Giáo trình: Xử lý tín hiệu số, Nguyễn Linh Trung

NGUYỄN LINH TRUNG, TRẦN ĐỨC TÂN, HUỲNH HỮU TUỆ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page — #1 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ Nguyễn Linh Trung, Trần Đức Tân, Huỳnh Hữu Tuệ Trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page — #2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page i — #3 Mục Lục Danh sách hình vẽ iv Danh sách bảng xii Lời nói đầu xv GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 1.1 Tín hiệu gì? 1.2 Hệ thống gì? 1.3 Xử lý tín hiệu 1.4 Công nghệ DSP SỐ HĨA TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 2.1 Mở đầu 2.2 Phương pháp lấy mẫu 10 2.3 Lấy mẫu thực tiễn 17 2.4 Lượng tử hóa 18 2.5 Mã hóa biểu diễn nhị phân 19 2.6 Kết luận 21 Bài tập chương 22 i CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page ii — #4 Mục Lục TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG RỜI RẠC 25 3.1 Mở đầu 25 3.2 Tín hiệu rời rạc 27 3.2.1 Một số tín hiệu quan trọng 28 3.2.2 Phân loại tín hiệu 32 3.2.3 Một số tính tốn đơn giản tín hiệu 35 3.3 Hệ thống rời rạc 38 3.3.1 Mơ hình hệ thống 39 3.3.2 Phân loại hệ thống 40 3.3.3 Kết nối hệ thống 43 3.4 Hệ thống tuyến tính bất biến 44 3.4.1 Ý nghĩa đáp ứng xung tích chập 47 3.4.2 Đáp ứng xung hệ thống nối tiếp 49 3.4.3 Hệ thống tuyến tính ổn định 50 3.5 Biến đổi Z áp dụng vào hệ thống tuyến tính bất biến 51 3.5.1 Biến đổi Z 52 3.5.2 Biến đổi Z ngược 57 3.5.3 Biến đổi Z hệ thống tuyến tính bất biến 60 3.6 Biến đổi Fourier theo thời gian rời rạc 64 3.6.1 Định nghĩa biến đổi Fourier theo thời gian rời rạc 64 3.6.2 Áp dụng biến đổi Fourier theo thời gian rời rạc vào hệ thống tuyến tính bất biến 65 3.6.3 Liên hệ biến đổi Z biến đổi Fourier theo thời gian rời rạc 66 3.7 Kết luận 66 Bài tập chương 68 CẤU TRÚC CÁC BỘ LỌC SỐ 71 4.1 Hệ thống ARMA 71 4.2 Sơ đồ khối hệ thống 73 ii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page iii — #5 Mục Lục 4.3 Dạng trực tiếp hệ thống ARMA 76 4.3.1 Dạng trực tiếp I 76 4.3.2 Dạng trực tiếp II 77 4.4 Dạng nối tiếp song song hệ thống ARMA 78 4.4.1 Dạng nối tiếp 78 4.4.2 Dạng song song 80 4.5 Dạng chéo hệ thống MA có hệ số đối xứng 82 4.6 Ảnh hưởng lượng tử hóa thơng số 85 Bài tập chương 87 THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ IIR 91 5.1 Lọc tương tự 92 5.1.1 Các phương pháp xấp xỉ Butterworth Chebychev 99 5.1.2 Phép biến đổi lọc thông thấp thành lọc thông dải 108 5.1.3 Phép biến đổi lọc thông thấp thành lọc triệt dải 112 5.1.4 Phép biến đổi lọc thông thấp thành lọc thông cao 115 5.1.5 Đáp ứng tần số lọc theo bậc 118 5.2 Phương pháp đáp ứng bất biến 124 5.2.1 Thiết kế theo đáp ứng xung bất biến 125 5.2.2 Thiết kế theo đáp ứng bậc thang bất biến 130 5.3 Phương pháp biến đổi song tuyến tính 134 5.3.1 Biến đổi song tuyến tính 135 5.3.2 Thiết kế theo biến đổi song tuyến tính 138 5.4 Thiết kế lọc số thông dải 148 5.5 Thiết kế lọc số triệt dải 155 5.6 Thiết kế lọc số thông cao 158 iii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page iv — #6 Mục Lục Bài tập chương 161 THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ FIR 165 6.1 Phương pháp cửa sổ 166 6.1.1 Bộ lọc lý tưởng 166 6.1.2 Phương pháp thiết kế cửa sổ 169 6.1.3 Thiết kế lọc thông cao 187 6.1.4 Thiết kế lọc thông dải 191 6.2 Phương pháp lấy mẫu miền tần số 196 6.3 Phương pháp thiết kế Parks-McClellan 199 6.3.1 Tiêu chí sai số minmax 204 Bài tập chương 216 THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ ĐA VẬN TỐC 221 7.1 Hạ tốc 221 7.1.1 Những kết 221 7.1.2 Phổ tín hiệu hạ tốc 226 7.2 Tăng tốc 231 7.3 Thay đổi vận tốc theo hệ số hữu tỷ 235 7.4 Biểu diễn đa pha 241 7.5 Kết luận 245 Bài tập chương 247 iv CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page v — #7 Danh sách hình vẽ 1.1 Biểu diễn tín hiệu liên tục hàm toán học 1.2 Biểu diễn tín hiệu rời rạc 1.3 Các loại tín hiệu tuần hồn, lượng ngẫu nhiên 1.4 Hệ thống 1.5 Lọc tương tự lọc số 2.1 Q trình số hóa tín hiệu liên tục thành chuỗi bit 11 2.2 Xung Dirac chuỗi xung Dirac 13 2.3 Phổ tuần hoàn theo Ω với chu kỳ Ω0 (a) phần phổ mong muốn (b) 15 2.4 Lọc sử dụng lọc lý tưởng 16 2.5 Lẫy mẫu thực tế 18 2.6 Các kiểu lượng tử hóa 20 3.1 Biểu diễn tín hiệu rời rạc đồ thị 28 3.2 Xung Kronecker δ(n) 29 3.3 Tín hiệu thang đơn vị u(n) 30 3.4 Tín hiệu dốc đơn vị u r (n) 30 3.5 Tín hiệu mũ rời rạc 31 v CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt “DSP_trung_index” — 2012/7/25 — 7:11 — page vi — #8 Danh sách hình vẽ 3.6 Tín hiệu đối xứng phản đối xứng 34 3.7 Minh họa tín hiệu trễ tín hiệu lùi 36 3.8 Đổi chiều thời gian 37 3.9 Sơ đồ khối hệ thống rời rạc 39 3.10 Sơ đồ mô tả hệ thống thực thi cộng, khuếch đại và dịch trễ đơn vị 40 3.11 Kết nối nối tiếp 44 3.12 Kết nối song song 44 3.13 Tích chập 50 3.14 Vùng hội tụ tín hiệu nhân nằm ngồi vịng trịn có bán kính |a| mặt phẳng z 54 3.15 Vùng hội tụ tín hiệu phản nhân nằm vịng trịn có bán kính | b| mặt phẳng z 55 3.16 Vùng hội tụ tín hiệu khơng nhân nằm vành |a| < | z| < |b| mặt phẳng z 56 3.17 Sơ đồ khối hệ thống biểu diễn hàm truyền hệ thống H ( z) 62 4.1 Hình minh họa dịch trễ đơn vị, bô khuếch đại cộng sử dụng sơ đồ khối hệ thống 74 4.2 Hình minh họa dịch trễ đơn vị, khuếch đại cộng sơ đồ dịng chảy tín hiệu 75 4.3 Biểu diễn mắc chồng tầng hệ thống ARMA 76 4.4 Thực thi cấu trúc hệ thống mắc chồng tầng 77 4.5 Cấu trúc trực tiếp I 78 4.6 Hoán vị hai cấu trúc H1 ( z) H2 ( z) 79 4.7 Cấu trúc trực tiếp II (cấu trúc trực tiếp chuyển vị) 80 4.8 Cấu trúc nối tiếp 80 4.9 Thực thi cấu trúc trực tiếp 81 4.10 Ghép nối song song 81 4.11 Cấu trúc khối thang chéo 83 vi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... jΩ t dt (2.1) Chú ý rằng, định nghĩa Ω (đọc “ô-mê-ga lớn”) có đơn vị (radians/giây) Trước đây, giáo trình khác, người ta thường dùng ω (đọc “ơ-mê-ga nhỏ”) để định biến số Trong giáo trình này,... 2012/6/11 #1 — 18:25 — (b) Lấy mẫu với chu kỳ— T page x( n) x( n) 1.6 1.2 0.8 n 0.4 0.0 n -0 .4 -0 .8 -1 .2 “./figures/ADC_4” (c) Tín hiệu rời rạc s(n) — 2012/6/11 “./figures/ADC_5” 18:25 —tử page... 18:25 — (d) Chọn — mức lượng x q ( n) x q ( n) 1.6 111 1.2 110 0.8 0.4 0.0 101 n 100 011 -0 .4 010 -0 .8 001 -1 .2 000 “./figures/ADC_6” (e) Tín hiệu lượng tử hóa n — 2012/6/11 — nhị 18:25 — mức page