Giới thiệu về xử lý tín hiệu số pdf

Faculty of Computer Science and Engineering HCMC University of Technology 268, av. Ly Thuong Kiet, District 10, HoChiMinh city Telephone : (08) 864-7256 (ext. 5843) Fax : (08) 864-5137 Email : anhvu@hcmut.edu.vn http://www.cse.hcmut.edu.vn/~anhvu Chương Chương 1 1 BK TP.HCM T.S. Đinh Đức Anh Vũ GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 2 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Tín hiệu vàHệthống Tín hiệu vàHệthống ()()cos[2()()] iii i xtAtFtt pq ¥ =-¥ =+ å §Tín hiệu (t/h) ªĐại lượng vật lý biến thiên theo thời gian, theo không gian, theo một hoặc nhiều biến độc lập khác • Âm thanh, tiếng nói: dao động sóng ~ thời gian (t) • Hình ảnh: cường độ ánh sáng ~ không gian (x,y,z) • Địa chấn: chấn động địa lý ~ thời gian ªBiểu diễn toán học: hàm theo biến độc lập • u(t) = 2t 2 –5 •f(x,y) = x 2 –2xy –6y 2 • Các t/h tự nhiên thường không biểu diễn được bởi một hàm sơ cấp § Hàm xấp xỉ cho các t/h tự nhiên 3 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Tín hiệu vàHệthống Tín hiệu vàHệthống § Hệ thống (h/t) ªThiết bị vật lý, thiết bị sinh học, hoặc chương trình thực hiện các phép toán trên tín hiệu nhằm biến đổi tín hiệu, rút trích thông tin, … ªViệc thực hiện phép toán còn được gọi làxửlý tín hiệu ªVídụ •Các bộ lọc t/h • Các bộ trích đặc trưng thông tin trong t/h • Các bộ phát, thu, điều chế, giải điều chế t/h, … 4 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § T/h đa kênh – T/h đa chiều ªT/h đa kênh: gồm nhiều t/h thành phần, cùng chung mô tả một đối tượng nào đó (thường được biểu diễn dưới dạng vector) • T/h điện tim (ECG – ElectroCardioGram) • T/h điện não (EEG –ElectroEncephaloGram) • T/h ảnh màu RGB ªT/h đa chiều: biến thiên theo nhiều hơn một biến độc lập • T/h hình ảnh: ~ (x, y) • T/h TV trắng đen: ~ (x, y, t) ªCót/h vừa đa kênh và đa chiều • T/h TV màu 5 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § T/h RRTG ªT/h chỉ được định nghĩa tại những thời điểm rời rạc nhau ªx(n) § T/h LTTG ªT/h được định nghĩa tại mọi điểm trong đoạn thời gian [a, b] ªx(t) 6 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § T/h liên tục giátrị ªT/h cóthể nhận trị bất kỳ trong đoạn [Ymin, Ymax] § T/h rời rạc giátrị ªT/h chỉ nhận trị trong một tập trị rời rạc định trước 7 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § T/h LTTG, liên tục giá trị ªT/h tương tự (analog) § T/h RRTG, rời rạc giá trị ªT/h số (digital) 8 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § T/h ngẫu nhiên ªGiátrị của t/h trong tương lai không thể biết trước được ªCác t/h trong tự nhiên thường thuộc nhóm này § T/h tất định ªGiátrị t/h ở quákhứ, hiện tại và tương lai đều được xác định rõ ªT/h cócông thức xác định rõ ràng 9 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống t/h tương tự Hệ thống tương tự t/h tương tự t/h số Hệ thống số t/h số ADC DAC § H/t xử lý t/h tương tự § H/t xử lý t/h số 10 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống § H/t xử lý t/h số ªCóthể lập trình được ªDễ mô phỏng, cấu hình -sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao ªGiáthành hạ ªT/h số dễ lưu trữ, vận chuyển và sao lưu Nhược điểm ªKhóthực hiện với các t/h cótần số cao [...]... phân tuyến tính hệ số hằng ªGiải PTSPTT HSH ªĐáp ứng xung đơn vị của h/t đệ qui LTI § Hiện thực hệ RRTG ªCấu trúc trực tiếp dạng 1 ªCấu trúc trực tiếp dạng 2 § Tương quan giữa các t/h ªTương quan và tự tương quan ªThuộc tính của tương quan ªTương quan của các t/h tuần hoàn ªGiải thuật tính sự tương quan DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 3 Tín hiệu RRTG § Giới thiệu ª Ký hiệu: x(n),... thì hai tín hiệu sẽ khác nhau 3)Khi F tăng thì hệ số dao dộng tăng DSP – Lecture 1, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 11 Tần số § T/h rời rạc thời gian ª Xét thành phần t/h cơ bản x(n) = A Cos(ωn + θ) –∞ < n < +∞ n : chỉ số mẫu (nguyên) A : biên độ ω = 2πf : tần số (radian/mẫu) f : tần số (chu kỳ/mẫu) θ : pha (rad) ª 3 đặc trưng cơ bản 1) 2) 3) f= x(n) tuần hoàn ó f là số hữu tỉ Các t/h có tần số ω cách... Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 5 Tín hiệu RRTG cơ bản § T/h mẫu đơn vị (xung đơn vị) ªKý hiệu: ªĐịnh nghĩa: δ(n) ì1 n = 0 d (n ) = í î0 n ¹ 0 DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 6 Tín hiệu RRTG cơ bản § T/h bước đơn vị ªKý hiệu: ªĐịnh nghĩa: u(n) ì1 n ³ 0 u( n ) = í î0 n < 0 DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 7 Tín hiệu RRTG cơ bản § T/h dốc đơn vị ªKý hiệu: ªĐịnh nghĩa: ur(n)... được định nghĩa tại các điểm khác (không có nghĩa là x(n) bằng 0 tại các điểm đó) ª x(n) = xa(nTs) (Ts: chu kỳ mẫu) ª n: chỉ số của mẫu tín hiệu, ngay cả khi t/h x(n) không phải đạt được từ lấy mẫu t/h xa(t) DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 4 Tín hiệu RRTG § Một số dạng biểu diễn 1) Dạng hàm 1, n = 1, 3 x(n) = 4, n = 2 0, n khác 2) Dạng bảng n |…-2 -1 0 1 2 3 4 5… x(n) | 0 0 0 1 4 1... anhvu@hcmut.edu.vn http://www.cse.hcmut.edu.vn/~anhvu Tín hiệu và Hệ thống Rời Rạc Thời Gian T.S Đinh Đức Anh Vũ Nội dung (1) § Tín hiệu RRTG ª Các t/h cơ bản ª Phân loại t/h ª Các phép toán cơ bản § Hệ thống RRTG ª Mô tả vào-ra ª Mô tả sơ đồ khối ª Phân loại h/t RRTG § Phân tích hệ LTI trong miền thời gian ª Phân giải t/h RRTG ra đáp ứng xung đơn vị ª Tích chập và các thuộc tính ª Biểu diễn hàm đáp ứng xung đơn vị...Tần số § T/h liên tục thời gian ª Tần số liên quan mật thiết với dao động điều hòa (harmonic oscillation) được mô tả bởi các hàm sin ª Xét thành phần t/h cơ bản xa(t) = ACos(Ωt + θ), A Ω = 2πF F θ Tp = 1/F –∞< t < +∞ : : : : : biên độ t/h Tần số góc (rad/s) Tần số - chu kỳ/s – (Hz) Pha (rad) Chu kỳ (s) ª 3 đặc trưng cơ bản 1)Với F xác định, xa(t) tuần hoàn với chu kỳ: Tp= 1/F 2)Tần số khác nhau... < 0 DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 8 Tín hiệu RRTG cơ bản § T/h mũ ªĐịnh nghĩa: ªHằng số a • a: thực • a: phức x(n) = an, "n ® x(n): t/h thực ® a º rejq ® x(n) = rnejθn = rn(cosθn + jsinθn) 2 cách biểu diễn hoặc xR(n) = rncosθn xI(n) = rnsinθn | x(n) | = rn Ðx(n) = θn DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 9 Tín hiệu RRTG cơ bản T/h mũ x(n)=an (với a=0.9) giảm dần khi... ước: • L số mức lượng tử • Ymax, Ymin: trị lớn nhất và nhỏ nhất của t/h • ∆: bước lượng tử ∆ = (Ymax - Ymin)/(L–1) Sai số lượng tử: • Làm tròn: | eq(n) | = L hay b >= ceil(log2L) ceil: hàm lấy số nguyên... (với a=0.9) giảm dần khi n tăng DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE T/h mũ x(n)=an (với a=1.5) tăng dần khi n tăng 10 Tín hiệu RRTG cơ bản xr(n) = (1.5)ncos(πn/10) DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE xr(n) = (0.9)ncos(πn/10) 11 Phân loại tín hiệu RRTG § T/h năng lượng và t/h công suất ªNăng lượng của t/h x(n) +¥ E x = å x(n ) 2 -¥ • Nếu Ex hữu hạn (0 < Ex < ¥) ® x(n): t/h... CSE 1 P = lim EN N ®¥ 2N + 1 12 Phân loại tín hiệu RRTG § T/h tuần hoàn và không tuần hoàn ªx(n) tuần hoàn chu kỳ N Û x(n+N) = x(n), "n ªNăng lượng • Hữu hạn nếu 0 ≤ n ≤ N – 1 và x(n) hữu hạn • Vô hạn nếu –¥ ≤ n ≤ +¥ ªCông suất hữu hạn 1 N -1 2 P = å x(n ) N n =0 Þ T/h tuần hoàn là t/h công suất DSP – Lecture 2, © 2007, Dr Dinh-Duc Anh-Vu – CSE 13 Phân loại tín hiệu RRTG § T/h đối xứng (chẵn) và bất đối . 1 1 BK TP.HCM T.S. Đinh Đức Anh Vũ GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 2 DSP –Lecture 1, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE Tín hiệu vàHệthống Tín hiệu vàHệthống ()()cos[2()()] iii i xtAtFtt pq ¥ =-¥ =+ å Tín. –CSE Phân loại tín hiệu, hệ thống Phân loại tín hiệu, hệ thống t/h tương tự Hệ thống tương tự t/h tương tự t/h số Hệ thống số t/h số ADC DAC § H/t xử lý t/h tương tự § H/t xử lý t/h số 10 DSP –Lecture. Anh-Vu –CSE Tín hiệu vàHệthống Tín hiệu vàHệthống § Hệ thống (h/t) ªThiết bị vật lý, thiết bị sinh học, hoặc chương trình thực hiện các phép toán trên tín hiệu nhằm biến đổi tín hiệu, rút trích