数字信号处理-绪论

一 、信号、系统和信号处理

1.信号的分类

• 一维信号、二维信号、矢量信号
• 周期信号、非周期信号
• 确定信号、随机信号
• 能量信号、功率信号

若信号能量E有限，则称为能量信号
$E={\int }_{-\infty }^{\infty }|x(t){|}^{2}dt$
$E={\sum }_{-\infty }^{\infty }|x(n){|}^2$
若信号功率P有限，则称为功率信号
$P={\lim }_{T\to +\infty }\frac{1}{T}{\int }_0^T|x(t){|}^{2}dt$
$P={\lim }_{N\to +\infty }\frac{1}{N}{\sum }_{n=0}^{N-1}|x(n){|}^2$

• 连续时间信号、离散时间信号和数字信号

变量的取值方式有连续与离散两种。
若变量（一般都看成时间）是连续的，则称为连续时间信号；若变量是离散数值，则称为离散时间信号。

信号幅值的取值方式又分为连续与离散两种方式（幅值的离散称之为量化），

因此 ，组合起来应该有以下四种情况：
①连续时间信号：时间是连续的，幅值可以是连续的也可以是离散（量化）的。
②模拟信号：时间是连续的，幅值是连续的，这是最常见的一种连续时间信号。
③离散时间信号（或称序列）：时间是离散的，幅值是连续的信号，又称序列或抽样信号。
④数字信号：时间离散、幅度也离散（称为量化）的信号，其幅度是按二进制编码量化。

2. 系统

（1）模拟系统：处理模拟信号，系统输入、输出均为连续时间连续幅度的模拟信号。
（2）连续时间系统：处理连续时间信号，系统输入、输出均为连续时间信号。
（3）离散时间系统：处理离散时间信号—— 序列，系统输入、输出均为离散时间信号。
（4）数字系统：处理数字信号，系统输入、输出均为数字信号。

3. 信号处理、数字信号处理

信号处理的内容包括滤波 、变换、检测、谱分析、估计、压缩、扩展、增强、复原、分析、综合、识别等一系列的加工处理,以达到提取有用信息、便于应用的目的。

二、数字信号处理的基本组成

当用此系统处理数字信号时，可直接将输入数字信号$x(n)$送入数字信号处理器，由它
按人们需要进行处理后，直接从它的输出端得到输出的数字信号$y(n)$，

(a)输入模拟信号的波形

(b)抽样信号及抽样保持信号
( c ) 二进制数字码

（d)量化后的输入序列

(e)输出序列及抽样保持信号

(f)输出模拟信号

三、数字信号处理学科概貌

学科体系主要包括以下的领域：

1. 离散时间信号的时域及频域分析，时域频域的抽样理论，离散时间傅里叶变换理论。
2. 离散时间线性时(移)不变系统时域及变换域(频域，复频域即2 变换域)的分析。
3. 数字滤波技术。
4. 离散傅里叶变换及快速傅里叶变换、快速卷积、快速相关算法。
5. 多抽样率理论及应用。
6. 信号的采集，包括人/0转换器、0 /人转换器、量化噪声等。
7. 现代谱分析理论与技术。
8. 自适应信号处理。
9. 信号的压缩,包括语言信号的压缩及图像信号的压缩。
10. 信号的建模，包括AR、MA、ARMA、CYPON、PRONY等各种模型。
11. 其他特殊算法，包括同态处理、信号重建、反卷积等。
12. 数字信号处理的实现。
13. 数字信号处理的应用。

四、数字信号处理的特点

数字信号处理系统具有以下这些明显的优点：

精度高、灵活性好、可靠性强、容易大规模集成、时分复用、可获得高性能指标、二维与多维处理

数字信号处理的局限性:

系统复杂性高，成本高、处理速度与精度的矛盾

五、数字信号处理的应用

(1)滤波与变换：包括数字滤波/卷积、相关、快速傅里叶变换、希尔伯特变换、自适应滤波、频谱分析、加窗法等。
(2)通信：包括自适应差分脉码调制、自适应脉码调制、脉码调制、差分脉码调制、增量调制、自适应均衡、纠错、数字公用交换、信道复用、移动电话、调制解调器、数据或数字信号的加密、破译密码、扩频技术、通信制式的转换、卫星通信、TDMA/FDMA/CDMA通信制式、回波对消、集电话、软件无线电等。
(3)语音、语言：包括语音邮件、语音声码器、语音压缩、数字录音系统、语音识别、语音合成、语音增强、文本语音变换、神经网络等。
(4)图像、图形：包括图像压缩、图像增强、图像复原、图像重建、图像变换、图像分割与描绘、卫星图像分析、模式识别、计算机视觉、固态处理、电子地图、电子出版、动画等。
(5)消费电子：包括数字音频、高清晰度数字电视、音乐综合器、电子玩具和游戏、耳蜗移置、条形码阅读器、0丫1)播放机、数字留言/应答机、汽车电子装置等。
(6)仪器：包括频谱分析仪、函数发生器、地震信号处理器、瞬态分析仪、锁相环、模式匹配等。
(7)工业控制与自动化：包括机器人控制、激光打印机控制、伺服控制、自动机、电力线监视器、计算机辅助制造、引擎控制、自适应驾驶控制等。
(8)医疗：包括健康助理、远程医疗监护、超声仪器、诊断工具、CT扫描、核磁共振、助听器等。
(9)军事：包括雷达处理、声呐处理、导航、射频调制解调器、全球定位系统(GPS)、空中
预警、导弹制导、侦察卫星、航空航天测试、自适应波束形成、阵列天线信号处理等。