数字信号处理杨毅明电子课件2014版第1章节数字信号处理的概念.ppt

第1章 数字信号处理的概念 简单地说，数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的一种理论和技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。 DSP也是digital signal processor的简称，它是一种集成电路，也是一门技术。 1.1 什么叫数字信号处理 数字信号处理由数字、信号和处理三个单词组成。 1.1.1 数字信号的概念 信号是指那些代表一定意义的现象，比如声音、动作、旗语、标志、光线等，它们可以用来传递人们想表达的事情。 所有的信号中，电信号是最常见的，因为它能让机器或电路处理。 信号分为连续信号和离散信号。让我们从图1.1的电压信号波形来理解连续、离散、数字等概念，进而 理解连续时间信号、离散时间信号和数字信号。 连续是指两个点之间有无数个点相连，离散是指两个点之间没有别的点相连，数字是指表示物理量大小的符号。 连续时间信号是指自变量是连续的、因变量也是 连续的信号，也叫模拟信号。图1.1中的蓝线是模拟信号 的曲线，其t是连续变化的自变量，v(t)是连续变化的因变量。 离散时间信号是指自变量是离散的、因变量是连续的信号，简称离散信号。图1.1中的红线是离散时间信号 的曲线，其t是离散变化的自变量，v(n)是连续变化的因变量，n为整数，取离散值。 数字信号是指自变量是离散的，因变量也是离散的信号。 用电路的方式来表示数字信号时，常见的有十进制的方法和二进制的方法。先来看十进制的情况。 十进制的一个符号能表示10种状态，但每个符号需要一种电路状态来表示，易被电路自身和环境所干扰。这是相对二进制而言。 例如一个变化范围在0~9的模拟信号，若把它变为一位十进制的数字信号，则[0, 0.5)的值可用0表示，[0.5, 1.5)的值可用1表示，[1.5, 2.5)的值可用2表示，…，[8.5, 9] 的值可用9表示。 若该数字信号等于1，并受到0.5的干扰，变为1.5；按前面的规定，该数字信号就会变为2。这说明，这种十进制抵抗的干扰小于0.5÷9≈5.6%。 又如，离散时间信号 当n=0时，十进制的离散时间信号 如果用五位数来表示该离散时间信号，并按四舍五入的方式进行转换，得到的数字信号 与1.750768411633578相差0.000031588366422。这说明，位数的限制，十进制数字信号的因变量不能精确表示离散时间信号的因变量。 看完了十进制，现在来看二进制的情况。 二进制的一个符号能表示2种状态，每个符号需要一种电路状态来表示，不易被电路自身和环境所干扰。这是相对十进制而言。 例如一个变化范围在0~1的模拟信号，若把它变为一位二进制的数字信号，则[0, 0.5)的值可用0表示，[0.5, 1] 的值可用1表示。 若该数字信号等于0，并受到0.5的干扰，变为 0.5；按前面的规定，该数字信号就会变为1。这说明，这种二进制抵抗的干扰小于0.5÷1=50%，优于十进制的5.6%。这就是为什么计算机都采用二进制数的原因。 又如，离散时间信号 当n=0时，二进制的离散时间信号 如果把该离散时间信号用五位数来表示，并按四舍五入的方式进行转换，得到的数字信号 这说明，由于位数的限制，二进制数字信号的因变量不能精确表示离散时间信号的因变量。 不管是十进制还是二进制，它们都是用数字符号串来表示数字信号；在学习和研究阶段，数字信号在描述信号和数学推导方面，远不如离散时间信号那么简便。 所以，学习和研究数字信号处理时，我们常把离散时间信号当作数字信号，但这并不表示两者是一回事。实际上两者是有区别的，到第10章我们才会研究离散时间信号和数字信号的区别，并学习工程师是如何在技术上实现数字信号处理。 处理是指人们为了某种目的，用工具对事物进行一系列操作，以改变事物的位置、形状、性质和功能。例如，铁匠为了改变铁块的硬度和韧性，把烧红的铁块投入水中或油中，这是热处理。秘书对校长的信件 所述的事情进行安排或解决，称为处理信件或信件处理。 有些信号处理的速度要求按照信号的实际变化时间进行，这种信号处理称为实时信号处理，它对机器的工作速度要求较高。 数字信号处理也就是信号的数字处理，它的专业含义是用计算机对二进制表示的信号，进行一系列的数学计算，实现人们的要求。数字信号处理是外来语，其英文名是digital signal processing，直接译成中文就叫数字信号处理，说起来也比较顺口。