1、1数字信号处理教程数字信号处理教程 MATLAB释义与实现陈怀琛编著2第一章第一章 信号和信号处理信号和信号处理1.1 信号的分类 1.2 信号处理 1.3 信号采样和复原的一个实例1.4 本书概貌的说明31.1 1.1 信号的分类信号的分类 按信号载体的物理特征，可分为电、磁、光、机械、热、声音等； 按信号中的自变量的数目分：一维信号：如语言和音乐 二维信号：如黑白照片或地形图， 三维信号：如黑白电视图象， （彩色图像或电视是三个因变量，自变量同上）4信号的分类信号的分类 按信号中自变量和因变量的取值特点分 连续时间（Continuous-TimeCT）信号：自变量和因变量均连续取值,(自变
2、量的连续称为连续时间，因变量的连续称为模拟信号) 离散时间（Discrete-TimeDT）信号：自变量离散，因变量仍连续取值 数字信号（Digital Signal）： 自变量和因变量均离散取值(因变量的离散称为数字信号)5信号的分类信号的分类 信号量化的方法 自变量的量化：等间隔采样，t=nT, n=0,1, T为采样周期，也即量化步长 因变量x的量化： 设量化步长为x，则量化公式为对应的MATLAB语句(x为数组也适用)xq=round(x/deltax)*deltax;其它取整函数有ceil,floor,fix等 )/(xxroundxxq6 由对模拟信号采样而产生离散信号x(n) 量
3、化后信号xq的误差 绝对误差 e=xq-x 相对误差 rerror=(xq-x)./abs(x) 对大的数，量化造成的相对误差小；而对小的数，量化造成的相对误差大。 信号的分类信号的分类1, 2 , 1 , 0,)()(NntxnxnTta7信号分类的例题信号分类的例题 例1.1.1 设连续信号为其中tf为终点时刻。若采样周期为0.5秒，求采样后的离散时间信号 MATLAB程序hc11160cos)(fatttttx8例1.1.1的MATLAB程序hc111此程序分别描述了连续信号、离散信号和数字信号dt=0.001; tf=6; t=0:dt:tf;% 建立自变量向量xa=sqrt(t)+c
4、os(t);% 原始的连续时间信号xa(t)T=0.5;n=0:tf/T;% 建立离散自变量向量x=sqrt(n*T)+cos(n*T); % 离散时间信号x(n)deltax=0.5;% deltax为x的量化步长xq=round(x/deltax)* deltax;% 量化的数字信号xq 以下为绘图语句9例例1.1.1 1.1.1 的图形的图形 图1-1.1 连续信号、离散时间信号和数字信号 10 按照信号的来源来分 心电（ElectroCardioGraphyECG）信号：脑电图（ElectroEncephaloGramEEG）信号 地震信号：它由岩石的自然运动、或人为的地下爆炸等产生。
5、 发动机振动信号： 语言信号： 音乐信号： 统计数据： 等等信号的分类11心电图信号：心电图信号：心电图主要分析它的时域特性：常用的特征点有： P波； Q波； R波； S波； T波；延续时间较长的波还要细分。如T1,T2,波121.2 1.2 信号处理信号处理 信号的时域分析处理：如分析心电路中各波形特征，从雷达回波信号提取和分析目标参数 信号的频域分析处理：如 分析脑电波信号的频谱来判断大脑的活动分析音乐信号的频谱 滤波器设计：如 设计模拟滤波器和数字滤波器13把模拟信号作为数字信号把模拟信号作为数字信号进行处理的基本框图进行处理的基本框图 将模拟信号用数字方法进行处理的框图如下： 模拟信号
6、 xa(t)经预滤波，A/D变换，变成数字信号x(n)； 用数字方法进行处理；得到数字信号y(n) 作D/A变换，再平滑滤波，变回模拟信号ya(t) ；用图中五个方框完成对模拟信号的处理。 14数字信号处理的优越性数字信号处理的优越性 1) 灵活性 2) 高精度和高稳定性 3) 便于开发和升级 4) 便于大规模集成 5）功能强151.3 1.3 信号采样和复原的实例信号采样和复原的实例 Windows录音机的界面 Windows录入的大家好声音信号16声音信号文件的格式和参数声音信号文件的格式和参数17声音文件格式选择声音文件格式选择18用用MATLABMATLAB分析分析WINDOWSWIN
7、DOWS声音文声音文件件 %读入文件上的变量x:x,Fs,Nbits=wavread(dajiahao); %分析变量x的长度，取样频率和位数size(x), Fs,Nbits %恢复变量x的声音：sound(x,22050) %画出变量x的曲线：plot(x) %分析x的若干样本点的值：x(15120:15124) %用MATLAB保存变量x：save dajiahao x 191.4 1.4 本书概貌的说明本书概貌的说明 对“数字信号处理”内涵的两种理解方法：1。研究对“数字信号”进行处理的理论和技术;限定的研究对象是“数字信号”。2。研究用“数字”方法来“处理信号”的理论和技术;限定的研
8、究方法是“数字技术”。 我们认为第二种理解比较恰当。它比第一种含义覆盖的领域宽，消除了盲区。因为自然界大多数信号是模拟的。用数字技术来研究它们是本课程的主要任务。为此本书中在这方面加了不少篇幅。20关于关于MATLAB语言语言 本书提供的程序集有： 例题程序约120个，放在exampdsp子目录下； 自编的子程序28个，放在subrtdsp子目录下； 演示程序28个，放在demodsp子目录下；(读者不必读懂）读者应把这几个程序库放到MATLAB的搜索路径上 下载程序的网址为：http:/， 21关于关于MATLAB语言语言 在学习本课之前，读者应先学过和用过MATLAB语言，而不是在学习本课
9、时边学边用。不然，在使用本教材的时候，会感到困难。因为本书不只把MATLAB作为计算工具，在讲解许多概念时，是用MATLAB语言来概括其思路的。 如果没有学过MATLAB, 应急学习可参阅下两本书之一的“语言篇“MATLAB入门：MATLAB及其在理工课程中的应用指南（第2版），西安电子科技大学出版社，2004年9月MATLAB及在电子信息课程中的应用（第2版），电子工业出版社，2003年7月22学习学习MATLABMATLAB的参考书籍的参考书籍1 1MATLAB及其在理工课程中的应用指南(第2版) “语言篇语言篇”西安电子科技大学出版社,2004.10第一篇：语言篇第二篇：应用篇第五章：在
10、高等数学中应用第六章：在普通物理中应用第七章：在力学机械中应用第八章：在电工电子中应用第九章：在信号系统中应用23学习学习MATLABMATLAB的参考书籍的参考书籍2 2MATLAB及在电子信息课程中的应用 (第2版) “语语言篇言篇”,电子工业出版社,2003.7第一篇：语言篇第二篇：应用篇第五章：在电路原理中应用第六章：在信号与系统中应用第七章：在数字信号处理中应用第八章：在自动控制原理中应用第九章：MATLAB工具箱简介24本书的组成本书的组成 第一章信号和信号处理 第二章时域中的离散信号和系统 第三章离散信号的两种傅立叶变换 第四章信号频谱的高效计算 第五章变换域中离散线性系统 第六章数字滤波器结构 第七章FIR滤波器的设计 第八章IIR滤波器的设计 第九章综合应用
