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《數(shù)字信號處理》 Digital Signal Processing 目錄 緒論 離散時間信號與系統(tǒng) 離散時間與系統(tǒng)的變換域分析 離散傅立葉變換及其快速算法 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu) IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 數(shù)字信號處理中的有限字長效應(yīng) MATLAB及其在信號處理中的應(yīng)用 緒論 重點(diǎn)： 數(shù)字信號處理過程 數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)方法 難點(diǎn)： 數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)方法 內(nèi) 容 一.引言 二.信號的分類 三.數(shù)字信號處理研究的內(nèi)容 四.數(shù)字信號處理學(xué)科研究的范圍及發(fā)展?fàn)顩r 五.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的典型框圖 六. 數(shù)字信號處理的優(yōu)點(diǎn) 七.本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法 八.參考書籍 九.數(shù)字信號處理的應(yīng)用 一、引言 數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，簡稱DSP） 1、基本概念 數(shù)字信號處理 用數(shù)字的方式對數(shù)字形式的信號進(jìn)行處理 數(shù)字信號 數(shù)字方式 DSP 狹義：DSP處理器 廣義：數(shù)字信號處理技術(shù) 2、本課程性質(zhì) 電子信息類專業(yè)大學(xué)本科的必修課程 電子信息專業(yè)核心課程 DSP(理論、實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用) 單片機(jī)|嵌入系統(tǒng) FPAG|CPLD： ASIC (Application Specific Integrated Circuit ） 數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)： （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數(shù)據(jù)； （3）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問； （4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； （5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； （6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器； （7）可以并行執(zhí)行多個操作； （8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 特點(diǎn)：具有位處理、控制功能強(qiáng) 與單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。DSP器件比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時間快8～10倍，完成一次乘加運(yùn)算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。 目前國內(nèi)推廣應(yīng)用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列 單片機(jī)： MCS51、ARV(atmel公司)、Motorola （Freescale飛思卡爾） 、 PIC單片機(jī)、Philips 、MSP430 、凌陽單片機(jī)、 PSD單片機(jī)（WSI公司）、 Winbond 嵌入系統(tǒng)： ARM 、 Freescale（飛思卡爾）：ColdFire 、MPC、PowerPC PC104 WinCE 、VxWorks 、pSOS、QNX、Nucleus 、嵌入式Linux(μClinux 、RTLiinux)、μC/OS-II 、eCos CPLD/FPGA ALTERA、Xilinx、 Lattice、 Actel、Cypress 、Quicklogic 、ATMEL 、WSI 二、信號的分類 1、物理分類： 2、數(shù)學(xué)分類： 確定信號與隨機(jī)信號 線性與非線性信號 三、《數(shù)字信號處理》研究的內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)方法 1．研究內(nèi)容 用數(shù)學(xué)的方法和數(shù)字系統(tǒng)對信號進(jìn)行處理，包括 兩個方面： ①信號處理的數(shù)學(xué)模型一各種算法，誤差分析 ； ②算法的實(shí)現(xiàn)。 2、數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)方法 (1)采用大、中小型計算機(jī)和微機(jī)（如PC機(jī)），用軟件實(shí)現(xiàn)； (2)在通用計算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)； (3)用單片機(jī) (4)利用通用DSP芯片，如：TI(美國德州) TMS32C00。 (5)用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。 (6) 用可編程器件CPLD/FPGA 四.數(shù)字信號處理學(xué)科研究的范圍及發(fā)展?fàn)顩r 研究范圍 ①離散時間線性時不變系統(tǒng)理論〔包括時域頻域及各種變換〕 ②頻譜分析(包括有限字長效應(yīng))：FFT譜分析方法及統(tǒng)計分析方法 ③數(shù)字濾波器設(shè)計及濾波過程的實(shí)現(xiàn)(包括有限字長效應(yīng)) ④時頻-信號分析 ⑤多維信號處理[壓縮與編碼及其在多媒體中的應(yīng)用] ⑥非線性信號處理 ⑦隨機(jī)信號處理 ⑧模式識別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ⑨信號處理單片機(jī)(DSP)及各種專用芯片(ASIC)，信號處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 發(fā)展歷史： 1．理論基礎(chǔ)（經(jīng)典數(shù)值計算or計算數(shù)學(xué)）： 2．DSP獨(dú)立學(xué)科的形成 3．FFT對DSP迅速發(fā)展起了極大的推動作用： 4．?dāng)?shù)字濾波器（Digital Filter）設(shè)計方法的研究是DSP迅速發(fā)展的另一個標(biāo)志； 有限沖擊響應(yīng)（FIR－Finite Impulse Response）； 無限沖擊響應(yīng)（IIR－Infinite Impulse Response）； 5．計算機(jī)技術(shù)和專用DSP芯片的快速發(fā)展反過來促進(jìn)了DSP理論研究的迅速發(fā)展。 通用微處理器結(jié)構(gòu)：馮.諾依曼結(jié)構(gòu)； DSP芯片：哈佛結(jié)構(gòu)（指令并發(fā)和流水線技術(shù)）； 代表產(chǎn)品：TI公司的TMS320CXXX系列產(chǎn)品。 五.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的典型框圖 數(shù)字信號處理過程 六、數(shù)字信號處理的優(yōu)點(diǎn) 1．精度高； 2．可控性好，靈活性好； 3．穩(wěn)定性好，可靠性高； 4．容易大規(guī)模集成； 5．容易時分復(fù)用； 6．可重復(fù)性好，容易獲得高性能指標(biāo)； 7．可進(jìn)行二維和多維處理。 七、本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法 基本內(nèi)容： 1、 離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析方法； 2、 變換域分析方法，包括Z變換，頻域分析； 3、 離散傅立葉變換與快速算法及其應(yīng)用； 4、 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法及其結(jié)構(gòu)； 5、 IIR與FIR濾波器的設(shè)計方法； 6、 數(shù)字信號處理中的有限字長效應(yīng)； 學(xué)習(xí)方法 在以弄清基本概念、理論的基礎(chǔ)上，配合適當(dāng)練習(xí)，并結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)理解理論知識。 實(shí)驗(yàn)： DSP軟件平臺：MATLAB 6.1、MATLAB 6.5、 MATLAB 7.0、 MATLAB 7.1 本課程的前修課程 1．高等數(shù)學(xué)； 2．復(fù)變函數(shù)； 3．信號與系統(tǒng)； 4．微機(jī)原理（計算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計等）。 后續(xù)課程 數(shù)字圖像處理 模式識別 八、參考書籍 1.《數(shù)字信號處理》程佩青，清華大學(xué)出版社 2.《數(shù)字信號處理》（第二版），丁玉美，高西全 編著，西安電子科技大學(xué)出版社； 3.《數(shù)字信號處理---理論、算法與實(shí)現(xiàn)》，胡廣書，清華大學(xué)出版社。 4.《數(shù)字信號處理》，王世一，北京理工大學(xué)出版社； 5.《基于Matlab的系統(tǒng)分析與設(shè)計--信號處理》，樓順天，李博菡 編著，西安電子科大出版社。 6.《Digital Signal Processing》 A.V.Oppenheim & R.W.Schaffer；Prentice-Hall，INC. 1975。中譯本：《數(shù)字信號處理》，A.V.奧本海姆，R.W.謝弗著；董士嘉，楊耀增 譯，科學(xué)出版社，1980。 九、數(shù)字信號處理的應(yīng)用 通信 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 雷達(dá) 自動控制 地球物理 聲學(xué) 天文 生物醫(yī)學(xué) 消費(fèi)電子產(chǎn)品 1、通信手機(jī) 2、數(shù)字無線電 3、雷達(dá) 4、生物指紋系統(tǒng) 5、DSP在圖像擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的應(yīng)用框圖 6、數(shù)字語音 7、汽車多媒體 8、數(shù)字馬達(dá) 9、MP3 10、ADSL ADSL的DMT調(diào)制解調(diào)框圖： 11、網(wǎng)絡(luò)安全攝象機(jī) 12、網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng) 13、醫(yī)院監(jiān)視系統(tǒng) 14、數(shù)字掃描儀 15、機(jī)頂盒ovX紅軟基地

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