信号处理概论绪论和第一章-bak.ppt

管涛郑州航院计算机系,信号处理概论,课程介绍,教学内容学什么（What）信号分析(信号与系统Signal&System)信号处理(Signal Processing),教学目的为什么学（Why）广泛的应用领域计算机、通信、语音与图像处理电路设计、自动控制、雷达、电视声学、地震学、化学过程控制经济预测、财务统计、市场信息、股市分析等全球科技革命以信息技术为核心为专业课程提供基本的方法,课程特点和学习方法怎么学（how）基础理论性强：物理概念、数学概念和工程概念并重着重掌握信号分析和处理的基本思想和方法注意问题的提出、分析问题和解决问题的方法实践性强:理论与实际相结合，听、练、做相结合计算机实践：MATLAB是信号分析与处理的强大工具,参考书目,信号分析与处理，姜常珍，天津大学出版社，2000年9月版,信号与线性系统，阎鸿森等，西安交通大学出版社，1999.8；信号与系统，余成波等，清华出版社，2004.9;数字信号处理，张建华等，科学出版社，2002.1;数字信号处理教程，程佩青编，清华大学出版社，1995;基于matlab的系统分析与设计-信号处理,西安电子科技大学出版社,楼顺天,2001.5.,课程地位,信号处理概论是信息学科的一门主干技术基础课，应用领域极其广泛，几乎遍及电类及非电类的各个工程技术领域：计算机、通信、控制、机械、建筑、交通、经济金融等。全球科技革命以信息技术为核心，使各学科领域和现代工业发生了深刻的变化，其特点是：向自动化、数字化、智能化、集成化发展。专业课的共性：获取信号、对信号进行分析、如何对信号进行改造，提取信息。本课程提供基本分析原理和方法，这是本课程生命力之所在。,先导课程,高等数学线性代数复变函数概率统计电子电路,后续课程,计算机控制数字图像处理通信原理等等,课程安排,学时：56学时48课时+8时上机Ch1 导论(4学时)Ch2 信号的时域分析(10学时+2机时)Ch3 信号的频域分析(10学时+2机时)Ch4 离散信号的变换域分析(15学时+2机时)Ch5 随机信号(4学时)Ch6 滤波器(5学时+2机时),学习要求,听课+作业复习书面作业+上机作业平时10%+上机20%+期末考试70%,第一章 导 论,本章教学目的和要求掌握信号与系统的概念及分析方法掌握信号与系统的数学描述和表示用数学表示来研究信号与系统分析中的概念和基本性质,教学内容及学时安排1.1 信号及其分类1.2 信号分析与信号处理1.3 信号与系统,教学重点信号的概念与性质系统的概念与性质,导 论,第一节 信号及其分类,一、信号的概念信号是反映（或载有）信息的各种物理量，是系统直接进行加工、变换以实现通信的对象。信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。,自然和物理信号 例如：语音、图像、地震信号、生理信号等。人工产生的信号 例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号等。,信号的概念,声音信号(空气压力-时间),x(t),信号的概念,灰度图像信号,I(x,y),信号的概念,彩色图像信号,r(x,y)g(x,y)b(x,y),信号的概念,视频信号由一序列图像（帧）组成灰度视频信号:I(x,y,t)彩色视频信号:,信号的概念,图形信号,信号的概念,本课程主要研究一维信号一般地、符合常规地采用时间t作为独立变量，函数用f(t)表示,信号的概念,二、信号的描述数学描述使用具体的数学表达式，把信号描述为一个或若干个自变量的函数或序列的形式。例：f(t)=sin(t),波形描述按照函数随自变量的变化关系，把信号的波形画出来。,信号的描述,三、信号的分类(一)连续时间信号和离散时间信号,连续时间信号(连续信号)若信号在定义域内，除有限个间断点外都有定义，称为连续时间信号,用f(t)表示。,信号的分类,离散时间信号(离散信号)若信号仅在某些时刻处有定义，称为离散时间信号,用f(n)表示，常称为序列。可以由连续信号取样(sampling)得来：x(t)|t=nT=x(nT)=x(n)T：取样间隔,0,1,2,3,4,-1,n,f(nk),(3),(2),(4.5),(1.5),(6),(-1),信号的分类,(二)确定性信号和随机信号,信号的分类,确定信号与随机信号确定信号：当信号是一确定的时间函数时，给定某一时间值，就可以确定一相应的函数值。例：正弦信号y=A coswt 随机信号：不是确定的时间函数，只知道该信号取某一数值的概率。例：耗电、电话信号。,信号的分类,实际传输的信号几乎都是随机信号，如通讯系统中传输的信号都不带确定性，否则获得不了任何新信息，失去通讯的意义。把较长时间内比较确定的随机信号，近似看成确定信号，简化分析。带有信息的信号往往具有不可预知的不确定性，是一种随机信号。除实验室发生的有规律的信号外，通常的信号都是随机的，因为确定信号对受信者不可能载有信息。确定信号是信号分析与处理的基础，随机信号更符合实际，该课程主要介绍前者。,信号的分类,(三)周期信号和非周期信号周期信号与非周期信号周期信号：每隔一个固定的时间间隔重复变化。（周而复始重复出现）,信号的分类,连续周期信号：x(t)=x(t+nT)描述连续周期信号的参数有:T：周期(s)f：频率即单位时间内信号的周期数 f=1/T(Hz)w：角频率即2p 单位时间内信号的周期数离散周期信号：x(n)=x(n+mN)描述离散周期信号的参数有:N：基本周期：角频率，w=2p/N,信号的分类,非周期信号:不具有重复性的信号。非周期信号可以视为是周期无穷大的周期信号。实际生活中一般都是非周期信号。例如：耗电量。,信号的分类,(四)模拟信号和数字信号模拟信号：定义域和值域都是连续的信号模拟信号肯定是连续信号,反之未必数字信号：定义域和值域都是离散的信号数字信号肯定是离散信号,反之未必,ADC：analog to digit conversionDAC：digit to analog conversion,(五)常参信号与变参信号常参信号:信号的参量是时不变的信号 例：Asinwt变参信号:信号的参量随时间变换 例：A(t)sinwt,(六)奇异信号信号本身、其导数或其积分有不连续点的函数例：冲激信号、阶跃信号,第二节 信号分析与信号处理,信号理论,信号分析,信号处理,一、信号分析1.目的：研究信号自身特性，以及信号发生某些变化时，特性的变化。将一复杂信号分解为若干简单信号分量叠加，并以这些分量的组成情况去考察信号的特性。,2.信号分析的基本方法时域分析研究信号随时间的变化特征，函数分析或波形分析频域分析研究信号随频率的变化情况，分析信号频率成份、带宽、传输特性属变换域分析一种，涉及傅立叶变换和Z变换,二、信号处理1.概念对信号进行某种加工变换或运算（滤波、相关、卷积、变换、增强、压缩、估计、识别等），获取信息或变换为人们希望的另一种信号形式。随着计算机的应用发展，主要是数字信号处理,2.信号处理的目的去伪存真:去除信号中冗余的和次要的成分。特征抽取:把信号变成易于进行分析和识别的形式。编码解码:把信号变成易于传输、交换与存储的形式（编码），或从编码信号中恢复出原始信号（解码）。3.与信号分析的关系信号分析是信号处理的基础。,.信号处理的应用举例,幂映射,图像增强,维纳滤波,图像复原,图像融合,.信号处理的基本步骤：,采样器A/D变换器,数字信号处理器,D/A变换器,xa(t),x(n),y(n),ya(t),自变量(时间)和 幅值同时离散化,变换域分析、数字 滤波、识别、合成,数字信号还原 为模拟信号,6.数字信号处理的基本器件加法器单位延时器标量乘法器7.数字信号处理的常用设备通用计算机、单片机、数字信号处理器(DSP),DSP的应用实例卫星图像分析 文字识别语音合成 语音识别远程医疗监护 数字测绘条形码阅读 数字摄像机加密 磁共振成像扫描高清晰度电视 地震波分析数字音频 音乐合成,第三节信号与系统,一、系统的概念和模型概念：若干相互作用、相互关联事物组合而成 具有特定功能的整体。激励：系统的输入 x(t)y(t)响应：系统的输出,调,制,器,长途通信系统,发送,放大,器,方向,滤波,器,接受,放大,器,方向,滤波,器,均衡,器,调,制,器,系统模型：系统的特定功能或特性的一种数学抽象和数学描述。具体来说，就是用某种数学表达式或用具有理想特性的符号组合成图形，描述系统的特定功能或特性。,