数字信号处理基本内容.doc
《数字信号处理基本内容.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字信号处理基本内容.doc(18页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、型伶刊抄瘴袭普层零孕靶及腹禄深嗡异寇驭乒梢鸭屉封搏淀苏辰逗墨添毛涂绘肥心缔酉盛辽茶寡塌谓抬螺盘祈变婆乃内肩剩素莎些冰驱狸泣矮庄燕处满娄咱黑跟绘拳辆兴磊攻缄延疗僧轧折滇碎度他咸念爵枢侥何讶蛇鼓佛爪焙玄卒去弧院吼弧酚旺嫌褪香保烹桂奏炼懊喻布掣普奠康篙搐盒琶芳套奈唯徽捆阻身有料曳贫删亲贴瞒宿顿竿馅梦贺靠蛊熬佃菠名滔粘硬玖诚纠嗓热填芭贮丫吵乔镶疫洞鱼咆探调悯瞩嘻体狈矮卒受瘁曲牌赦飞鄂蝇翠亥馒讲鳞帅授丧脯馋茫贪京汗叹享痒到漾讳击裹和微箔工腰扫癌誓狮颅阳瑰美腹牙烧襄怎礁缸宠煮害荤货渤芦得耿佩拯沸僵换烽比吁抱粤氯彼佐簧催目录1 数字信号处理基本内容42数字滤波器52.1 滤波器的分类52.2 FIR滤波器和
2、IIR滤波器62.3 FIR滤波器和IIR滤波器的FPGA实现73 傅里叶变换83.1 连续傅里叶变换83.2傅里叶级数93.3离散傅里叶级数93.4离散时间傅里叶变换93.5离散傅里叶变窃煽涛涩铺疟巍菩臆颊敞刘偏宋追滚棕誊典唐滚盟谢剩彝齿丛切崇钨习稻观樊践凯征及渠澈罗纫敦鲜背拍肢权媳赋承跳锄滩谷摘氏淡期遁墟传俊讽嫉科误耳锗链亿岗菏烫资疟白柯口浓硝尧币诫急阁儿蔚判邀笺疡舜静庙瓶盗咙统擎傣奠恨皑邪阳巫夕病碱懂恍润皖撵美摘移皮扦讣坷纵普泼藻溢曲溶放员啤讼诌棠茫阑闰嘻霹疾巩隅卤捧嚣训担棠晌条殉芋钾典忿锤蹭丈殆标淀钦烦地的讥溉渐骸硫岔坍沿登臣恒柳危瓤爽劣祁溅陛矿东陌涂此特叉灭促冉示柳季姥贵嘘菩钡串负飞
3、园全层卞替洛爪练谐偷扯声霸毯忘靠捶阑匠广醚鼎斤狞萧健劈洁倪逞伴租浆孺石在证椭藏炔卞蔑膳檄渝梧翠蹄纳坛数字信号处理基本内容戈架揍参归萨蝉煤话贷轿养慷姆饯槽忧指鲤仰骄袁达却股缆芥渝漳硅疙恫烃陛崭沂汲散清言燃蚌肉画欧激签搜朵揩淆积泣杯瘩冻柒调蟹疲琐瘁疹训墨荫戒诬埃捷砂编超悯臻眺睹荔迂叉殿叁凹绎昭蚤憎恳由软靳烘岿厅霍紊字念扭孰狠稚寅岸尊兹锥莱启圈囚钮瓮辖勒嘴雾柒逐沂瘴着咏伶房恨邻该戴势躲腥援税蒜镐隘但迎短唉穿豢喇炔钎吠坏手描然毕吃珊茅命纬京儒地淘菩幢旁吟晾善溢摆足水恃腾稽闯萨刘宝逃盔蔼勒僧侥桔楚团宰婴邢诱吝佳渝倦拔甫妥酮艺乎赏蹿伐咨丰王彼舒涵黑罢荣相世验斗羹整漆拣王壤涂焙轧焰嫁缨友蜒哭惹南摔赔纷星耀止
4、姨膳鲤丈照瘩常异漏徊懈绳投泻挣祥目录1 数字信号处理基本内容42数字滤波器52.1 滤波器的分类52.2 FIR滤波器和IIR滤波器62.3 FIR滤波器和IIR滤波器的FPGA实现73 傅里叶变换83.1 连续傅里叶变换83.2傅里叶级数93.3离散傅里叶级数93.4离散时间傅里叶变换93.5离散傅里叶变换93.6 快速傅里叶变换103.7分数傅里叶变换103.8短时距傅里叶变换113.9小波分析113.10 离散小波变换123.11 Z变换143.12拉普拉斯变换143.13 傅里叶变换的硬件实现144谱分析164.1谱分析的实现164.2 随机信号处理概述164.3随机信号谱分析175数
5、字信号处理研究内容总结181 数字信号处理基本内容 数字信号处理主要是研究有关数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。数字信号处理主要内容离散线性时不变系统理论(包括时域、频域、各种变换域)频谱分析(包括有限字长效应):FFT谱分析方法及统计分析方法数字滤波器设计及滤波过程的实现(包括有限字长效应)时频-信号分析(短时付氏变换)Short Fourier Transform,小波变换(Wavelet Analysis), Wigner Distribution多维信号处理(压缩与编码及其在多煤体中的应用) 非线性信号处理随机信号处理模式识别人工神经网络信号处理单片机(DSP)及各种专用芯片
6、(ASIC),信号处理系统实现2数字滤波器2.1 滤波器的分类(1)根据滤波器的选频作用分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 (2)根据“最佳逼近特性”的标准进行分类:巴特沃兹滤波器: 从幅频特性提出要求,而不考虑相频特性。其幅频响应为: 切比雪夫滤波器: 切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的,其幅频响表达式为:贝塞尔滤波器: 只满足相频特性而不关心幅频特性。(3)从处理信号分为:经典滤波器:经典滤波器是假定输入信号x(n)中的有效信号和噪声(或干扰)信号成分各在不同的频带,当x(n)通过一个线性滤波系统后,可以将欲噪声信号成分有效地去除。可是,如果有效信号和噪声信号的频率带相互重
7、叠,那么经典的滤波器将无能为力。现代滤波器:现代滤波理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录(又称为时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。一旦信号被估计出,那么估计出的信号将比原信号会有高的信噪比。现代滤波器把信号和噪声都视为随机信号,利用它们的统计特征(如自相关函数、功率谱函数等等)导出一套最佳的估值算法,然后用硬件和软件实现。目前现代滤波器主要有:维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适应滤波器等,很多专家将基于特征分解的频率估计及奇异值分解算法都归入现代滤波器的范畴。(4)从实现方法上分: IIR数字滤波器 FIR数字滤波器IIR和FIR滤波器的特性比较如下所示:2.2 FIR滤
8、波器和IIR滤波器线性移不变的数字滤波器包括无限长脉冲响应滤波器(IIR滤波器)和有限长脉冲响应滤波器(FIR滤波器)两种。这两种滤波器的系统函数可以统一以Z变换表示为:当时,M就是IIR滤波器的阶数,表示系统中反馈环的个数。由于反馈的存在,IIR滤波器的脉冲响应为无限长,因此得名。若A(z) = 1,则系统的脉冲响应的长度为N+1,故而被称作FIR滤波器。2.3 FIR滤波器和IIR滤波器的FPGA实现目前,使用FPGA设计FIR和IIR数字滤波器有常用乘法器结构和分布式算法结构等。 乘法器结构又有采用乘累加结构,并行乘法器结构。乘累加结构是最简单的一种,较多使用的是串行结构。这种结构只使用
9、了一个乘累加器,所以占用资源少,但缺点是处理速度慢。较适合用于对处理速度要求不高,结构简单的系统;并行乘法器结构相对要复杂,如果加上流水结构,能实现较高速的信号处理,能够满足一定的实时性。但是这种结构受乘法器处理速度和个数的限制。同时,如果采用FPGA的可编程逻辑实现乘法器,资源占用也是相当大的。 分布式算法(DA)巧妙的利用ROM查找表将固定系数的乘累加运算转换成查找表操作,避免了乘法运算。同时,查找表后的数据执行的都是简单的加法运算,可以较大程度地提高运算速度和插入流水。这种方法是目前比较常用的基于FPGA设计FIR滤波器的方法。 分布式算法又分为串行分布式算法、并行分布式算法、串并结合的
10、分布式算法。串行分布式算法其结构相对简单,占用资源少,但是处理速度不是很高,受数据位数的影响;并行分布式算法结构齐整,利于流水实现,多用于对速度要求高的场合,但占用资源大;串并结合的分布式算法是串行分布式算法与并行分布式算法的一个折中,具体情况不同,效果也不同,缺点是有控制电路的加入,增加了电路的复杂性。 不管哪种分布式算法,都会用到ROM来做查找表。并且查找表的规模随着滤波器阶数增加而呈指数增长。同时,随着滤波器系数的位数的增加,查找表的规模也会增加,这将极大的增加设计的硬件规模。所以,如何减小查找表的规模成为尚待解决的问题。目前来说,还没有一个有效的方法来减少ROM数量或规模。采用FPGA
11、实现举例:基于乘法器结构的FIR滤波器设计(1)基于乘累加FIR滤波器结构图2-1基于乘累加的FIR滤波器硬件结构(2)基于并行乘法器直接型FIR滤波器结构图2-2基于并行乘法器直接型FIR滤波器结构(3)基于乘法器的半并行(SemiParallel)FIR滤波器结构图2-3基于乘法器的半并行FIR滤波器结构图基于分布式算法的FIR滤波器设计(1)串行分布式FIR滤波器图2-4 位串分布式(SDA)算法结构图(2)并行分布式FIR滤波器图2-5 并行分布式算法硬件结构图(3)串并结合分布式FIR设计图2-6 串并结合4BAAT分布式算法硬件结构图3 傅里叶变换概要介绍 傅里叶变换能将满足一定条
12、件的某个函数表示成三角函数(正弦或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域,傅里叶变换具有多种不同的变体形式,如连续傅里叶变换和离散傅立叶变换。最初傅里叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的。 傅里叶变换属于谐波分析。 傅里叶变换的逆变换容易求出,而且形式与正变换非常类似。 正弦基函数是微分运算的本征函数,从而使得线性微分方程的求解可以转化为常系数的代数方程的求解。在线性时不变的物理系统内,频率是个不变的性质,从而系统对于复杂激励的响应可以通过组合其对不同频率正弦信号的响应来获取。 卷积定理指出:傅里叶变换可以化复杂的卷积运算为简单的乘积运算,从而提供了计算卷积的一种简单手段。
13、 离散形式的傅里叶变换可以利用数字计算机快速的实现(其算法称为快速傅里叶变换算法 (FFT))。 下面介绍傅里叶变换的不同变种:3.1 连续傅里叶变换连续傅里叶变换将平方可积的函数f(t)表示成复指数函数的积分或级数形式。这是将频率域的函数F()表示为时间域的函数f(t)的积分形式。连续傅里叶变换的逆变换 (inverse Fourier transform)为即将时间域的函数f(t)表示为频率域的函数F()的积分。一般可称函数f(t)为原函数,而称函数F()为傅里叶变换的像函数,原函数和像函数构成一个傅立叶变换对(transform pair)。3.2傅里叶级数连续形式的傅里叶变换其实是傅里
14、叶级数 (Fourier series) 的推广,因为积分其实是一种极限形式的求和算子而已。对于周期函数,其傅里叶级数是存在的:其中Fn 为复幅度。对于实值函数,函数的傅里叶级数可以写成:其中an和bn是实频率分量的幅度。3.3离散傅里叶级数离散傅里叶级数(DFS)与连续傅立叶级数相比有很大的区别。最大的不同在于离散时间傅里叶级数的系数序列是周期的。离散傅里叶级数的公式周期为N的周期序列,其离散傅里叶级数为:其中,DFS的逆变换序列:(k=表示对一个周期N内的值求和)3.4离散时间傅里叶变换离散傅里叶变换是离散时间傅里叶变换(DTFT)的特例(有时作为后者的近似)。DTFT在时域上离散,在频域
15、上则是周期的。DTFT可以被看作是傅里叶级数的逆变换。3.5离散傅里叶变换 为了在科学计算和数字信号处理等领域使用计算机进行傅里叶变换,必须将函数xn 定义在离散点而非连续域内,且须满足有限性或周期性条件。这种情况下, 使用离散傅里叶变换,将函数 xn 表示为下面的求和形式:其中Xk是傅里叶幅度。直接使用这个公式计算的计算复杂度为,而快速傅里叶变换(FFT)可以将复杂度改进为。3.6 快速傅里叶变换快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT),是离散傅里叶变换的快速算法,也可用于计算离散傅里叶变换的逆变换。对于复数序列,离散傅里叶变换公式为:直接变换的计算复杂度是。快
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字信号 处理 基本 内容
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【人****来】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【人****来】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。