Ths Nguyễn Thị Phương Thảo Email: thaont@tlu.edu.vn
BÀI GiẢNG XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ
Digital Signal Processing, 3rd ed. J.G. Proakis, and D.G. Manolakis Prentice Hall, 1996
Xử lý tín hiệu số
Nguyễn Quốc Trung – ĐH BKHN
Xử lý tín hiệu số
Quách Tuấn Ngọc
www.google.com
Sách tham khảo
Chương I. Giới thiệu Chương II. Tín hiệu và hệ thống Chương III. Biến đổi Z Chương IV. Biến đổi Fourier Chương V. Biến đổi DFT
Nội dung môn học
Điểm quá trình: bài tập về nhà, hoặc
bài tập lớn: (30%)
Kiểm tra cuối kỳ: (70%)
Kiểm tra đánh giá
Chương I. Giới thiệu
Đối tượng xử lý tín hiệu số
Tín hiệu (signal): tiếng nói, hình ảnh, âm thanh, âm nhạc, video, tín hiệu radar, tín hiệu, điện tim đồ,v.v…
Xử lý (Processing): các thao tác, phép toán tác động lên tín hiệu nhằm thu được thông tin mong muốn.
Xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing): phân tích, xử lý, tách thông tin tín hiệu (biểu diễn dưới dạng số)
Một số ứng dụng của lĩnh vực XLTHS
Xử lý ảnh
Xử lý tiếng nói/âm thanh Tổng hợp và nhận dạng
tiếng nói
Nhận dạng ảnh Nhận dạng vân tay Bản đồ vệ tinh (ứng dụng trong dự báo thời tiết)
Text to speech Speech to text Nhận dạng người nói Ứng dụng trong các hệ
Robot VN: Hệ thống tự động nhận
thống điều khiển
dạng xe vào ra PM nhận dạng văn bản (VnDoc) Viễn thông
VN: PM Điều khiển máy tính bằng giọng nói Vspeech PM nhận dạng tiếng nói VnVoice
Video conference Truyền số liệu
Chương I. Giới thiệu
1. Một số khái niệm 2. Phân loại tín hiệu 3. Hệ thống XLTH 4. Tổng kết
Tín hiệu: là một đại lượng vật lý biến đổi
theo thời gian, không gian…
Về mặt toán học, tín hiệu là 1 hàm của một
hay nhiều biến số độc lập.
Ví dụ: s1(t) = 5t
s2(t) = 2t2 + 6 s(x,y) = 3 + 2xy – 10y2
s1(t), s2(t): t/h 1 chiều s(x,y): t/h 2 chiều
1. Một số khái niệm
Hầu hết tín hiệu trong tự nhiên đều ở
dưới dạng tín hiệu tương tự.
Ví dụ trong thực tế:
Âm thanh, tiếng nói, Tín hiệu từ máy điện tâm đồ, điện não đồ Hình ảnh, video Dòng điện, điện áp …
1. Một số khái niệm
Phân loại tín hiệu
Tín hiệu liên tục Là hàm liên tục V của biến số liên tục t (thời gian, không gian, v.v…).VD: V(t)
Tín hiệu rời rạc Là hàm Vk của biến rời rạc tk (với k là số nguyên): Vk = V(tk)
Lấy mẫu
Tín hiệu liên tục ở đây là liên tục theo biến số (biến số liên tục)
tk=k.ts (với k là số nguyên)
Tín hiệu tương tự được lấy mẫu ở các thời điểm cách nhau khoảng thời gian ts gọi là chu kỳ lấy mẫu. Tần số lấy mẫu fS = 1/ tS Tín hiệu rời rạc ở đây là rời rạc theo biến số
Phân loại tín hiệu Tín hiệu rời rạc biên độ Các giá trị mẫu được làm tròn theo các mức lượng tử biên độ
Tín hiệu số Các mức lượng tử biên độ được mã hóa dưới dạng 1 chuỗi bit 0, 1
Mã hóa dùng 3 bit
Quá trình chuyển đổi tương tự - số
Mã hóa
Lượng tử theo biên độ
Lượng tử theo biến số (t – thời gian)
Tín hiệu tương tự
Tín hiệu rời rạc
Tín hiệu số
Tín hiệu lượng tử biên độ
Tín hiệu tất định là tín hiệu hoàn toàn có thể biểu diễn được bằng 1 hàm toán học của biến độc lập
Tín hiệu ngẫu nhiên là tín hiệu mà ta
không thể biết trước được hành vi của nó (không thể biểu diễn được dưới dạng 1 hàm toán học). Chúng được đặc trưng bằng các thông số thống kê và tần số
Phân loại tín hiệu
Hệ thống là một thiết bị vật lý thực hiện các
tác động lên tín hiệu.
VD: bộ lọc loại bỏ nhiễu và tạp âm trong tín hiệu
Xử lý tín hiệu: ta cho tín hiệu đi qua hệ
thống, hệ thống tác động lên tín hiệu, tác động này đc gọi là XLTH
Mục đích:
Thu được lượng tin tức nào đó Biến đổi tín hiệu theo yêu cầu nào đó
1. Một số khái niệm
Phân loại các hệ thống xử lý tín hiệu dựa
trên tính chất của tín hiệu vào – ra.
Thành phần của 1 HT XLTH
Tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự
Hệ thống tương tự
Tín hiệu số
Tín hiệu số
Hệ thống số
Tín hiệu số
Tín hiệu số
Tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự
A/D converter
Hệ thống số
D/A converter
Tín hiệu vào
Ví dụ một hệ thống XLTH
i
Bộ lọc tương tự làm trơn
M Ề N
T Ư Ơ N G T Ự
A/D
i
Bộ xử lý tín hiệu số
M Ề N S Ố
D/A
i
M Ề N
Bộ lọc Tái tạo tín hiệu
T Ư Ơ N G T Ự
Tín hiệu có thể được xử lý trực tiếp dưới dạng
tương tự (ASP - Analog Signal Processing) hoặc được chuyển thành tín hiệu số và xử lý dưới dạng số (DSP – Digital Signal Processing)
Tuy nhiên việc xử lý tín hiệu dưới dạng tương tự
gặp một số khó khăn sau: Khó thiết kế và chế tạo Hệ thống chịu tác động cao bởi môi trường Không đảm bảo Khả năng lưu trữ không lớn Độ tin cậy kém
So sánh DSP và ASP
Các phương tiện kỹ thuật số ra đời và ngày càng
phát triển mạnh mẽ Truyền hình Các hệ thống thông tin di động Mạng Internet Các thiết bị kỹ thuật số (camera, điện thoại, máy tính,…) Các hệ thống xử lý tín hiệu số loại bỏ được hoàn
toàn những hạn chế của các hệ thống XLTH tương tự
Khi có bất cứ vấn đề nào về tín hiệu luôn nghĩ về
hệ thống XLTH số trước
So sánh DSP và ASP
Đối tượng: Tín hiệu và hệ thống rời rạc Các công cụ biến đổi tín hiệu:
Biến đổi Z Biến đổi Fourier Biến đổi Fourier rời rạc
Bộ lọc IIR và FIR Cung cấp khái niệm, công cụ cơ bản
nhất để XLTHS
Môn học XLTHS
Digital: Số Analog: Tương tự Processing: Xử lý Signal: Tín hiệu Discrete: Rời rạc DSP-Digital Signal Processing ASP-Analog Signal Processing Transform: Biến đổi System: Hệ thống Conversion
Từ khóa
Toán học: Chuỗi Số phức, các cách biểu diễn của số phức Tích phân, vi phân ….
Matlab, ứng dụng Matlab lập trình một
số phép biến đổi cơ bản
Một số công cụ và kiến thức
