数字信号处理基础88444new

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1、数字信号处理基础本章内容(01114301)ô现实中大多数信号都是模拟信号，而数字信号更适合计算机处理。本章研究模拟信号转换为数字信号的步骤，也将讨论如何把处理过的数字信号还原为模拟信号。本章内容包括：1.介绍完整DSP系统的组成2.介绍模数转换中采样的重要组件第2章模数转换和数模转换3.定义信号的最小采样率4.讨论较慢采样的影响中国科学技术大学曾凡平5.介绍较快采样的好处6.解释模数转换中量化的必要性7.计算量化引起的误差8.说明模数转换的步骤9.说明数模转换的步骤第2章模数和数模转换2/662.1

2、简单的DSP系统2.1简单的DSP系统(2)ô数字信号处理实质上是数字信号的变换。ô一旦找到非常接近模拟信号的数字信号，可计数的信号(如一年内的雨天)可直接用就可进行数字信号处理。数字信号表示。ô例如，可以滤除语音中的高频噪声、加重ô通过人们感官感觉到的所有信号都是模拟音乐中的低频、突出图像中的边缘等。信号，不论语音、音乐或图像。ô由于数字信号不能在模拟的世界中存在，ô这些模拟信号在进行处理之前，都必须转换为数字信号。遗憾的是这种转换绝非理所以处理过的数字信号在处理过程结束想，而且数字信号并不能完全代

3、表相应的时，还必须再转换成模拟信号。模拟信号。第2章模数和数模转换3/66第2章模数和数模转换4/662.1简单的DSP系统(3)2.1简单的DSP系统(4)ô简单的DSP系统如图所示（图2.1）它由五大组成部分构成：①抗混叠滤波器：滤除不满足采样定理的信号，通常是(模拟)低通ôDSP系统的工作过程滤波器。②模拟数字转换：模拟信号→数字信号ò在DSP处理器（定时器）的作用下，定时③数字信号处理：对信号进行转换(变换)1.将输入的模拟信号转换为数字信号，④数模转换：数字信号→模拟信号⑤抗镜像滤波器：滤除

4、信号中的附加频率(平滑信号)，通常是(模2.用某个算法对输入的数字信号进行处理，拟)低通滤波器。3.将处理后的数字信号转换为模拟信号并输出。ò这三个方面的工作都必须在一个周期内尽可能快地完成。第2章模数和数模转换5/66第2章模数和数模转换6/6612.2采样2.2.1奈奎斯特采样理论ô从模拟信号到数字信号的第一个过程是ô采样周期(samplingperiod)：相邻采样，采样事实上是从模拟信号的无限个数据中抽取数据的一部分。其目的是采样点间的时间间隔（秒）Ts，与其对应减少要处理的数据量，把要处理的

5、数据的为采样频率fs(samplingfrequenc减少到数字信号处理器可以处理的程y)，表示每秒的采样点数（赫玆Hz）。度。ô采样是以一定的时间间隔进行的，这个11时间间隔称采样周期Ts。采样频率f=f=ss采样周期TTss第2章模数和数模转换7/66第2章模数和数模转换8/66采样过程图解采样过程说明ô图2.2表示了模拟信号的例子，此信号表示为x(t)(t表示时采样保持间)，该记号表示在每个时刻都有值。ô图2.3是与模拟信号相对应的采样保持信号。这里，每个采样值都是模拟信号以固定的采样间隔进行采

6、样得到的。与图1.6相比，图2.3假设每次的采集时间可忽略不计。A/Dô如果假设量化误差也可忽略不计，则由采样保持信号得到的数字信号如图2.4所示。数字信号表示为x[n]，n是采样时刻，表示数字信号的值仅在每个采样点上，而不在采样点之间。ô图2.4中，每个采样点的数字信号值都用竖线上加小圆圈表示。原模拟信号和对应的采样数字信号都给出了信号的时间信息。因此，它们都是时域描述：表示信号随时间的变化。第2章模数和数模转换9/66第2章模数和数模转换10/66采样信号能否代表真实的原模拟信号？采样定理：不失真

7、采样的条件ô因为采样后进行处理的信号只是原模拟信ô采样定理：若模拟信号的最大频率为号的一部分，采样信号是否能代表真实的W(Hz)，则至少要以每秒2W次的采样频率进原模拟信号就成了一个非常重要的问题。行采样，才能由采样值x[n]恢复原来的模拟信号x(t)。ô不失真采样就成为了数字信号处理的先决条件。ô信号的重构：ô奈奎斯特（Nyquist英国）和香农（美国，ò由采样值x[n]恢复模拟信号x(t)。克劳德·艾尔伍德·香农）独立发现了采样n=+∞sin[ω(t−nT)]πx(t)=x[n]Nsω=:奈奎斯特

8、角频率定理。∑Nn=−∞ωN(t−nTs)Ts第2章模数和数模转换11/66第2章模数和数模转换12/662几个物理量的定义不失真采样：采样率足够ô奈奎斯特采样率：不失真采样的最小采样ô若满足采样定频率，即模拟信号最大频率的2倍（即理，则从模拟数2W）。字转换后的数字信号可以恢复原ô奈奎斯特频率：采样速率的一半fN=fS÷2模拟信号。ô奈奎斯特范围(Nyquistrange)：零到奈奎ô从x[n]的端点用斯特频率的范围。对于DSP系统而言，频光滑的曲线拟