离散时间信号(序列)课件.ppt

1、1.1 1.1 离散时间信号离散时间信号(序列序列)Discrete-time signals(Sequences)一、离散时间信号的由来一、离散时间信号的由来v 离散时间信号（又称序列）离散时间信号（又称序列），是，是连续时间连续时间信号以时间信号以时间 T等间隔等间隔采样采样得到的，得到的，T称称为采样间隔（单位：秒）为采样间隔（单位：秒）。32ms256 samples)(10125.0256103233秒秒 Ttx(t)v 一般，采样间隔是均匀的，用一般，采样间隔是均匀的，用x(nT)表示离散时间信号在表示离散时间信号在nT点上的值，点上的值，n为整数为整数。由于。由于x(nT)顺序存

2、放在存储器中，我们通顺序存放在存储器中，我们通常直接用常直接用x(n)表示离散时间信号序列表示离散时间信号序列。0 0T T 2T2T 3T3T 4T4T 5T5T 6T6T 7T7T 8T8T 9T9T0 0T T 2T2T 3T3T 4T4T 5T5T 6T6T 7T7T 8T8T 9T9T0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9nx(n)=nT|t=nT=x(nT)二、离散时间信号的表示方法二、离散时间信号的表示方法1 1、用枚举的方式、用枚举的方式(数列形式数列形式)表示：表示：x(n)=3，4，2，1，0，5，7，8 注：用箭头标出注：用箭头标出n=0在序列中的位

3、置，上面序列的在序列中的位置，上面序列的x(0)=12 2、用公式表示、用公式表示：)sin()(nAnx 0302)(nnnxnn1 n因为因为n只能取整数，所只能取整数，所以两种写法是一样的。以两种写法是一样的。3 3、用图形的方式表示、用图形的方式表示：0 01 12 23 34 4 5 56 6 7 78 89 9nx(n)-1-11 12 21 11 1-1-1-2-22 22 22 23 33 31010 1111v 图中横坐标图中横坐标n表示离散的时间坐标，仅在表示离散的时间坐标，仅在n为整数时才有意为整数时才有意 义，纵坐标代表信号点的值。义，纵坐标代表信号点的值。4 4、用单

4、位抽样序列表示、用单位抽样序列表示.x(0)=2x(1)=1x(2)=2x(3)=3三、序列的基本运算三、序列的基本运算1 1、序列的和、序列的和 ：v 两序列的和是指两序列的和是指同序号同序号n n的序列值的序列值逐项对应相加逐项对应相加而构成而构成 的新序列。的新序列。x(n)n01 2 3 4 5 62121 1y(n)n01 2 3 4 5 611 11 1z(n)n01 2 3 4 5 63232 2z(n)=x(n)+y(n)z(0)=x(0)+y(0)=3z(1)=x(1)+y(1)=2z(2)=x(2)+y(2)=3z(3)=x(3)+y(3)=2z(4)=x(4)+y(4)=

5、2 v 仿真实验仿真实验(Matlab)x1=wavread(w1.wav);x2=wavread(w2.wav);y=x1+x2;figure(1);plot(x1);grid on;figure(2);plot(x2);grid on;figure(3);plot(y);grid on;wavwrite(y,w3.wav);%读入声音文件读入声音文件%序列求和序列求和%画图显示结果画图显示结果%结果保存为声音文件结果保存为声音文件v 实验结果实验结果 y(n)=x1(n)+x2(n)01234567x 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8101234567x

6、 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8101234567x 104-1.5-1-0.500.511.5x1(n)x2(n)y(n)w1.wavw2.wavw3.wav2 2、序列的积、序列的积 ：v 两序列的积是指两序列的积是指同序号同序号n n的序列值的序列值逐项对应相乘逐项对应相乘而构成而构成 的新序列。的新序列。x(n)n01 2 3 4 5 62121 1z(n)=x(n)*y(n)z(0)=x(0)*y(0)=2z(1)=x(1)*y(1)=2z(2)=x(2)*y(2)=2z(3)=x(3)*y(3)=2z(4)=x(4)*y(4)=1 y(n)n0

7、1 2 3 4 5 611212z(n)n01 2 3 4 5 6222213 3、序列的移位、序列的移位 ：v 设有一序列设有一序列x(n)，当当m为正时：为正时：x(n-m)表示序列表示序列x(n)逐项依次逐项依次右移右移m位后得到的序列。位后得到的序列。x(n+m)表示序列表示序列x(n)逐项依次逐项依次左移左移m位后得到的序列。位后得到的序列。n01 2 3 4 5 6n0 1 2 3 4 5-1-2-3y(n)=x(nm)x(n)x(n)x(0)=1x(1)=2x(2)=3nx(n)01 2 3 42113213213213x(n+1)213x(n-1)右移右移左移左移v 实例：实例

8、：序列右移（序列延迟）的应用序列右移（序列延迟）的应用 延时单元可以将以前的某采样时刻的数据暂存起来，参延时单元可以将以前的某采样时刻的数据暂存起来，参与这个时刻的运算。与这个时刻的运算。1|)()()(Rnxnxny 回声可以用延迟单元来生成。直接声音和它的延迟了回声可以用延迟单元来生成。直接声音和它的延迟了R个周期的单个回声可以用下面的式子来表示（个周期的单个回声可以用下面的式子来表示（为为回声的回声的衰减系数）：衰减系数）：为了生成间隔为为了生成间隔为R个周期的多重回声，可将上式改为：个周期的多重回声，可将上式改为：1|)1()2()()()(12 RNnxRnxRnxnxnyN 原声：

9、原声：混响混响1：混响混响2：=0.3,R=5000=0.3,R=100004 4、序列的反褶、序列的反褶 ：v 设有序列设有序列x(n)，则则x(-n)是以是以n=0为纵轴为纵轴将将x(n)反褶后的序列。反褶后的序列。y(n)=x(-n)x(n)n0 1 2 3 4 5 62113-1-2-3-4x(-n)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213x(n)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213213213x(n)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213213213nx(-n)0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213213213x(-n)n0 1 2 3

10、4 5 6-1-2-3-4213213213v 思考：思考：x(-n+1)和和x(-n-1)与与x(-n)的移位关系？的移位关系？x(n)n0 1 2 3 4 5 62113-1-2-3-4x(0)=1x(1)=2x(2)=3x(-n)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213x(-n+1)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213x(-n-1)n0 1 2 3 4 5 6-1-2-3-4213x(-n+1)是是x(-n)右移一位后的序列右移一位后的序列x(-n-1)是是x(-n)左移一位后的序列左移一位后的序列v 仿真实验仿真实验(Matlab)x=wavread(w2.wa

11、v);y=fliplr(x);figure(1);plot(x);grid on;figure(2);plot(y);grid on;wavwrite(y,w4.wav);01234567x 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8101234567x 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81x(n)y(n)=x(-n+N)w2.wavw4.wav%读入声音文件读入声音文件%画图显示结果画图显示结果%结果保存为声音文件结果保存为声音文件%反褶反褶5、累加、累加v 设序列设序列x(n)x(n)，则则x(n)x(n)的累加序列的累加序列y(

12、n)y(n)定义为：定义为：nkkxny)()(它表示它表示y(n)y(n)在某一个在某一个n n0 0上的值等于这一个上的值等于这一个n n0 0上的上的x(nx(n0 0)以及以及n n0 0从前的所有从前的所有n n值上的值上的x(n)x(n)值之和。值之和。101)()(2121nnnxn例如：例如：101)()(12121nnnynkn6 6、差分运算、差分运算v 前向差分：前向差分：)()1()(nxnxnx v 后向差分：后向差分：)1()()(nxnxnx)1()(nxnx差分运算反映了序列差分运算反映了序列x(n)x(n)的幅值变化规律。的幅值变化规律。7 7、序列的时间尺度

13、（比例）变换、序列的时间尺度（比例）变换v 设某序列为设某序列为x(n)x(n)，则其时间尺度变换序列为则其时间尺度变换序列为x(x(mnmn)或或 x(n/m)x(n/m)，m m为正整数。为正整数。v x(x(mnmn)为抽取序列（为抽取序列（m1m1）v x(n/m)x(n/m)为插值序列（为插值序列（m1m1）例如：例如：x(n)x(n)与与x(2n)x(2n)-2-2 -1 0 1 2 n-1 0 1 2 n12345x(n)135x(2n)-2-2 -1 0 1 2 n-1 0 1 2 n注意：注意：x(n)=x(t)|x(n)=x(t)|t=t=nTnT 采样间隔为采样间隔为T

14、T x(2n)=x(t)|x(2n)=x(t)|t=2nTt=2nT 采样间隔为采样间隔为2 2T T，抽样抽样 x(n/2)=x(t)|x(n/2)=x(t)|t=t=nTnT/2 /2 采样间隔为采样间隔为T/2T/2，插值插值 8 8、卷积和、卷积和v 卷积积分卷积积分是求是求连续连续线性时不变系统线性时不变系统输出响应输出响应的主要方法。的主要方法。v 卷积和卷积和是求是求离散离散线性时不变系统线性时不变系统输出响应输出响应的主要方法。的主要方法。h(t)h(t)x(t)x(t)dmmthmxthtxty)()()()()(h(n)h(n)x(n)x(n)mmnhmxnhnxny)()

15、()()()(卷积和的计算方法与步骤：卷积和的计算方法与步骤：(1)(1)反褶：反褶：画出画出x(m)x(m)与与h(m)h(m)，以以m=0m=0的纵轴为对称轴将的纵轴为对称轴将h(m)h(m)反褶成反褶成h(-m)h(-m)。(2)(2)移位移位：将将h(-m)h(-m)移位移位n n，得到得到h(n-m)h(n-m)。当当n n为正，右移为正，右移n n位；当位；当n n为幅负，左移为幅负，左移n n位。位。(3)(3)相乘相乘：将将h(n-m)h(n-m)和和x(m)x(m)的相同的相同m m值的对应点值进行相乘。值的对应点值进行相乘。(4)(4)相加相加：将所有对应点的乘积累加起来，

16、得到某一个将所有对应点的乘积累加起来，得到某一个n n下的下的 输出值输出值y(n)y(n)。mmnhmxnhnxny)()()()()(四、常用的典型序列四、常用的典型序列1、单位取样序列、单位取样序列(n)-Unit sample sequence 0001)(nnn (n)n0 1 2 3 4 5 61-1-2-3-4v (n)n)是一个脉冲幅度为是一个脉冲幅度为1 1的的现实序列。现实序列。v (t)t)是脉宽为零，幅度为是脉宽为零，幅度为 的一种数学极限，是的一种数学极限，是 非现实信号。非现实信号。v单位取样序列亦称单位脉冲序列，或时域离散冲激。单位取样序列亦称单位脉冲序列，或时域

17、离散冲激。v 用单位取样序列用单位取样序列(n)表示任意序列表示任意序列(n)n0 1 2 3 4 5 61-1-2-3-42(n-1)n0 1 2 3 4 5 62-1-2-3-4 mmnmxnx)()()(可以将任意序列表示成单可以将任意序列表示成单位抽样序列的位抽样序列的移位加权和移位加权和x(n)=3(n-2)n0 1 2 3 4 5 63-1-2-3-4(n)+2(n-1)+3(n-2)n0 1 2 3 4 5 63-1-2-3-412 20)()(mmnmx(其中，其中，x(0)=1,x(1)=2,x(2)=3)2、单位阶跃序列、单位阶跃序列u(n)-Unit step seque

18、nce u(n)n0 1 2 3 4 5 61-1-2-3-47 8 9 10 0001)(nnnuv 用用单位阶跃序列单位阶跃序列u(n)表示表示单位取样序列单位取样序列(n)：)1()()(nunun v 用用单位取样序列单位取样序列(n)表示表示单位阶跃序列单位阶跃序列u(n)：0)()(mmnnu 3、矩形序列、矩形序列RN(n)-Rectangular sequence nNnnRN其其它它0101)(RN(n)n0 1 2 31N-1 v 用用单位阶跃序列单位阶跃序列u(n)表示表示矩形序列矩形序列RN(n)：)()()(NnununRN v 用用单位取样序列单位取样序列(n)表示

19、表示矩形序列矩形序列RN(n)：10)()(NmNmnnR 4、实指数序列、实指数序列 Real-valued exponential sequence 000)()(nnanuanxnnv 当当|a|1时时，序列发散。序列发散。v 当当|a|1时，序列收敛。时，序列收敛。v 当当|a|1，且且a0时，序列是摇动的时，序列是摇动的 5、正弦序列、正弦序列 -Sinusoidal sequence 00 ncos)n(x,nsin)n(x 正弦序列的由来正弦序列的由来对连续时间正弦信号取样可以得到正弦序列。对连续时间正弦信号取样可以得到正弦序列。tsin0 取取 样样nTt 00 nsinnTs

20、inT00 其中，其中，T T是取样间隔是取样间隔(取样周期取样周期)。0 0称为数字域频率，称为数字域频率，0 0称为模拟域频率。称为模拟域频率。数字域频率和模拟域频率数字域频率和模拟域频率v 数字域频率是模拟域频率的数字域频率是模拟域频率的T T倍，以后我们就以倍，以后我们就以 表示数表示数 字域频率，字域频率，表示模拟域频率（表示模拟域频率（也也表示模拟域角频率表示模拟域角频率 ，2 2 f f，f f表示模拟域线频率）。表示模拟域线频率）。v 当序列是周期的时，表示正弦序列的序列值重复变化的当序列是周期的时，表示正弦序列的序列值重复变化的 快慢。快慢。例：例：0.010.01，则序列值

21、每，则序列值每200200个重复一次正弦循环个重复一次正弦循环 0.10.1，则序列值每，则序列值每2020个重复一次正弦循环个重复一次正弦循环 v 的量纲为弧的量纲为弧/秒，秒，的量纲为弧。的量纲为弧。5 5、复指数序列、复指数序列 Complex-valued exponential sequencensinjncose)n(xnj v 当当 0时，时，|x(n)|=1，arg|x(n)|=n。v 复指数序列复指数序列ej n 作为序列分解的基单元，作为序列分解的基单元，在序列的傅里叶分析中起着重要的作用。在序列的傅里叶分析中起着重要的作用。五、五、序列的周期性序列的周期性 1 1、定义、

22、定义 如果对于所有如果对于所有n存在一个最小的正整数存在一个最小的正整数N，使得：使得：x(n)=x(n+N)成立，则称成立，则称x(n)为周期序列，周期为为周期序列，周期为N。2 2、正弦序列的周期性、正弦序列的周期性 正弦信号：正弦信号：)nsin(A)n(x 0sin)sin()(000 nNANnANnx 若若 N 02k，当当k为整数时为整数时(即即N 0为为2 的整数倍的整数倍)，则有：，则有：x(n)=x(n+N)，x(n)为周期信号。为周期信号。观察观察 N 02k：(即即 )kN 02(1)当当 2/0 为整数时：为整数时：k=1，则则N=2/0 为最小整数，且保证为最小整数

23、，且保证x(n)=x(n+N)。(2)当当 2/0 为有理数时为有理数时(有理数可表示成分数有理数可表示成分数)：kN 02 若若N、k互素互素，则此时，则此时N取得最小整数，使取得最小整数，使x(n)=x(n+N)。(3)当当 2/0 为无理数时：为无理数时：任何任何k都不能使都不能使N为整数，此时为整数，此时x(n)不是周期性的。不是周期性的。注：此时注：此时k1。3 3、讨论、讨论 一个正弦序列若由一个连续正弦信号抽样而得，那么抽样一个正弦序列若由一个连续正弦信号抽样而得，那么抽样时间间隔时间间隔 T T 和连续正弦信号的周期和连续正弦信号的周期 T T0 0 之间应该是之间应该是什么关

24、系什么关系才能使所得到的才能使所得到的抽样序列仍为周期序列抽样序列仍为周期序列？设连续正弦信号为设连续正弦信号为x(t)x(t)：)sin()(0 tAtx 连续信号连续信号x(t)x(t)的角频率为的角频率为002 f 连续信号连续信号x(t)x(t)的周期为的周期为00021 fT若对若对x(t)x(t)抽样，设抽样时间间隔为抽样，设抽样时间间隔为T T，有：有：)sin(|)()(0 nTAtxnxnTt若令若令 0 0为数字频率，它满足：为数字频率，它满足：00000221TTfffTss 其中其中f fs s是抽样频率，是抽样频率，0 0是相对频率，是连续信号角频率是相对频率，是连续

25、信号角频率 0 0相对抽样频率相对抽样频率f fs s的频率。的频率。)sin(|)()(0 nTAtxnxnTt)sin(0 nA在分析一个序列的周期性时，是通过分析在分析一个序列的周期性时，是通过分析2 2/0 0的值来实现的。的值来实现的。(1)(1)当当 2 2/0 0 为整数时：为整数时：TTT00022 说明说明:连续正弦信号连续正弦信号x(t)x(t)的周期的周期T T0 0是抽样间隔的整数倍，或是抽样间隔的整数倍，或 者说，是在者说，是在一个一个连续信号的周期连续信号的周期T T0 0内内以以T T为采样间隔为采样间隔 采样了采样了N N个点个点。NTT 002(2)(2)当当 2 2/0 0 为有理数时：为有理数时：KNTT 0020KTNT 说明说明:在在K K个个连续正弦信号连续正弦信号x(t)x(t)的周期的周期T T0 0内内以以T T为采样间隔为采样间隔 采样了采样了N N个点个点。例如：序列例如：序列)73sin()(nnx x(n)x(n)的周期是的周期是1414，在，在3 3个连续信号周期个连续信号周期T T0 0内采样了内采样了1414个点。个点。314200 TTKN