數(shù)字信號(hào)處理(DSP)

典型信號(hào)舉例

心電圖信號(hào)
腦電圖信號(hào)
地震信號(hào)
柴油機(jī)信號(hào)
語(yǔ)音信號(hào)
音樂(lè)信號(hào)
圖像

典型的信號(hào)處理應(yīng)用
聲音記錄應(yīng)用
電話(huà)撥號(hào)應(yīng)用
調(diào)頻立體聲應(yīng)用
電子音樂(lè)合成
電話(huà)網(wǎng)中的回聲擬制

數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科介紹及應(yīng)用
在國(guó)際上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里葉變換(FFT)的問(wèn)世，作為數(shù)字信號(hào)處理這一學(xué)科的開(kāi)端。
而它的歷史可以追溯到17世紀(jì)--18世紀(jì)，也即牛頓和高斯的時(shí)代。
數(shù)字信號(hào)處理的基本工具：微積分，概率統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過(guò)程，高等代數(shù)，數(shù)值分析，近代代數(shù)，復(fù)雜函數(shù)。
數(shù)字信號(hào)處理的理論基礎(chǔ)：離散線性變換(LSI)系統(tǒng)理論，離散付里葉變換(DFT)。
在學(xué)科發(fā)展上，數(shù)字信號(hào)處理又和最優(yōu)控制，通信理論，故障診斷等緊緊相連，成為人工智能，模式識(shí)別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字通信等新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。

數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科內(nèi)容

信號(hào)的采集：包括A/D,D/A技術(shù)、抽樣定理、量化噪聲理論等
離散信號(hào)分析：離散時(shí)間信號(hào)時(shí)域及頻域分析、離散付里葉變換（DFT）理論
離散系統(tǒng)分析
信號(hào)處理的快速算法 :譜分析與快速付里葉變換（FFT），快速卷積與相關(guān)算法。
濾波技術(shù)
信號(hào)的估計(jì):各種估值理論、相關(guān)函數(shù)與功率譜估計(jì)
信號(hào)的壓縮:包括語(yǔ)音信號(hào)與圖象信號(hào)的壓縮
信號(hào)的建模:包括AR，MA，ARMA等各種模型。
其他特殊算法:同態(tài)處理、抽取與內(nèi)插、信號(hào)重建等
數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)。
數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用。

數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法

1.采用大、中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī):工作站和微機(jī)上各廠家的數(shù)字信號(hào)軟件，如有各種圖象壓縮和解壓軟件。
2.用單片機(jī):可根據(jù)不同環(huán)境配不同單片機(jī)，其能達(dá)實(shí)時(shí)控制，但數(shù)據(jù)運(yùn)算量不能太大。
3.利用通用DSP芯片: DSP芯片較之單片機(jī)有著更為突出優(yōu)點(diǎn)。如內(nèi)部帶有乘法器，累加器，采用流水線工作方式及并行結(jié)構(gòu)，多總線速度快。配有適于信號(hào)處理的指令(如FFT指令)等。 美國(guó)德州儀器公司Texas Instrument（IT）， Analog Devices ，Lucent ， Motorola ，AT&T等公司都有生產(chǎn)。
4.利用特殊用途的DSP芯片:市場(chǎng)上推出專(zhuān)門(mén)用于FFT,FIR濾波器，卷積、相關(guān)等專(zhuān)用數(shù)字芯片。其軟件算法已在芯片內(nèi)部用硬件電路實(shí)現(xiàn)，使用者只需給出輸入數(shù)據(jù)，可在輸出端直接得到數(shù)據(jù)。
用通用的可編程的數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)法—是目前重要的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法，它即有硬件實(shí)現(xiàn)法實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又具有軟件實(shí)現(xiàn)的靈活性?xún)?yōu)點(diǎn)。

數(shù)字信號(hào)處理大致可分為：信號(hào)分析和信號(hào)濾波

信號(hào)分析涉及信號(hào)特性的測(cè)量。它通常是一個(gè)頻域的運(yùn)算。主要應(yīng)用于：譜(頻率和/或相位)分析、語(yǔ)音分析和識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)等。
例如（1）對(duì)環(huán)境噪聲的譜分析,可確定主要頻率成分,了解噪聲的成因,找出降低噪聲的對(duì)策;（2）對(duì)振動(dòng)信號(hào)的譜分析,可了解振動(dòng)物體的特性,為設(shè)計(jì)或故障診斷提供資料和數(shù)據(jù)。（3）對(duì)于高保真音樂(lè)和電視這樣的寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)到頻率域后極大多數(shù)能量集中在直流和低頻部分,就可把頻譜中的大部分成分濾去,從而壓縮信號(hào)頻帶。
數(shù)字濾波就是在形形色色的信號(hào)中提取所需要的信號(hào),抑制不需要的信號(hào)或干擾信號(hào)。

應(yīng)用于（1）消除信息在傳輸過(guò)程中由于信道不理想所引起的失真, （2）濾除不需要的背景噪聲，（3）去除干擾、（4）頻帶分割， 信號(hào)譜的成形。

它廣泛地應(yīng)用于數(shù)字通信，雷達(dá)，遙感，聲納，語(yǔ)音合成，圖象處理，測(cè)量與控制，高清晰度電視，多媒體物理學(xué)，生物醫(yī)學(xué)，機(jī)器人等。

DSP的典型應(yīng)用
語(yǔ)音處理：語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音增強(qiáng)、語(yǔ)音郵件、語(yǔ)音儲(chǔ)存等。
圖像/圖形：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像識(shí)別、動(dòng)畫(huà)、機(jī)器人視覺(jué)、多媒體、電子地圖、圖像增強(qiáng)等。
軍事；保密通信、雷達(dá)處理、聲吶處理、導(dǎo)航、全球定位、跳頻電臺(tái)、搜索和反搜索等。
儀器儀表：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、地震處理等。
自動(dòng)控制：控制、深空作業(yè)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤(pán)控制等。
醫(yī)療：助聽(tīng)、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)、心電圖等。
家用電器：數(shù)字音響、數(shù)字電視、可視電話(huà)、音樂(lè)合成、音調(diào)控制、玩具與游戲等。
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理舉例：
CT：計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影裝置。（其中發(fā)明頭顱CT英國(guó)EMI公司的豪斯菲爾德獲諾貝爾獎(jiǎng)。）
CAT:計(jì)算機(jī)X射線空間重建裝置。出現(xiàn)全身掃描，心臟活動(dòng)立體圖形，腦腫瘤異物，人體軀干圖像重建。

心電圖分析。

數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn)：
對(duì)元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響??；
容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI
可以時(shí)分復(fù)用，共享處理器；
方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；
可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級(jí)聯(lián)、易于存儲(chǔ)等；
可用于頻率非常低的信號(hào)。

數(shù)字處理的缺點(diǎn)：
需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；
受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；
數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源期間構(gòu)成，沒(méi)有無(wú)源設(shè)備可靠。

但是優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)缺點(diǎn)。