chương 1 xử lý tín hiệu số

Page: 1 Faculty Of Computer Engineering XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ GV: Ths.Bùi Thanh Hiếu Khoa KTMT Page: 2 Faculty Of Computer Engineering Đánh giá môn học Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên, thang điểm 10/10 (qui đổi theo tỷ lệ sau):  ĐIỂM QUÁ TRÌNH 30%  1. Thi giữa kỳ 20-30%  2. Bài tập nhóm (nếu có) 10%  ĐIỂM THI KẾT THÚC HỌC PHẦN 70% Page: 3 Faculty Of Computer Engineering Tài liệu tham khảo  Bài giảng XLTHS, Bùi Thanh Hiếu _ Khoa KTMT  Xử lý tín hiệu và lọc số,tập 1, Nguyễn Quốc Trung, nhà xuất bản KHKT, 2001  Thực hành xử lý số tín hiệu trên máy tính PC, Hồ Văn Sung, nhà xuất bản KHKT, 2005  Bài tập xử lý tín hiệu số, Tống Văn On  Digital signal processing laboratory using Matlab, Sanjit K. Mitra, McGraw-Hill  Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications, John G.Proakis, Dimitris G. Manolakis, 3rd Prentice Hall. Page: 4 Faculty Of Computer Engineering Chương trình giảng dạy Chương 1 Giới thiệu tổng quan Chương 2 Tín hiệu và hệ thống rời rạc Chương 3 Biến đổi Z và ứng dụng trong hệ LTI Chương 4 Tín hiệu và hệ thống LTI trong miền tần số Chương 5 Phép biến đổi Fourier rời rạc và ứng dụng Nội dung Page: 5 Faculty Of Computer Engineering Chương 1: Tổng quan Khái niệm tín hiệu, xử lý tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu Các ưu điểm của phương pháp xử lý tín hiệu số Các lĩnh vực ứng dụng Chuyển đổi A/D Chuyển đổi D/A Nội dung chính: Page: 6 Faculty Of Computer Engineering Khái niệm: • Tín hiệu là biểu hiện vật lý của thông tin • Thông tin được biểu diễn có thể là tiếng nói, hình ảnh, chữ viết, dữ liệu v.v… • Về mặt toán học tín hiệu được biểu diễn bởi hàm theo một hay nhiều biến độc lập. Ví dụ: Tín hiệu âm thanh s(t), tín hiệu ảnh I(x,y)… Phạm vi môn học chỉ tập trung nghiên cứu tín hiệu là hàm theo một biến độc lập (biến thời gian) 1.1. Tín hiệu Page: 7 Faculty Of Computer Engineering Tín hiệu Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc Tín hiệu tương tự Tín hiệu lượng tử hoá Tín hiệu lấy mẫu Tín hiệu số 1.1. Tín hiệu Phân loại tín hiệu Page: 8 Faculty Of Computer Engineering Tín hiệu tương tự (analog signal): thời gian (biến) liên tục, biên độ (hàm) liên tục. Tín hiệu lượng tử hoá (quantified signal): thời gian liên tục và biên độ rời rạc Tín hiệu lấy mẫu (sampled signal): thời gian rời rạc và biên độ liên tục. Tín hiệu số (digital signal): thời gian rời rạc và biên độ rời rạc. 1.1. Tín hiệu Page: 9 Faculty Of Computer Engineering 1.1. Tín hiệu Thời gian liên tục Thời gian rời rạc Biên độ liên tục Biên độ rời rạc x a (t) x s (n) x q (t) x d (n) Page: 10 Faculty Of Computer Engineering Xử lý tín hiệu: là quá trình thực hiện các tác động hay các phép toán lên tín hiệu nhằm đạt một mục đích nào đó. Ví dụ: lọc nhiễu, mã hoá, khuếch đại, điều chế tín hiệu… Hệ thống xử lý tín hiệu: là các mạch điện, các thiết bị hay hệ thống dùng để xử lý tín hiệu. 1.2. Xử lý tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu T T/h vào x T/h ra y Hệ xử lý tín hiệu thực hiện tác động lên tín hiệu theo một qui luật nhất định y = T[x] [...].. .1. 2 Xử lý tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu Phân loại các hệ thống xử lý tín hiệu T/h vào tương tự x(t) T/h ra tương tự y(t) Hệ thống tương tự T/h vào rời rạc x(n) T/h ra rời rạc y(n) Hệ thống rời rạc T/h ra số y(n) T/h vào số x(n) Hệ thống số Faculty Of Computer Engineering Page: 11 1. 2 Xử lý tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu Mô hình xử lý số tín hiệu trong thực tế xa (t... nTs = n/fs Dạng sóng tín hiệu liên tục x(t) = cos(2π 10 0t) Tín hiệu lấy mẫu , x[n] = x[nTs] = cos(2π 10 0nTs) với fs = 2kHz Faculty Of Computer Engineering Page: 18 Quan hệ giữa tần số của tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc Tần số của tín hiệu liên tục: F = 1/ T → x(t) = sin(2πFt), (Hz ) Tần số góc của tín hiệu liên tục: Ω = 2π/T → x(t) = sin(Ωt), (radian/s) Tần số góc của tín hiệu rời rạc: x(nTs)... Engineering Page: 23 Các trường hợp lấy mẫu Phổ tín hiệu liên tục Phổ tín hiệu rời rạc alising Faculty Of Computer Engineering Page: 24 Câu hỏi chương 1  Câu 1: Tại sao phải xử lý số? Nêu chức năng của các khối trong mô hình xử lý tín hiệu số  Câu 2: Trong thực tế có nên chọn tần số lấy mẫu quá thấp hay quá cao? Giải thích?  Câu 3: Cho tín hiệu liên tục: xa(t) = 3cos1000πt – 5cos2000 πt + 7sin4000 πt a Nếu... Conversion Faculty Of Computer Engineering Page: 12 1. 3 Ưu điểm của xử lý số Linh hoạt và mềm dẻo do xử lý bằng máy tính Độ chính xác cao Giảm được nhiễu Giảm dung lượng lưu trữ, tăng tốc độ truyền Dễ dàng lưu trữ Các bộ DSP được chế tạo hàng loạt, chất lượng xử lý đồng nhất và không thay đổi theo thời gian Faculty Of Computer Engineering Page: 13 1. 4 Ứng dụng  Xử lý ảnh: nhận dạng ảnh, cải thiện chất lượng... về hình ảnh  Xử lý tiếng nói: mã hoá, nhận dạng, tổng hợp tiếng nói, kỹ thuật âm thanh số MP3, MP4…  Viễn thông: xử lý tín hiệu thoại, hình, truyền dữ liệu, truyền hình số  Đo lường điều khiển: phân tích phổ, điều khiển vị trí và tốc độ  Quân sự: truyền thông bảo mật, xử lý tín hiệu rada, sonar…  Y học: điện não, điện tim, chụp X quang, CT… Faculty Of Computer Engineering Page: 14 1. 5 Chuyển đổi... x(nTs) = sin(ΩnTs) = sin(ωn) ~ ω =ΩTs, (radian/mẫu) Tần số của t/h rời rạc F f = fs (chu kỳ/mẫu) Faculty Of Computer Engineering Page: 19 1. 6 Chuyển đổi D/A Định lý khôi phục tín hiệu liên tục Nếu cho tín hiệu rời rạc đi qua một bộ lọc thông thấp với tần số cắt fc = fmax thì ở đầu ra ta sẽ nhận được tín hiệu liên tục ban đầu Đặt fmax = B, theo định lý lấy mẫu xa(t) có thể được khôi phục từ các mẫu x(nTs)... Engineering Page: 16 1. 5 Chuyển đổi A/D Định lý lấy mẫu Shannon: Một tín hiệu liên tục xa(t) có phổ hữu hạn với fmax là tần số cao nhất của phổ hoàn toàn có thể xác định bởi các giá trị rời rạc x(nTs) nếu Ts thoả mãn điều kiện: 1 Ts ≤ 2 f max ⇔ f s ≥ 2 f max fs = 2fmax : tần số Nyquist Faculty Of Computer Engineering Page: 17 1. 5 Chuyển đổi A/D Biểu thức toán học biểu diễn nội dung định lý lấy mẫu sin... Ts (t ) 1 δTs (t ) = Ts Phổ của tín hiệu liên tục: ∞ ∑e jk 2π t Ts k =−∞ X a (ω ) = ∞ x a (t )e − jωt dt ∫ −∞ Faculty Of Computer Engineering Page: 22 Phổ của tín hiệu rời rạc: X s (ω ) = ∞ ∫ x (t )δ a Ts (t )e − jω t −∞ 1 X s (ω ) = Ts 1 dt = Ts ∞ ∞ ∑ ∫ x (t )e k = −∞ − ∞ a ∞ ∑ X (ω − kω n = −∞ s − j (ω − k 2π )t Ts dt ) Kết luận: Phổ của tín hiệu rời rạc là sự xếp chồng tuần hoàn phổ của tín hiệu liên... lượng tử T/h số Lấy mẫu: rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian Lượng tử hoá: rời rạc hoá tín hiệu về mặt biên độ Mã hoá: thay thế các mẫu giá trị rời rạc bằng một dãy bit nhị phân Faculty Of Computer Engineering Page: 15 1. 5 Chuyển đổi A/D x(t) x(n) xq(n) t  nTs t t  nTs Ts 2Ts 3Ts… Lấy mẫu: Lượng tử hoá: - Chu kỳ lấy mẫu Ts - sai số lượng tử ε - Tần số lấy mẫu fs = 1/ Ts - ε = 0 →x(n) ~ t/h số Faculty... ∑ x a ( ) 2 B 2πB (t − n / 2 B ) n =−∞ Faculty Of Computer Engineering Page: 20 1. 6 Chuyển đổi D/A Bộ lọc thông thấp lý tưởng h(t) = sinc(2π Bt) x(t ) = ∑ x (nTs )h(t − nTs ) n Faculty Of Computer Engineering Page: 21 X a (ω ) = ∞ ∫x −∞ a (t )e − jωt dt 1. 6 Chuyển đổi D/A Phổ của tín hiệu rời rạc Xét về mặt toán học, tín hiệu lấy mẫu được biểu diễn x s (t ) = x(t ).δ Ts (t ) = ∑ x(nTs )δ (t − nTs ) . Engineering Tín hiệu Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc Tín hiệu tương tự Tín hiệu lượng tử hoá Tín hiệu lấy mẫu Tín hiệu số 1. 1. Tín hiệu Phân loại tín hiệu. chế tín hiệu Hệ thống xử lý tín hiệu: là các mạch điện, các thiết bị hay hệ thống dùng để xử lý tín hiệu. 1. 2. Xử lý tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu