數(shù)字信號(hào)處理論文

1、 數(shù)字信號(hào)處理論文 引言 簡單地說， 數(shù)字信號(hào)處理就是用數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論和技術(shù)， 它的英文原名叫 digital signal processing，簡稱 DSP。另外 DSP 也是 digital signal processor 的簡稱，即數(shù)字信號(hào)處理器，它是集成專用計(jì)算機(jī)的一種芯片，只有一枚硬幣那么大。有時(shí)人們也將DSP 看作是一門應(yīng)用技術(shù)，稱為 DS

2、P 技術(shù)與應(yīng)用。 《數(shù)字信號(hào)處理》這門課介紹的是：將事物的運(yùn)動(dòng)變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮當(dāng)?shù)字，并用計(jì)算的方法從 中提取有用的信息，以滿足我們實(shí)際應(yīng)用的需求。 1 簡介 簡單地說， 數(shù)字信號(hào)處理就是用數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論和技術(shù)， 它的英文原名叫 digital signal processing，簡稱 DSP。另外 DSP 也是 digital signal processor 的簡稱，即數(shù)字信號(hào)處理器，它是集成專用計(jì)算機(jī)的一種芯

3、片，只有一枚硬幣那么大。有時(shí)人們也將DSP 看作是一門應(yīng)用技術(shù)，稱為 DSP 技術(shù)與應(yīng)用。 《數(shù)字信號(hào)處理》這門課介紹的是：將事物的運(yùn)動(dòng)變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮當(dāng)?shù)字，并用計(jì)算的方法從中提取有用的信息，以滿足我們實(shí)際應(yīng)用的需求。 本定義來自《數(shù)字信號(hào)處理》楊毅明著，由機(jī)械工業(yè)出版社 2012 年發(fā)行。 2 特征和分類 信號(hào)(signal)是信息的物理體現(xiàn)形式， 或是傳遞信息的函數(shù)， 而信息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。模擬信號(hào)(analog sign

4、al)：指時(shí)間連續(xù)、幅度連續(xù)的信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)(digital signal)：時(shí)間和幅度上都是離散(量化)的信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)可用一序列的數(shù)表示，而每個(gè)數(shù)又可表示為二制碼的形式，適合計(jì)算機(jī)處理。 一維(1-D)信號(hào): 一個(gè)自變量的函數(shù)。 二維(2-D)信號(hào): 兩個(gè)自變量的函數(shù)。 多維(M-D)信號(hào): 多個(gè)自變量的函數(shù)。 系統(tǒng)：處理信號(hào)的物理設(shè)備?；蛘哒f，凡是能將信號(hào)加以變換以達(dá)到人們要求的各種設(shè)備。模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)。 信號(hào)處理

5、的內(nèi)容：濾波、變換、檢測、譜分析、估計(jì)、壓縮、識(shí)別等一系列的加工處理。 多數(shù)科學(xué)和工程中遇到的是模擬信號(hào)。以前都是研究模擬信號(hào)處理的理論和實(shí)現(xiàn)。 模擬信號(hào)處理缺點(diǎn)：難以做到高精度，受環(huán)境影響較大，可靠性差，且不靈活等。 數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：體積小、功耗低、精度高、可靠性高、靈活性大、易于大規(guī)模集成、可進(jìn)行二維與多維處理 隨著大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，加之從 60 年代末以來數(shù)字信號(hào)處理理論和技術(shù)的成熟和完善，用數(shù)字方法來處

6、理信號(hào)，即數(shù)字信號(hào)處理，已逐漸取代模擬信號(hào)處理。 隨著信息時(shí)代、數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號(hào)處理已成為一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。 3 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP 芯片一般具有如下主要特點(diǎn)： （1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和

7、數(shù)據(jù)； 一維信號(hào)處理和多維信號(hào)處理等。 4.4 處理系統(tǒng) 無論哪方面的應(yīng)用， 首先須經(jīng)過信息的獲取或數(shù)據(jù)的采集過程得到所需的原始信號(hào)， 如果原始信號(hào)是連續(xù)信號(hào)， 還須經(jīng)過抽樣過程使之成為離散信號(hào)， 再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到能為數(shù)字計(jì)算機(jī)或處理器所接受的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。 如果所收集到的數(shù)據(jù)已是離散數(shù)據(jù)， 則只須經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換即可得到二進(jìn)制數(shù)碼。 數(shù)字信號(hào)處理器的功能是將從原始信號(hào)抽樣轉(zhuǎn)換得來的數(shù)字信號(hào)按照一定的要求，例如濾波的要求，加以適當(dāng)

8、的處理，即得到所需的數(shù)字輸出信號(hào)。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換先將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)， 再經(jīng)過保持電路將離散信號(hào)連接起來成為模擬輸出信號(hào)， 這樣的處理系統(tǒng)適用于各種數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用， 只不過專用處理器或所用軟件有所不同而已。 4.5 語音信號(hào)處理 語音信號(hào)處理是信號(hào)處理中的重要分支之一。 它包括的主要方面有：語音的識(shí)別，語言的理解，語音的合成,語音的增強(qiáng),語音的數(shù)據(jù)壓縮等。各種應(yīng)用均有其特殊問題。語音識(shí)別是將待識(shí)別的語音信號(hào)的特征參數(shù)即時(shí)地

9、提取出來， 與已知的語音樣本進(jìn)行匹配， 從而判定出待識(shí)別語音信號(hào)的音素屬性。關(guān)于語音識(shí)別方法， 有統(tǒng)計(jì)模式語音識(shí)別， 結(jié)構(gòu)和語句模式語音識(shí)別，利用這些方法可以得到共振峰頻率、音調(diào)、嗓音、噪聲等重要參數(shù)，語音理解是人和計(jì)算機(jī)用自然語言對(duì)話的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 語音合成的主要目的是使計(jì)算機(jī)能夠講話。 為此，首先需要研究清楚在發(fā)音時(shí)語音特征參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律， 然后利用適當(dāng)?shù)姆椒M發(fā)音的過程， 合成為語言。 其他有關(guān)語言處理問題也各有其特點(diǎn)

10、。語音信號(hào)處理是發(fā)展智能計(jì)算機(jī)和智能機(jī)器人的基礎(chǔ)， 是制造聲碼器的依據(jù)。 語音信號(hào)處理是迅速發(fā)展中的一項(xiàng)信號(hào)處理技術(shù)。 4.6 圖像信號(hào)處理 圖像信號(hào)處理的應(yīng)用已滲透到各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。 譬如， 圖像處理技術(shù)可用于研究粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、地貌的狀態(tài)、氣象云圖的分析、宇宙星體的構(gòu)成等。在圖像處理的實(shí)際應(yīng)用中,獲得較大成果的有遙感圖像處理技術(shù)、斷層成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和景物分析技術(shù)等。 根據(jù)圖像信號(hào)處理的應(yīng)用特點(diǎn)， 處理

11、技術(shù)大體可分為圖像增強(qiáng)、 恢復(fù)、 分割、識(shí)別、編碼和重建等幾個(gè)方面。這些處理技術(shù)各具特點(diǎn)，且正在迅速發(fā)展中。 4.7 振動(dòng)信號(hào)處理 機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的分析與處理技術(shù)已應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、船只、機(jī)械設(shè)備、房屋建筑、水壩設(shè)計(jì)等方面的研究和生產(chǎn)中。 振動(dòng)信號(hào)處理的基本原理是在測試體上加一激振力， 做為輸入信號(hào)。 在測量點(diǎn)上監(jiān)測輸出信號(hào)。 輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比稱為由測試體所構(gòu)成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（或稱轉(zhuǎn)移函數(shù)） 。根據(jù)得到的傳遞函數(shù)進(jìn)行所謂模態(tài)參數(shù)

12、識(shí)別，從而計(jì)算出系統(tǒng)的模態(tài)剛度、 模態(tài)阻尼等主要參數(shù)。這樣就建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 進(jìn)而可以做出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 這些工作均可利用數(shù)字處理器來進(jìn)行。這種分析和處理方法一般稱為模態(tài)分析。 實(shí)質(zhì)上，它就是信號(hào)處理在振動(dòng)工程中所采用的一種特殊方法。 4.8 地球物理信號(hào)處理 為了勘探地下深處所儲(chǔ)藏的石油和天然氣以及其他礦藏， 通常采用地震勘探方法來探測地層結(jié)構(gòu)和巖性。 這種方法的基本原理是在一選定的地點(diǎn)施加人為的激震， 如用爆炸方法產(chǎn)生

13、一振動(dòng)波向地下傳播,遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波,在距離振源一定遠(yuǎn)的地方放置一列感受器， 接收到達(dá)地面的反射波。 從反射波的延遲時(shí)間和強(qiáng)度來判斷地層的深度和結(jié)構(gòu)。 感受器所接收到的地震記錄是比較復(fù)雜的，需要處理才能進(jìn)行地質(zhì)解釋。處理的方法很多， 有反褶積法，同態(tài)濾波法等，這是一個(gè)尚在努力研究的問題。 4.9 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理 信號(hào)處理在生物醫(yī)學(xué)方面主要是用來輔助生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論的研究和用于診斷檢查和監(jiān)護(hù)。例如，用于細(xì)胞學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)、心血