信号处理技术

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1、信号处理技术摘要本文围绕信号类型展开，比较了模拟信号与数字信号处理的概念，然后重点介绍了应用更为广泛的数字信号处理技术。其中涉及到数字信号处理的基本步骤，实际应用较多的儿种数字信号处理技术理论，并简耍介绍了DSP处理器的发展历程及趋势，和DSP技术的应用领域。1概述1.1模拟信号与数字信号的区别模拟信号是将源信号的一些特征未经编码直接通过载波的方式发出，是连续的。数字信号则是通过数学方法对原有信号进行处理，编码成二进制信号后，再通过载波的方式发送编码后的数字流，是离散的。1.2模拟信号处理法与数字信号处理法的简单比较模拟信号处理法是直接对连

2、续时间信号进行分析处理的方法，其分析过程是按照一定的数学模型所组成的运算网络来实现的，即使用模拟滤波器、乘法器、微分放人器等一系列模拟运算电路构成模拟处理系统來获取信号的特征参数，如均值、均方根值、口相关函数、概率密度函数、功率谱密度函数等。数字信号处理就是用数字方法处理信号，它可以在专用的数字信号处理仪上进行，也可以在通用计算机上或DSP芯片上通过编程实现。建立在模拟器件基础上的模拟信号处理，虽然町以消除或减弱噪声污染的影响，提取有用信号。但是用模拟仪器进行这些分析却很困难：带通滤波器的带宽应尽可能窄；分辨率低；分析时间长；只能用X-Y记

3、录仪或荧光屏显示；不易实现再处理。在运算速度、分辨力和功能等方面，数字信号处理技术都优于模拟信号处理技术。冃前，数字信号处理已经得到越来越广泛的应用。数字信号处理是20世纪60年代，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起來的一门新兴学科。数字信号处理是把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息便于应用的目的。例如：滤波、检测、变换、增强、佔计、识别、参数提取、频谱分析等。2数字信号处理的一般步骤一般地讲，数字信号处理涉及三个步骤：(1)模数转换(A/D转换)：把模

4、拟信号变成数字信号，是一个对口变量和幅值同时进行离散化的过程，基本的理论保证是采样定理。(2)数字信号处理(DSP)：包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。(3)数模转换(D/A转换)：把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常，这一步并不是必须的。数字信号处理的一般步骤可用图3」所示简单框图来概括。图3.1数字信号处理系统框图2.1信号预处理信号的预处理是将信号变换成适于数字处理的形式，以减小数字处理的难度。它包括：(1)信号电压幅值处理，使之适宜于采样；(2)过滤信号中的高频噪声；(3)隔离信号中的直流分量，消除趋势项；(

5、4)如果信号是调制信号，则进行解调。信号调理环节应根据被测对象、信号特点和数学处理设备的能力进行安排。2.2A/D转换A/D转换包括了在时间上对原信号等间隔采样、幅值上的量化及编码，即把连续信号变成离散的时间序列，把连续时间信号转换为与其相应的数字信号的过程称之为“模/数(A/D)”转换过程，反之则称为“数/模(D/A)”转换过程，它们是数字信号处理的必要程序。2.3数字信号分析数字信号分析可以在信号分析仪、通用计算机或专用数字信息处理机上进行。由于计算机只能处理有限长度的数据，所以要把长时间的序列截断。在截断时会产生一些误差，所以有时要对

6、截断的数字序列进行加权(乘以窗函数)以成为新的有限长的时间序列。如有必要还可以设计专门的程序进行数字滤波。然后把所得的有限长的时间序列按给定的程序进行运算。例如，作时域屮的概率统计、相关分析、建模和识别，频域中的频谱分析、功率谱分析、传递函数分析等。2.4输出结果运算结果可直接显示或打印，也可用数/模(D/A)转换器再把数字量转换成模拟量输入外部被控装置。如有必耍可将数学信号处理结杲输入后续计算机，用专门程序做后续处理。3数字信号的处理(DSP：digitalsignalprocessing)技术3.1傅立叶变换传统的信号分析方法分别在时域

7、和频域使用傅立叶变换进行处理。傅立叶变换以及其数字实现方法快速傅立叶变换(FFT)允许把一个信号分解成多个独立的频率分量和幅度分量。这样很容易区分开有用信号和噪声。但是经典傅立叶变换T具的主要缺陷是不能把时间和频率信息结合起来给出频率是怎样随时间变化的。对于非平稳信号，传统的傅立叶变换显然不行，因为它无法给出所需信号频率出现的时间区域，也就无法真正了解频率随时间的变化情况。短时傅立叶变换(STFT)是一种能对信号同时进行时间域和频率域分析的工具。它的基木思想是：通过对所感兴趣的吋刻附近的一小部分信号进行傅立叶分析，以确定该时刻的信号频率。因

8、为时间间隔与整个信号相比是很短的(如语咅信号)，因此把这个处理过程叫做短时傅立叶变换。为实现STFT,研究人员一开始使用的是窗口。实际上，它只给了我们关于信号的部分信息，STFT