第六章数字信号处理（装置）.pdf

第六章 数字信号处理 §6-1 数字信号处理的基本步骤 数字信号处理（Digital Signal Processing,简称 DSP）是利用计算机或专用数字信 号处理设备，以数字形式对信号进行采样、变换、调理、滤波及计算等处理，以得到人们 所需要的有用信息。数字信号处理技术得到了越来越广泛的应用，已经成为一门专门的学 科。数字信号处理的基本步骤如图 6-1 所示。 x (t) 预处理 A/D 转换 数字信号处理器 或 结果显示 y (t ) 预处理 A/D 转换 计算机 图6-1 数字信号处理系统简图 信号的预处理是为了把信号变成适于数字处理的形式。预处理包括电压幅值调理，以 适宜于采样；过滤信号中的高频噪声，以提高信噪比等。 模数(A/D)转换是模拟信号经采样、量化和编码转换为二进制的过程。 数字信号处理器或计算机则是对离散的时间序列进行运算和处理的装置。 运算结果可以直接显示或打印，若后接数模（D/A ）转换器，还可以转换成模拟信号 输出。 实现数字信号处理的方法常用的有以下几种： 1、在通用的计算机上用软件实现; 2 、对于不太复杂的数字信号处理可以在通用的单片机上实现； 3、 由于DSP 芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，所以对于复杂的 数字信号处理可利用通用的可编程 DSP 芯片实现； 4 、对于要求信号处理速度极高的特殊情况，可用专用的 DSP 芯片实现，它是将相应 的信号处理算法用硬件制作在芯片上，无须进行编程；如专用于FFT 、数字滤波、 卷积、相关等算法的 DSP 芯片。 不管计算机的容量和计算速度有多大，其处理的数据长度总是有限的，这相当于 把长时间的序列截断，在截断时必然会引起信号的失真，而且在模拟量转换为数字量 的过程中也会产生一定的误差，所以如何减小失真，降低误差的有关问题是需要首先 考虑的。 一、时域采样和采样定理 一般来自传感器变换的被测信号大都是随时间连续变化的模拟量。通常是与被测物理 量相对应的连续变化的电压或电流。要采用数字量分析方法，首先必须把连续信号转换成 离散信号。转换是通过对连续时间信号采样实现的。采样原理如图 6-2 所示。 图6-2 等间隔采样原理 图中x (t) 为连续信号，g (t ) 为等间隔采样脉冲，T 为采样间隔，一般取等间隔，而 s x (nT ) 则为x (t) 的等间隔的采样值，它是离散序列。 s 能否用离散序列x (nT ) 来唯一地确定和复原原来的连续信号x (t) ，这取决于采样间 s 隔T 的大小和原信号的频带。当已知被分析信号的频带时，能否由离散序列x (nT ) 复原 s s 原信号x (t) 将仅由T 的大小来决定，所以T 的选择是 s s 十分重要的。 T 选得太大，则无法用 x (nT ) 来表征 s s x (t) ，如图 6-3 所示。图中由采样点1,2,3,4 的采样值 就无法确定是曲线A 还是曲线B 或C 的值，这就是所 谓的混叠现象。相反，如果T 太小，对定长的时间记