bai giang XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ

bai giang xu ly tin hieu so

TS. Đỗ Công Hùng- Xử lý tín hiệu số 1 Tháng 12 - 2011 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ GIẢNG VIÊN : T.s Đỗ Công Hùng TLTK : 1. XLTHS - TS Nguyễn Quốc Trung. NXBKHKT 2. XLTHS – Ths. Đặng Hoài Bắc. HVBCVT ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ BÀI GIẢNG MÔN HỌC 2TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số Chương I: TÍN HIỆU, NHIỄU VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ Bài 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Thông tin -Thông tin (information) là sự phản ánh sự vật, sự việc, hiện tượng của thế giới khách quan và các hoạt động của con người trong đời sống xã hội. - Điều cơ bản là con người thông qua việc cảm nhận thông tin làm tăng hiểu biết cho mình và tiến hành những hoạt động có ích cho cộng đồng. - Lượng tin: Độ bất định bị thủ tiêu. 2.Tin tức - Tin tức, là các thông tin về những gì đã, đang hoặc sẽ diễn ra trong xã hội. - Một bản tin trên báo chí thường được tập hợp theo công thức 5W và 1H, có thể được diễn giải như sau: What,Who,When,Where,Why và How. 3. Tín hiệu 3.1. Khái niệm -Theo lý thuyết thông tin, tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa đựng thông tin hay dữ liệu và có thể truyền đi được. - Hầu hết các tín hiệu đáng quan tâm đều có thể biểu diễn dưới dạng các hàm số, các phân bố hay các quá trình thay đổi ngẫu nhiên của thời gian hoặc vị trí. 3TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số 3.2. Phân loại tín hiệu - Tín hiệu liên tục (tín hiệu tương tự-Analog) - Tín hiệu rời rạc theo thời gian - Tín hiệu rời rạc theo biên độ (lượng tử). - Tín hiệu số (Digital) (Hình 1.1: Sơ đồ biến đổi tín hiệu liên tục Hình 1.2: Thí dụ về các loại tín hiệu). 4TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số 5TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số 4. Một số dãy tín hiệu rời rạc đặc biệt 4.1 Tín hiệu xung đơn vị 4.2. Tín hiệu nhảy bậc đơn vị 4.3. Tín hiệu hàm số mũ 44. Tín hiệu hình sin 5. Định lý lấy mẫu 6TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số 5. Nhiễu 5.1: Tạp âm (Noise): - Theo nghĩa chung nhất: tạp âm là âm thanh không mong muốn. Trong truyền hình tạp âm còn được biểu hiện là nền nhiễu (snow) trên màn hình tín hiệu. - Trong hệ thống số và tương tự: Tạp âm là những thành phần tín hiệu hoặc dữ liệu không mong muốn lẫn vào tín hiệu hoặc dữ liệu được truyền, mang tính ngẫu nhiên (VD tạp âm Gauss). - Đại luợng đặc trưng: SNR In common use, the word noise means any unwanted sound. In both analog and digital electronics, noise is random unwanted perturbation to a wanted signal; it is called noise as a generalisation of the acoustic noise ("static") heard when listening to a weak radio transmission with significant electrical noise. Signal noise is heard as acoustic noise if the signal is converted into sound (e.g., played through a loudspeaker); it manifests as "snow" on a television or video image. High noise levels can block, distort, change or interfere with the meaning of a message in human, animal and electronic communication. In signal processing or computing it can be considered random unwanted data without meaning; that is, data that is not being used to transmit a signal, but is simply produced as an unwanted by-product of other activities. "Signal-to-noise ratio" is sometimes used to refer to the ratio of useful to irrelevant information in an exchange. 7TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số 5.2: Xuyên nhiễu (Interference): · Interference (optics), patterns which may be observed when two light waves are superposed · Interference (communication), anything which alters, modifies, or disrupts a message as it travels along a channel Electromagnetic interference (EMI) Co-channel interference (CCI), also known as crosstalk Adjacent-channel interference (ACI), interference caused by extraneous power from a signal in an adjacent channel Intersymbol interference (ISI), distortion of a signal in which one symbol interferes with subsequent symbols Inter-carrier interference (ICI), caused by doppler shift in OFDM modulation 8TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số HỆ THỐNG XỬ LÝ TÍN HIỆU 1. Khái niệm - Hệ thống thực hiện quá trình thu nhận, biến đổi, xử lý tín hiệu để thu được tin tức hoặc dữ liệu. 2. Phân loại - Hệ thống xử lý tín hiệu tương tự - Hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc - Hệ thống xử lý tín hiệu số (một bộ phận của hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc) - Hệ thống xử lý tín hiệu tương tự số (hệ thống kết hợp xử lý tín hiệu tương tự-số). (Hình 1.3) 9TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số Các hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc 3.1: Khái niệm Hệ thống xử lý tín hiệu: Xác lập mối quan hệ nhân-quả giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào (đặc trưng bởi điều kiện ràng buộc-phép biến đổi [T]. - Tín hiệu vào: Tác động - Tín hiệu ra: Đáp ứng 3.2. Phân loại - Hệ XLTH tuyến tính (phép biến đổi T tuyến tính) : thoả mãn nguyên lý xếp chồng T[a.x1(n) + b. x2(n)]= a. y1(n)+b.y2(n). a,b: hai hệ số tỷ lệ bất kỳ Bao gồm: - Hệ bất biến theo thời gian: thỏa mãn nếu đáp ứng y(n) của tác động x(n) thì đáp ứng y(n-k) là đáp ứng của x(n-k) (nếu tín hiệu vào bị dịch đi một khoảng thời gian là k thì tín hiệu ra cũng bị dịch đi một khoảng là k. - Hệ phi tuyến : Không thoả mãn nguyên lý xếp chồng (không xét). 10TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số CÁC PHÉP TOÁN ĐỐI VỚI TÍN HIỆU RỜI RẠC 1. Các phép toán với số thực - Phép cộng - Phép nhân - Phép nhân và cộng - Phép nhân véc tơ - Phép nhân ma trận 2. Các phép toán với số liệu phức - Phép cộng - Phép nhân - Phép nhân véc tơ - Phép nhân ma trận 3. MỘT SỐ PHÉP XỬ LÝ TÍN HIỆU - Cộng tín hiệu - Nhân tín hiệu với một hằng số (định tỷ lệ tín hiệu- khuếch đại) - Giữ chậm tín hiệu - Giữ chậm và cộng tín hiệu - Cộng có tích lũy [...]...Bài 2: Tín hiệu và Hệ thống (tiếp theo) 1 Biểu diễn tín hiệu rời rạc 1.1 Biểu diễn bằng hàm số - Xét tín hiệu X(nTs) với chuẩn hóa Ts=1 ta có tín hiệu x(n) - Ta có: x(0)=1; x(1)=3/4; x(2)=1/2; x(3)=1/4; x(4)=0 1.2 Biểu diễn bằng đồ thị TS Đỗ Công Hùng- Xử l 11 c Biểu diễn bằng dãy số Ví dụ: 2.Một số tín hiệu rời rạc cơ bản a Tín hiệu đơn vị (xung Đi-rắc) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 12 b Dãy xung... sánh nhận biết tín hiệu, phân biệt tín hiệu với nhiễu, phát hiện vật thể ( dùng trong Rada quân sự) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 34 Ôn tập 1 Các khái niệm cơ bản: Thông tin, tin tức, tín hiệu 2 Phân loại tín hiệu: Liên tục, rời rạc, lượng tử theo biên độ, thời gian, tín hiệu số 3 Các cách biểu diễn tín hiệu: Bằng biểu thức toán học, bằng đồ thị, bằng dãy số 4 Các dãy tín hiệu cơ bản 5 Các phép toán cơ bản... 9 PT sai phân của HTTT 10 Thực hiện hệ thống 11 Tương quan tín hiệu TS Đỗ Công Hùng- Xử l 35 Chương 2: BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ HT RỜI RẠC TRONG MIỀN Z I Giới thiệu: 1.1 Đặt vấn đề: Tại miền thời gian, có thể biểu diễn trực quan các tín hiệu rời rạc Nhược điểm: Khó khi phân tích mạch (khi tính toán tích chập) Sau biến đổi z, tích chập của 2 tín hiệu trong miền thời gian tương đương với phép nhân các biến... Hùng- Xử l 27 5 Phương trình sai phân 5.1 Phương trình sai phân tuyến tính -Về mặt tín hiệu, một HTTT được đặc trưng bằng một PT sai phân TT: -Với a(n), b(n) là hệ số, đặc trưng cho hệ thống thay cho h(n) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 28 5.2 Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng -Một HTTT bất biến được mô tả bởi PT sai phân TT hệ số hằng ak, br bậc N: - Tương đương với: • Ghi chú: TS Đỗ Công Hùng- Xử l... tính được S=1/(1-A) nên HT ổn định nếu A0 Đỗ Công Hùng- Xử l d Tổng của 2 dãy: Tổng của 2 dãy nhận được bằng cách cộng từng đôi một các giá trị mẫu đối với cùng một trị số của biến độc lập Ví dụ: TS Đỗ Công Hùng- Xử l 17 f Tích của 2 dãy Tích của 2 dãy nhận được bằng cách nhân từng đôi một các giá trị mẫu đối với cùng một trị số của biến độc lập Ví dụ: TS Đỗ Công Hùng- Xử l 18 g Tích... 18 g Tích của một dãy với các hằng số: Nhận được bằng cách nhân tất cả các giá trị mẫu của dãy h Trễ Ta nói rằng dãy x2(n) là dãy bị trễ của dãy x1(n) nếu X2(n)=x1(n-n0) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 19 Ví dụ: Biểu diễn tín hiệu Nhận xét: Một dãy x(n ) bất kỳ đều có thể biểu diễn dưới Dạng TS Đỗ Công Hùng- Xử l 20 4 Các hệ thống tuyến tính bất biến 4.1 Các hệ thống tuyến tính -Dãy vào: Kích thích Dãy ra:... biết (HS tự đọc) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 23 c Các tính chất của tích chập  Tính giao hoán Ý nghĩa: Khi hoán vị đầu vào x(n) và đáp ứng xung h(n) cho nhau thì đáp ứng ra y(n) không đổi TS Đỗ Công Hùng- Xử l 24  Tính kết hợp Ý nghĩa: (b) Đáp ứng xung của hệ thống tổng bằng tích chập của đáp ứng xung của 2 hệ thống ghép nối tiếp thành phần (d) TS Đỗ Công Hùng- Xử l 25  Tính chất phân phối  Ý nghĩa Đáp... thống tuyến tính: Thỏa mãn nguyên lý xếp chồng Vậy: Đáp ứng xung hk(n) đặc trưng cho hệ thống TS Đỗ Công Hùng- Xử l 21 4.2 Hệ thống tuyến tính bất biến Hệ thống y(n) tương ứng với đáp ứng x(n) nếu y(n-k) là đáp ứng với kích thích x(n-k) a Tích chập: H(n) gọi là đáp ứng xung của HT TTBB  Đáp ứng ra của HT TTBB bằng tích chập của kích thích và đáp ứng xung TS Đỗ Công Hùng- Xử l 22 b Phương pháp tính tích . thống xử lý tín hiệu tương tự - Hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc - Hệ thống xử lý tín hiệu số (một bộ phận của hệ thống xử lý tín hiệu rời rạc) - Hệ thống xử. xử lý tín hiệu tương tự số (hệ thống kết hợp xử lý tín hiệu tương tự -số) . (Hình 1.3) 9TS. Đỗ Công Hùng- Xử l ý tín hiệu số Các hệ thống xử lý tín hiệu