[r]
(1)Chương 1
T NG QUAN V X LÝ S TÍN HI UỔ Ề Ử Ố Ệ
M c đích:ụ
• Phân bi t gi a x lý tệ ữ ử ương t x lý s tín hi u.ự ử ố ệ
• Bi t đế ươc thành ph n c b n h th ng x lý s tín hi u.ầ ơ ả ệ ố ử ố ệ • Phân bi t đệ ược ho t đ ng khác x lý s tín hi u ộ ử ố ệ
• Các u như ược m c a h th ng x lý s tín hi u so v i h th ng x lý tể ủ ệ ố ử ố ệ ớ ệ ố ử ương t ự • Các ng d ng c a x lý s tín hi u.ứ ụ ủ ử ố ệ
1.1X LÝ TỬ ƯƠNG T VÀ X LÝ S TÍN HI UỰ Ử Ố Ệ
X lý tín hi uử ệ : q trình dùng m ch n,m ch n t ,máy tính…tác đ ng lênạ ệ ệ ộ
tín hi u đ t o tín hi u theo mong mu n.ệ ể ệ ố
Có hai cách x lý tín hi u:ử ệ
X lý tử ương t (ASP: Analog Signal Processing):ự
M t h th ng x lý tộ ệ ố ương t đự ược mô t theo ả Hình v 1.1ẽ :tín hi u vào cho hệ ệ
th ng x lý tín hi u tố ệ ương t ,b x lý tín hi u tự ộ ệ ương t sau x lý đ t o tínự ể
hi u theo nh yêu c u s xu t tín hi u ngõ tín hi u tệ ầ ẽ ấ ệ ệ ương t ự
M t ví d đ n gi n cho h th ng x lý tộ ụ ả ệ ố ương t Âm-li,đây b khu ch đ i tínự ộ ế
hi u,tín hi u âm t Mi-crơ vào tín hi u tệ ệ ệ ương t ,b Âm-li s l c b nh ngự ộ ẽ ọ ỏ ữ
thành ph n tín hi u d th a sau khu ch đ i tín hi u lên m c c n thi t xu t tínầ ệ ế ệ ứ ầ ế ấ
hi u loa(tín hi u tệ ệ ương t ).ự
X lý s (DSP:Digital Signal Processing):ử ố
M tộ
hệ
th ngố
x lýử
số
mô t theo ả Hình v 1.2ẽ :tín hi u vào đ x lý trệ ể ước đ a vào b x lý tín hi u s sư ộ ệ ố ẽ
Hình v 1.1ẽ
(2)được đ a qua kh i chuy n đ i tư ố ể ổ ương t - s (Kh i bi n đ i tín hi u tự ố ố ế ổ ệ ương t sang tínự
hi u s ).Tín hi u sau đệ ố ệ ược x lý b i b x lý tín hi u s s đử ộ ệ ố ẽ ược đ a qua kh iư ố
chuy n đ i s - tể ổ ố ương t (Kh i bi n đ i tín hi u s sang tín hi u tự ố ế ổ ệ ố ệ ương t ) đ có đự ể ược tín hi u theo nhu c u(là tín hi u tệ ầ ệ ương t ).ự
M t ví d đ n gi n cho h th ng x lý s thành ph n x lý âm máyộ ụ ả ệ ố ố ầ
tính(Sound Card),Hình v 1.3ẽ ,tín hi u vào t ngõ vào c a ệ ủ Sound Card tín hi u tệ ương t ,trên ự Sound card có vi m ch chuy n đ i tín hi u tạ ể ổ ệ ương t sang tínự
hi u s nh chuy n đ i tín hi u s sang tín hi u tệ ố ể ổ ệ ố ệ ương t Ngồi ự Sound Card có thành ph n x lý vi m ch x lý tín hi u s (DSP),thành ph n ti pầ ử ệ ố ầ ế
nh n tín hi u s t b chuy n đ i tín hi u tậ ệ ố ộ ể ổ ệ ương t sang tín hi u s ,x lý tín hi u ệ ố ệ ố
này theo yêu c u sau xu t tín hi u ra(tín hi u s ) cho b chuy n đ i tín hi u s sangầ ấ ệ ệ ố ộ ể ổ ệ ố
tín hi u tệ ương t ự
1.2CÁC THÀNH PH N C B N C A H T NG X LÝ S TÍN HI UẦ Ơ Ả Ủ Ệ Ố Ử Ố Ệ
S đ kh i t ng quát m t h th ng x lý s tín hi uơ ồ ố ổ ộ ệ ố ứ ố ệ nh Hình v 1.4:ư ẽ
B ti n l c(ộ ề ọ Pre-Filter hay Anti-Alias-Flter):là b l c thông th p(ộ ọ ấ LPF:Low
Pass Filter),dùng đ gi i h n ph tín hi u trể ổ ệ ước đ a vào b bi n đ i A/D(chuy nư ộ ế ổ ể
đ i tín hi u tổ ệ ương t sang tín hi u s ),cơng d ng c aự ệ ố ụ ủ
ti n l c l c b nh ng thành ph n tín hi u dề ọ ọ ỏ ữ ầ ệ
th a(tín hi u khơng mong mu n),nh m tránh hi nừ ệ ố ằ ệ
tượng ch ng l n ph (ồ ấ ổ Aliasing) c a trình chuy nủ ể đ iổ
tín hi u tệ ương t sang tín hi u s ự ệ ố
Ví d trình x lý tho i(khác v i trình x lý Audio),t n s l y m u choụ ử ầ ố ấ ẫ
quá trình s hóa tín hi u tho i 8Khz,do trố ệ ước s hóa tín hi u tho i đố ệ ược đ aư
qua b ti n l c m ch l c thơng th p có băng thơng t 0Khz đ n 4Khz nh m lo i ề ọ ọ ấ ế ằ ỏ
t t c thành ph n có t n s l n h n 4Khz(trong truy n thông tho i ta ch c n thànhấ ả ầ ầ ố ề ỉ ầ
ph n t n s t 0Khz đ n 4Khz nghe hi u,khác v i x lý Audio ta ph i gi nguyênầ ầ ố ề ể ả ữ
thành ph n t n s âm đ âm nghe đầ ầ ố ể ược trung th c).ự
(3) B h u l c(ộ ậ ọ Post Filter hay Reconstruction Filter):cũng b l c thôngộ ọ th p,nh ng công d ng c a b h u l c l c b thành ph n ph nh(Do trìnhấ ụ ủ ộ ậ ọ ọ ỏ ầ ổ ả
l y m u t o ra:khi bi u di n mi n t n s ,ph c a tín hi u sau q trình l y m uấ ẫ ể ễ ề ầ ố ổ ủ ệ ấ ẫ
chính ph c a tín hi u trổ ủ ệ ước l y m u đấ ẫ ượ ặc l p tu n hoàn v i chu kì l p b ng v iầ ặ ằ
chu kì l y m u).ấ ẫ
ADC(Analog Digital Convert): kh i chuy n đ i tín hi u tố ể ổ ệ ương t sang tín hi uự ệ s ,g m có ba bố ước x lý l y m u,lử ấ ẫ ượng t mã hóa.ử
DAC(Digital Analog Convert):Kh i chuy n đ i tín hi u s sang tín hi uố ể ổ ệ ố ệ tương t ự
S dĩ h th ng x lý tín hi u s có hai kh i ADC DAC ngu n tín hi uở ệ ố ệ ố ố ệ
ngu n g c ban đ u đ u tín hi u tồ ố ầ ề ệ ương t ự
Ví d nh q trình x lý âm thanh,âm sau qua thi t b Mi-Crô sụ ế ị ẽ
đượ ạc t o m t tín hi u tộ ệ ương ng tín hi u tín hi u tứ ệ ệ ương t ự
Nhân c a h th ng x lý tín hi u s kh i DSP,kh i ti p nh n tín hi u s tủ ệ ố ệ ố ố ố ế ậ ệ ố
kh i ADC(kh i chuy n đ i tín hi u tố ố ể ổ ệ ương t sang tín hi u s ) x lý theo yêu c u vàự ệ ố ầ
xu t tín hi u s đ n kh i DAC đ khôi ph c l i tín hi u tấ ệ ố ế ố ể ụ ệ ương t theo mong mu n.ự ố
1.3PHÂN LO I CÁC HO T Đ NG X LÝ S TÍN HI UẠ Ạ Ộ Ử Ố Ệ
1.3.1Phân tích tín hi u:ệ
Phân tích tín hi u q trình x lý tín hi u liên quan đ n lĩnh v c nh đoệ ệ ế ự
lường,quan sát tính ch t c a tín hi u.ấ ủ ệ
Ví d nh ta mu n đo đ m khơng khí,q trình đụ ố ộ ẩ ược ti n hành nh sau:quaế
b c m bi n đ m,đ m độ ả ế ộ ẩ ộ ẩ ươ ảc c m bi n thành m t tín hi u n tế ộ ệ ệ ương ng,b x lýứ ộ
tín hi u s phân tích tín hi u n tệ ẽ ệ ệ ương ng hi n th hình s đo đ mứ ể ị ố ộ ẩ
tương ng.Ho c ho t đ ng d báo th i ti t,trung tâm x lý d li u liên t c c pứ ặ ộ ự ế ữ ệ ụ ậ
nh t hình nh g i v t v tinh,trung tâm s phân tích tín hi u hình nh nàyậ ả ề ệ ẽ ệ ả
và d a vào k t qu phân tích trung tâm s đ a d báo v th i ti t,bão…ự ế ả ẽ ư ề ế
Ngoài vi c phân tích tín hi u giúp ti p c n v i vi c x lý tín hi u trongệ ệ ế ậ ệ ệ
mi n t n s ,t đ a ầ ố ướng x lý tín hi u m t cách hi u qu nh t.ử ệ ộ ệ ả ấ
Ngày vi c phân tích tín hi u cơng c h tr r t l n cho nhi u lĩnh v c k thu tệ ệ ụ ổ ợ ấ ề ự ỹ ậ
khác nh y h c,khoa h c hình s ,vi n thơng,đi n t ,khai thác tài nguyên,giao thôngư ọ ọ ự ễ ệ
v n t i,đo lậ ả ường…
(4)Trong hình v A bi u di n m t tín hi u u hịa(Cosine) có t n s 1000Hz trongẽ ể ễ ộ ệ ề ầ ố
mi n th i gian,hình v B bi u di n tín hi u u hịa 1000Hz mi n t n s quaề ẽ ể ễ ệ ề ề ầ ố
vi c phân tích ph (ệ ổ Phân tích Fourier),hình v C bi u di n m t tín hi u g m hai thànhẽ ể ễ ộ ệ
ph n t n s 1000Hz 3000Hz mi n th i gian,nhìn vào hình v C ta khơng phânầ ầ ố ề ẽ
bi t đệ ược hai thành ph n 1000Hz 3000Hz,nh ng quan sát hình v D ta s phânầ ẽ ẽ
bi t đệ ược rõ ràng hai thành ph n 1000Hz 3000Hz.Hình v D bi u di n c a tín hi uầ ẽ ể ễ ủ ệ
g m hai thành ph n 1000Hz 3000Hz mi n t n s qua vi c phân tích ph c a tínồ ầ ề ầ ố ệ ổ ủ
hi u này(Phân tích ph h c môn h c Lý thuy t tín hi u).ệ ổ ọ ọ ế ệ
1.3.2L c tín hi uọ ệ
L c m t ho t đ ng x lý tín hi u nh m lo i b nh ng thành ph n tín hi u khơngọ ộ ộ ệ ằ ỏ ữ ầ ệ
mong mu n.Nh ng thành ph n tín hi u khơng mong mu n thành ph n tín hi u dố ữ ầ ệ ố ầ ệ
th a(Khơng c n s d ng),các thành ph n tín hi u nhi u thành ph n tín hi uừ ầ ụ ầ ệ ễ ầ ệ
được phát sinh trình x lý tín hi u.Ho t đ ng x lý tín hi u đ lo i b nh ngử ệ ộ ệ ể ỏ ữ
tín hi u không mong mu n l c(ệ ố ọ Filter)
M t ví d đ n gi n x lý tho i,tín hi u âm ngộ ụ ả ệ ười phát có t n sầ ố
t vài Hz đ n vài ch c Khz,tai ngừ ế ụ ười bình thường nghe tín hi u âm thanhệ
t vài Hz đ n vài ch c Khz.Nh ng x lý tho i ch c n tín hi u âm t vàiừ ế ụ ỉ ầ ệ
Hz đ n vài Khz tai ngế ười có th nghe hi u để ể ược(Phân bi t đệ ược gi a âm),doữ
đó thành ph n tín hi u âm có t n s l n h n vài Khz thành ph n tín hi uầ ệ ầ ố ầ ệ
không mong mu n(D th a),trong x lý tho i thành ph n s b lo i b tông quaố ầ ẽ ị ỏ
các x lý l c(LPF:L c thông th p).ử ọ ọ ấ
Hình v 1.6 cho th y rõ ho t đ ng l c x lý tín hi u,phía tínẽ ấ ộ ọ ệ
hi u c n thu l n tín hi u nhi u,đ lo i b thành ph n nhi u,ta cho tín hi u (có l nệ ầ ẫ ệ ễ ể ỏ ầ ễ ệ ẫ
nhi u) qua m t m ch l c,qua m ch l c tín hi u mong mu n khơng b suy hao(biên đễ ộ ọ ọ ệ ố ị ộ
gi nguyên),thành ph n tín hi u nhi u s b ngăn l i(Biên đ tín hi u nhi u b gi m đi-ữ ầ ệ ễ ẽ ị ộ ệ ễ ị ả
(5)1.4 U ĐI M C A H TH NG X LÝ SƯ Ể Ủ Ệ Ố Ử Ố
Ngày x lý s tín hi u tr thành m t công ngh tiên ti n,h tr cho khoaử ố ệ ở ộ ệ ế ổ ợ
h c k thu t c a th k 21,th k c a công ngh thông tin s X lý s tín hi uọ ỹ ậ ủ ế ỹ ế ỹ ủ ệ ố ử ố ệ
đã làm thay đ i có tính ch t cách m ng nhi u lĩnh v c nh :vi nổ ấ ạ ề ự ư ễ
thông,y sinh h c,thiên văn h c,cơng ngh thăm dị khai thác khoáng s n,khoa h cọ ọ ệ ả ọ
hình s …ự
T i DSP(Digital Signal Processing) l i đạ ạ ược áp d ng r ng rãi sâu r ngụ ộ ộ
trong nhi u lĩnh v c k thu t,công ngh ?B i x lý s tín hi u có nhi u u mề ự ỹ ậ ệ ở ử ố ệ ề ư ể
h n so v i x lý tơ ớ ử ương t DSP toán h c,là thu t toán,là k thu t đự ọ ậ ỹ ậ ược sử
d ng đ bi n đ i tín hi u,phân tích tín hi u,x lý tín hi u…Vai trị DSP thụ ể ế ổ ệ ệ ử ệ ế
k 21 gi ng nh cu c cách m ng v n t nh ng năm 80 c a th k trỷ ố ư ộ ạ ề ệ ở ữ ủ ế ỷ ước. Công ngh ph n c ng công ngh ph n m m DSP phát tri n vệ ầ ứ ệ ầ ề ể ượ ật b c,nó th aỏ
mãn nhu nhu c u x lý tín hi u đa d ng ph c t p DSP m t công ngh vàầ ử ệ ạ ứ ạ ộ ệ
là c u n i nhi u lĩnh v c công ngh l i v i nh công ngh gi i trí,thơng tinầ ố ề ự ệ ớ ư ệ ả
liên l c,khai thác thám hi m không gian,y h c,kh o c h c…ạ ể ọ ả ổ ọ
Các u m c a phư ể ủ ương pháp x lý s tín hi u so v i phử ố ệ ớ ương pháp x lýử
tương t :ự
Đáp ng đứ ược yêu c u x lý ph c t p,linh ho t,m m d o.ầ ử ứ ạ ạ ề ẻ Kh x lý n đ nh.ả ử ổ ị
Có th phát tri n dùng ph n m m ch y PC.ể ể ầ ề ạ D dàng hi u ch nh th i gian th c.ễ ệ ỉ ờ ự
Tín hi u s thu n l i vi c l u tr ,truy n thông.ệ ố ậ ợ ệ ư ữ ề
(6)Gi i: ả
Tìm zck, h có zệ c1=1/2 + j1/2, zc1=1/2- j1/2
Đây m c c n m vòng tròn đ n v v y h th ng nhân qu cho n đ nh.ể ự ằ ị ậ ệ ố ả ổ ị
Ví d 20:ụ
H th ng LTI có hàm truy n nh sau: ệ ố ề
Tìmđáp ng xung nhân qu c a h th ng xét tính nhân qu tứ ả ủ ệ ố ả ương ng c a h th ngứ ủ ệ ố
Gi i:ả
Phân tích hàm truy n H(z) ta có: ề
H(z) có hai c c t i z = 1/2 z = Do đó, đ th a u ki n nhân qu ự ể ỏ ề ệ ả ROC: |z|>3 Đáp ng xung c a h th ng:ứ ủ ệ ố
Lúc này, h th ng s không n đ nh ROC khơng ch a vịng trịn đ n v ệ ố ẽ ổ ị ứ ị
BÀI T P CHẬ ƯƠNG
BI N Đ I ZẾ Ổ
1
3 ( )
1 3.5 1.5
z H z z z − − − − = − +
1 1
3
( )
1 3.5 1.5 0.5
z H z
z z z z
− − − − − − = = − − + − − 1
( ) ( ) 2.3 ( ) 2
n
n h n =� �� �u n + u n
(7)TÀI LI U THAM KH OỆ Ả