數(shù)字信號處理論文

1、 數(shù)字信號處理論文 引言 簡單地說， 數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算的方式對信號進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)字信號處理器，它是集成專用計算機的一種芯片，只有一枚硬幣那么大。有時人們也將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)字信號處理》這門課介紹的是：將事物的運動變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮當(dāng)?shù)字，并用計算的方法從 中提取有用的信息，以滿足我們實際應(yīng)用的需求。 1 簡介 簡單地說， 數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算的方式對信號進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)字信號處理器，它是集成專用計算機的一種芯

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

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

5、的內(nèi)容：濾波、變換、檢測、譜分析、估計、壓縮、識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。以前都是研究模擬信號處理的理論和實現(xiàn)。 模擬信號處理缺點：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：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、可進行二維與多維處理 隨著大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計算機的飛速發(fā)展，加之從 60 年代末以來數(shù)字信號處理理論和技術(shù)的成熟和完善，用數(shù)字方法來處

6、理信號，即數(shù)字信號處理，已逐漸取代模擬信號處理。 隨著信息時代、數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號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)字信號處理器 DSP 芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP 芯片一般具有如下主要特點： （1）在一個指令周期內(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，可以同時訪問指令和

7、數(shù)據(jù)； 一維信號處理和多維信號處理等。 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， 如果原始信號是連續(xù)信號， 還須經(jīng)過抽樣過程使之成為離散信號， 再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到能為數(shù)字計算機或處理器所接受的二進制數(shù)字信號。 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)換即可得到二進制數(shù)碼。 數(shù)字信號處理器的功能是將從原始信號抽樣轉(zhuǎn)換得來的數(shù)字信號按照一定的要求，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。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換先將數(shù)字輸出信號轉(zhuǎn)換為離散信號， 再經(jīng)過保持電路將離散信號連接起來成為模擬輸出信號， 這樣的處理系統(tǒng)適用于各種數(shù)字信號處理的應(yīng)用， 只不過專用處理器或所用軟件有所不同而已。 4.5 語音信號處理 語音信號處理是信號處理中的重要分支之一。 它包括的主要方面有：語音的識別，語言的理解，語音的合成,語音的增強,語音的數(shù)據(jù)壓縮等。各種應(yīng)用均有其特殊問題。語音識別是將待識別的語音信號的特征參數(shù)即時地

9、提取出來， 與已知的語音樣本進行匹配， 從而判定出待識別語音信號的音素屬性。關(guān)于語音識別方法， 有統(tǒng)計模式語音識別， 結(jié)構(gòu)和語句模式語音識別，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)，語音理解是人和計算機用自然語言對話的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 語音合成的主要目的是使計算機能夠講話。 為此，首先需要研究清楚在發(fā)音時語音特征參數(shù)隨時間的變化規(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

10、。語音信號處理是發(fā)展智能計算機和智能機器人的基礎(chǔ)， 是制造聲碼器的依據(jù)。 語音信號處理是迅速發(fā)展中的一項信號處理技術(shù)。 4.6 圖像信號處理 圖像信號處理的應(yīng)用已滲透到各個科學(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動軌跡、生物細胞的結(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)、計算機視覺技術(shù)和景物分析技術(shù)等。 根據(jù)圖像信號處理的應(yīng)用特點， 處理

11、技術(shù)大體可分為圖像增強、 恢復(fù)、 分割、識別、編碼和重建等幾個方面。這些處理技術(shù)各具特點，且正在迅速發(fā)展中。 4.7 振動信號處理 機械振動信號的分析與處理技術(shù)已應(yīng)用于汽車、飛機、船只、機械設(shè)備、房屋建筑、水壩設(shè)計等方面的研究和生產(chǎn)中。 振動信號處理的基本原理是在測試體上加一激振力， 做為輸入信號。 在測量點上監(jiān)測輸出信號。 輸出信號與輸入信號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)進行所謂模態(tài)參數(shù)

12、識別，從而計算出系統(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。 進而可以做出結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計。 這些工作均可利用數(shù)字處理器來進行。這種分析和處理方法一般稱為模態(tài)分析。 實質(zhì)上，它就是信號處理在振動工程中所采用的一種特殊方法。 4.8 地球物理信號處理 為了勘探地下深處所儲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施加人為的激震， 如用爆炸方法產(chǎn)生

13、一振動波向地下傳播,遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波,在距離振源一定遠的地方放置一列感受器， 接收到達地面的反射波。 從反射波的延遲時間和強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，這是一個尚在努力研究的問題。 4.9 生物醫(yī)學(xué)信號處理 信號處理在生物醫(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。例如，用于細胞學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)、心血