和大规模生产，而且产品的成品率较高。 【 6】易于获得线性相位 采用有限冲激响应（FIR）数字滤波器可以实现精 确的线性相位滤波。 【 7】 可以实现多维处理 利用庞大的存储单元，可以存储一帧或数帧图象信 号，实现二维或多维信号的滤波。此外，快速傅里叶变换 （FFT）的出现，为实时处理信号奠定了基础。由于数字 信号处理系统具有的突出优点，在通信、声纳、遥感、生 物医学等方面得到广泛应用
F压数 理 21.3数字信号处理涉及的主要内容 着考处 数字信号处理研究的问题,如图 1.3.1所示,其中,离散时间线性位不变 (LSI)系统理论和离散傅里叶变换(DFT 是数字信号处理领域的理论基础。而数字 滤波和数字频谱分析是数字信号处理涉及 的两个主要内容
1.3 数字信号处理涉及的主要内容 数字信号处理研究的问题，如图 1.3.1所示，其中，离散时间线性位不变 （LSI）系统理论和离散傅里叶变换(DFT) 是数字信号处理领域的理论基础。而数字 滤波和数字频谱分析是数字信号处理涉及 的两个主要内容