intTypePromotion=3

Bài giảng Xử lý số tín hiệu: Chương 2 - TS. Chế Viết Nhật Anh

Chia sẻ: Nguyen Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

0
4
lượt xem
0
download

Bài giảng Xử lý số tín hiệu: Chương 2 - TS. Chế Viết Nhật Anh

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Xử lý số tín hiệu - Chương 2 trình bày các nội dung: Lấy mẫu, lý thuyết lấy mẫu, Aliasing, bộ tiền lọc chống Aliasing, phục hồi tín hiệu tương tự, thay đổi tốc độ lấy mẫu, các thành phần cơ bản của hệ thống DSP,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Xử lý số tín hiệu: Chương 2 - TS. Chế Viết Nhật Anh

  1. 9/4/2012 Nội dung trình bày 1. Lấy mẫu 2. Lý thuyết lấy mẫu 3. Aliasing XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing Digital Signal Processing 5. Phục hồi tín hiệu tương tự 6. Thay đổi tốc độ lấy mẫu 7. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP 8. Bài tập 1 XLSTH - CVNA - Tuần 34 2 Nội dung trình bày Lấy mẫu (1) Hệ thống DSP 1. Lấy mẫu 2. Lý thuyết lấy mẫu Bộ biến 3. Aliasing đổi A/D 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing Lấy mẫu: Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự 5. Phục hồi tín hiệu tương tự sang tín hiệu rời rạc. = ≜ | 6. Thanh đổi tốc độ lấy mẫu : Chu kỳ lấy mẫu (s, ms,…) 7. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP : Tần số lấy mẫu, 1/ (Hz, KHz,…) 8. Bài tập XLSTH - CVNA - Tuần 34 3 XLSTH - CVNA - Tuần 34 4 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  2. 9/4/2012 Lấy mẫu (2) Lấy mẫu (3) = 6 o Vd: Một bánh xe có gắn con ruồi được điều khiển để quay ngược chiều kim đồng hồ với tần = 7 số = , , , , , , Hz (vòng/s). Cứ mỗi 1/8s, một người mở mắt để quan sát con ruồi. Xem = 8 xét hiện tượng. = 9 = 1 = 2 o Vd: Lấy mẫu tín hiệu hình sine: = cos 2 . Tìm ? = 4 o = | =cos 2 = cos 2 = cos 2 XLSTH - CVNA - Tuần 34 5 XLSTH - CVNA - Tuần 34 6 Lấy mẫu (4) Lấy mẫu (5) o Nếu = , = / , o Lấy mẫu tín hiệu hình sine: = cos (2 ) 1 1 o Nếu = + ∈ , = / 0 .8 =4 0.8 0 .6 0.6 =2 o =8 0 .4 0 .2 0.4 0.2 0 0 -0 . 2 -0 . 2 -0 . 4 -0 . 4 1 1 -0 . 6 -0 . 6 -0 . 8 -0 . 8 -1 -1 0 0.2 0.4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2 0 0.2 0.4 0 .6 0 .8 1 1.2 1.4 1 .6 1 .8 2 0.5 0.5 -3 -3 1 x 10 1 x 10 0 .8 0 .8 0 0 0 .6 0 .6 0 .4 0 .4 0 .2 0 .2 -0.5 -0.5 0 0 -0 . 2 - 0 .2 -1 - 0 .4 -1 -0 . 4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -3 - 0 .6 -3 -0 . 6 x 10 x 10 - 0 .8 -0 . 8 -1 -1 0 0.5 1 1 .5 XLSTH - CVNA - Tuần 34 7 0 0 .2 0 .4 0.6 0.8 1 1 .2 1.4 XLSTH1-. 8CVNA - Tuần 1.6 34 8 -3 -3 x 10 x 10 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  3. 9/4/2012 Lấy mẫu (6) Lấy mẫu (7) o Câu hỏi ???: o Giải pháp: So sánh tín hiệu khôi phục từ mẫu 1. Ảnh hưởng của quá trình lấy mẫu đến thông tin ( ) và tín hiệu gốc ( ) chứa trong tín hiệu gốc ( )? o Tín hiệu lấy mẫu: = …, − ,…, ,…, ,… 2. Khoảng cách lấy mẫu bao nhiêu là đủ? 3. Từ các mẫu đo được, xác định điều kiện để tín hiệu tương tự khôi phục giống tín hiệu gốc? signal 3 ( ) ???? ( )???? ( ) XLSTH - CVNA - Tuần 34 9 XLSTH - CVNA - Tuần 34 10 Lấy mẫu (8) Lấy mẫu (9) o Giá trị của hàm ( ) ? ? ? ( ) ( ) 1 0 0 o Để đơn giản chọn ( )= ( ) ( ) ⇒ = − = ( ) = ( − ) XLSTH - CVNA - Tuần 34 11 XLSTH - CVNA - Tuần 34 12 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  4. 9/4/2012 Lấy mẫu (10) Lấy mẫu (11) o Tìm phổ ( ) của o Biến đổi Fourier rời rạc thời gian (DTFT): Cho o PP1: tín hiệu rời rạc , = −∞, … , +∞. Tần số số ( )≜ ( ) o PP2: FT của : = = = | / XLSTH - CVNA - Tuần 34 13 XLSTH - CVNA - Tuần 34 14 Lấy mẫu (12) Lấy mẫu (13) o = | / - Bộ lọc thông thấp lý tưởng - Chỉ lấy các thành phần tần số trong khoảng Nyquist, loại bỏ tất cả các tần số ngoài khoảng này. XLSTH - CVNA - Tuần 34 15 XLSTH - CVNA - Tuần 34 16 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  5. 9/4/2012 Lấy mẫu (14) Nội dung trình bày 1. Lấy mẫu 2. Lý thuyết lấy mẫu 3. Aliasing 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing 5. Khôi phục tín hiệu tương tự 6. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP 7. Bài tập = nếu >2 = nếu >2 XLSTH - CVNA - Tuần 34 17 XLSTH - CVNA - Tuần 34 18 Định lý lấy mẫu(*) (1) Định lý lấy mẫu(*) (2) o tín hiệu tương tự, có tần số cao nhất . Tín hiệu có thể được khôi phục một cách duy nhất từ các mẫu của nó nếu quá trình lấy mẫy được thực hiện với tần số ≥ 2 ( = ≥ 2 ), ≤ . : Tốc độ Nyquist /2 : Tần số Nyquist, tần số gấp [− /2, /2]: Khoảng Nyquist Khoảng Nyquist Tốc độ Nyquist = ( + ) ≥ ≥ { ,…, } Tần số Nyquist (*) Nyquist–Shannon XLSTH - CVNA - Tuần 34 19 XLSTH - CVNA - Tuần 34 20 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  6. 9/4/2012 Định lý lấy mẫu(*) (3) Nội dung trình bày o Vd: Lấy mẫu tín hiệu hình sine: = cos 2 . 1. Lấy mẫu o = | =cos 2 = cos 2. Lý thuyết lấy mẫu = cos 2 = cos 2 ℱ = cos Ω 3. Aliasing o Mối liên hệ giữa tần số và tần số chuẩn hóa ℱ 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing Tín hiệu tương tự Tín hiệu rời rạc 5. Khôi phục tín hiệu tương tự =2 Ω =2 ℱ Radians/sec cycles/second, Hz Radians/sample cycles/sample 6. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP - ∞ < < + ∞ Ω = − ≤Ω ≤ 7. Bài tập -∞< < +∞ ℱ = / −1/2 ≤ ℱ ≤ 1/2 − / ≤ ≤ / =Ω / −ℱ /2 ≤ ≤ ℱ /2 = ℱ XLSTH - CVNA - Tuần 34 21 XLSTH - CVNA - Tuần 34 22 Aliasing (1) Aliasing (2) o Điều gì xảy ra đối với tín hiệu khôi phục nếu tín hiệu có thành phần tần số > / hay > / o Vd: = = , ??? XLSTH - CVNA - Tuần 34 23 XLSTH - CVNA - Tuần 34 24 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  7. 9/4/2012 Aliasing (3) Aliasing (4) XLSTH - CVNA - Tuần 34 25 XLSTH - CVNA - Tuần 34 26 Aliasing (5) Aliasing (6) o C/m = , với được tính như sau: XLSTH - CVNA - Tuần 34 27 XLSTH - CVNA - Tuần 34 28 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  8. 9/4/2012 Aliasing (7) Aliasing (8) XLSTH - CVNA - Tuần 34 29 XLSTH - CVNA - Tuần 34 30 Aliasing (9) Aliasing (10) XLSTH - CVNA - Tuần 34 31 XLSTH - CVNA - Tuần 34 32 8 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  9. 9/4/2012 Aliasing (11) Aliasing (12) o Vd: Tín hiệu tuần hoàn với chu kỳ bằng 0.1 ms. Tín hiệu o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định ) được lấy mẫu với tần số 44 kHz. Tính tần số alias của 8 hài đầu tiên. Harmonic Alias 10 KHz 20 KHz 30 KHz 40 KHz 50 KHz 60 KHz 70 KHz 80 KHz XLSTH - CVNA - Tuần 34 33 XLSTH - CVNA - Tuần 34 34 Aliasing (13) Aliasing (14) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định ) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định ) XLSTH - CVNA - Tuần 34 35 XLSTH - CVNA - Tuần 34 36 9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  10. 9/4/2012 Aliasing (15) Aliasing (16) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định ) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định băng thông) XLSTH - CVNA - Tuần 34 37 XLSTH - CVNA - Tuần 34 38 Aliasing (17) Aliasing (18) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định băng thông) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định băng thông) XLSTH - CVNA - Tuần 34 39 XLSTH - CVNA - Tuần 34 40 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  11. 9/4/2012 Aliasing (19) Aliasing (20) o Tín hiệu có băng thông giới hạn (cố định băng thông) o Tần số lấy mẫu trong một số lĩnh vực Lĩnh vực ứng dụng Fmax fmin Địa vật lý 500 Hz 1 KHz Y sinh học 1 KHz 2 KHz Y tế 2 KHz 4 KHz Thoại 4 KHz 8 KHz Voip 8 KHz 16 KHz Audio 20 KHz 40 KHz Blu-ray, HD-DVD 48 KHz 96 KHz Video 4 MHz 8 MHz ... ... ... XLSTH - CVNA - Tuần 34 41 XLSTH - CVNA - Tuần 34 42 Aliasing (21) Aliasing (22) o Demo: o Vd: Cho tín hiệu tương tự: o Hình ảnh: = ( ) + + o Ảnh hưởng của tần số lấy mẫu: a) Tần số Nyquist của tín hiệu? o Phổ của hình ảnh: b) Fs = 5000 mẫu/s (Hz), tín hiệu rời rạc ( )? o Âm thanh c) Tín hiệu khôi phục tương tự từ tín hiệu mẫu ở câu b, nếu ta sử dụng bộ nội suy lý tưởng? Âm thanh Tần số lấy mẫu Thứ 1 2 KHz Thứ 1 44.1 KHz Thứ 2 4 KHz Thứ 2 44.1 KHz XLSTH - CVNA - Tuần 34 43 XLSTH - CVNA - Tuần 34 44 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  12. 9/4/2012 Nội dung trình bày Bộ tiền lọc chống Aliasing (1) 1. Lấy mẫu o Để tránh hiện tượng aliasing, tách (lọc) các 2. Lý thuyết lấy mẫu thành phần tần số bị alias trước khi lấy mẫu 3. Aliasing 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing 5. Khôi phục tín hiệu tương tự 6. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP 7. Bài tập XLSTH - CVNA - Tuần 34 45 XLSTH - CVNA - Tuần 34 46 Bộ tiền lọc chống Aliasing (2) Bộ tiền lọc chống Aliasing (3) o Bộ lọc tiền lọc lý tưởng o Bộ lọc tiền lọc lý tưởng o Hoạt động giống bộ lọc thông thấp lý tưởng XLSTH - CVNA - Tuần 34 47 XLSTH - CVNA - Tuần 34 48 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  13. 9/4/2012 Bộ tiền lọc chống Aliasing (4) Bộ tiền lọc chống Aliasing (5) o Bộ lọc tiền lọc lý tưởng o Bộ lọc tiền lọc lý tưởng XLSTH - CVNA - Tuần 34 49 XLSTH - CVNA - Tuần 34 50 Bộ tiền lọc chống Aliasing (6) Bộ tiền lọc chống Aliasing (7) o Bộ lọc tiền lọc lý tưởng o Bộ tiền lọc thực tế XLSTH - CVNA - Tuần 34 51 XLSTH - CVNA - Tuần 34 52 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  14. 9/4/2012 Bộ tiền lọc chống Aliasing (8) Bộ tiền lọc chống Aliasing (9) o Bộ tiền lọc thực tế o Bộ tiền lọc thực tế: o Dải thông [− , ](băng thông hay dải thông o Yêu cầu: ??? hữu ích), phải nhỏ hơn dải Nyquist, ≤ / . o Đáp ứng của bộ lọc trong băng thông phải thật phẳng. XLSTH - CVNA - Tuần 34 53 XLSTH - CVNA - Tuần 34 54 Bộ tiền lọc chống Aliasing (10) Bộ tiền lọc chống Aliasing (11) o Bộ tiền lọc thực tế lọc thực tế o Bộ tiền lọc thực tế lọc thực tế o Tần số dải chắn và độ suy hao dải chắn nhỏ nhất phải được lựa chọn hợp lý để hiện tượng alias xảy ra ở mức độ không đáng kể. = − , − = − o Suy hao của bộ lọc khi tần số tăng lên gấp 10 lần: ≜ −20 |( ( )/( ( )| dB o Bộ lọc tương tự bậc N, cạnh xuống đáp ứng biên độ: 1/fN, suy hao có dạng: = −20 = 20 = dB XLSTH - CVNA - Tuần 34 55 XLSTH - CVNA - Tuần 34 56 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  15. 9/4/2012 Bộ tiền lọc chống Aliasing (12) Bộ tiền lọc chống Aliasing (13) o Bộ tiền lọc thực tế o Bộ tiền lọc thực tế o (dB/decade): độ suy hao khi f tăng lên 10 lần. o Vd: là bộ lọc có dạng sau: ≜ 10 − = 20 o (dB/octave): độ suy hao khi f tăng lên 2 lần: ≜ 2 − =6 o Tính | | tại o Độ suy hao có dạng (KHz) | | ≜ = =6 dB 5 = 2 15 25 = 30 = + 45 =− | / | 62.5 XLSTH - CVNA - Tuần 34 57 XLSTH - CVNA - Tuần 34 58 Nội dung trình bày Phục hồi tín hiệu tương tự (1) 1. Lấy mẫu 2. Lý thuyết lấy mẫu 3. Aliasing 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing 5. Phục hồi tín hiệu tương tự 6. Thanh đổi tốc độ lấy mẫu 7. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP 8. Bài tập XLSTH - CVNA - Tuần 34 59 XLSTH - CVNA - Tuần 34 60 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  16. 9/4/2012 Phục hồi tín hiệu tương tự (2) Phục hồi tín hiệu tương tự (3) o Bộ khôi phục lý tưởng o Bộ khôi phục lý tưởng o ( ): tín hiệu băng thông giới hạn. o Đáp ứng xung của bộ lọc ℎ( ): o Đáp ứng tần số của bộ lọc : o Phổ tín hiệu khôi phục XLSTH - CVNA - Tuần 34 61 XLSTH - CVNA - Tuần 34 62 Phục hồi tín hiệu tương tự (4) Phục hồi tín hiệu tương tự (5) o Bộ khôi phục lý tưởng o Bộ khôi phục bậc thang o Tín hiệu khôi phục ( ) o Đáp ứng tần số: sin ( ( − / )) = ( ) ( − / ) o Bộ khôi phục bậc thang o Đáp ứng xung o Suy hao của bộ lọc bậc thang tại /2 XLSTH - CVNA - Tuần 34 63 XLSTH - CVNA - Tuần 34 64 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  17. 9/4/2012 Phục hồi tín hiệu tương tự (6) Phục hồi tín hiệu tương tự (7) o Bộ khôi phục bậc thang o Anti-Image Postfilters o Phổ tín hiệu phục hồi: XLSTH - CVNA - Tuần 34 65 XLSTH - CVNA - Tuần 34 66 Phục hồi tín hiệu tương tự (8) Phục hồi tín hiệu tương tự (9) o Anti-Image Postfilters o Anti-Image Postfilters o Lắp thêm bộ cân bằng số với mong muốn = ( ) 1 = ≈ 1 , ∈ − /2, /2 ⇒ = / 67 68 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  18. 9/4/2012 Nội dung trình bày Thay đổi tốc độ lấy mẫu (1) 1. Lấy mẫu o Cho một tín hiệu số bất kỳ (tiếng nói, hình ảnh, 2. Lý thuyết lấy mẫu audio, video), chúng ta muốn thay đổi tần số lấy 3. Aliasing mẫu của nó mà không phải khôi phục lại tín hiệu rồi lại lấy mẫu? 4. Bộ tiền lọc chống Aliasing 5. Phục hồi tín hiệu tương tự 6. Thay đổi tốc độ lấy mẫu o Down sampling: Giảm tốc độ lấy mẫu 7. Các thành phần cơ bản của hệ thống DSP o Up sampling: Tăng tốc độ lấy mẫu. 8. Bài tập o Combination XLSTH - CVNA - Tuần 34 69 XLSTH - CVNA - Tuần 34 70 Thay đổi tốc độ lấy mẫu (2) Down sampling (1) o Ứng dụng: o Vd: Cho chuỗi x1(n) = {1, 3, 4, 7, 8, 9, 13, 15…}, • Cần thiết để hiện thị ảnh khi kích thước ảnh hiển thị khác ảnh gốc. x2(n) = x1(Mn), M=2. • Cần thiết để biết để chuyển tiếng nói, audio, hình ảnh, video từ định dạng này sang định dạng khác (wma -> mp3, avi -> mp4,…). • Giảm tốc độ lấy mẫu để giảm tốc độ dữ liệu. • …. o Kq: x2(n) ={1,4,8,13,…} XLSTH - CVNA - Tuần 34 71 XLSTH - CVNA - Tuần 34 72 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  19. 9/4/2012 Down sampling (2) Down sampling (3) o Nguyên lý: o Lấy mỗi M mẫu từ chuỗi tín hiệu gốc. o Xử dụng bộ lọc thông thấp để giới hạn băng thông tín hiệu gốc xuống 1/M lần tín hiệu gốc o Nếu không sử dụng bộ lọc, alias xuất hiện ở tín hiệu giảm lấy mẫu. o Bộ lọc lý tưởng: Bộ lọc thông thấp với tần số cắt tại Fs/2M M = N, xp(n) = xd(n) M = N, xp(n) = xd(n) XLSTH - CVNA - Tuần 34 73 XLSTH - CVNA - Tuần 34 74 Down sampling (4) Down sampling (5) M = N, xp(n) = xd(n) M = N, xp(n) = xd(n) XLSTH - CVNA - Tuần 34 75 XLSTH - CVNA - Tuần 34 76 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
  20. 9/4/2012 Down sampling (6) Down sampling (7) M = N, xp(n) = xd(n) M = N, xp(n) = xd(n) XLSTH - CVNA - Tuần 34 77 XLSTH - CVNA - Tuần 34 78 Down sampling (8) Down sampling (9) M = N, xp(n) = xd(n) M = N, xp(n) = xd(n) XLSTH - CVNA - Tuần 34 79 XLSTH - CVNA - Tuần 34 80 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản