Bài giảng: Xử lý tín hiệu số

Sự phát triển của máy vi tính đã làm gia tăng một cách mạnh mẽ các ứng dụngcủa XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (Digital Signal Proccessing). Xu hướng này đã đượctăng cường bởi sự phát triển đồng thời của thuật toán số (Numerical Algorithms)cho xử lý tín hiệu số. Hiện nay, xử lý tín hiệu số đã trở nên một ứng dụng cơ bảncho kỹ thuật mạch tích hợp hiện đại với các chip có thể lập trình ở tốc độ cao. Vìvậy, xử lý tín hiệu số được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:- Xử lý...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng: Xử lý tín hiệu số BÀI GIẢNG XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ(Digital Signal Proccessing) 1 Mở đ ầ u Sự phát triển của máy vi tính đã làm gia tăng một cách m ạnh m ẽ các ứng d ụngcủa XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (Digital Signal Proccessing). Xu hướng này đã đ ượctăng cườ ng bởi sự phát triển đ ồng thời c ủa thuật toán s ố (Numerical Algorithms)cho xử lý tín hiệu số. Hiện nay, x ử lý tín hi ệu s ố đã tr ở nên m ột ứng d ụng c ơ b ảncho kỹ thuật mạch tích hợp hiện đ ại với các chip có th ể l ập trình ở t ốc đ ộ cao. Vìvậy, xử lý tín hiệu số được ứng dụng trong nhiều lĩnh v ực khác nhau nh ư:- Xử lý tín hiệu âm thanh: nh ận d ạng ti ếng nói / ng ười nói; t ổng h ợp ti ếng nói/biến văn bản thành tiếng nói; kỹ thuật âm thanh số ;…- Xử lý ảnh: thu nhận và khôi phục ảnh; làm nổi đ ường biên; l ọc nhi ểu; nh ậndạng; mắt người máy; hoạt hình; các kỹ xảo về hình ảnh; bản đ ồ;…- Viễn thông: xử lý tín hiệu thoại và tín hi ệu hình; truy ền d ữ li ệu; kh ử xuyên kênh;facsimile; truyền hình số; …- Thiết bị đo lường và điều khiển: phân tích ph ổ; đo l ường đ ịa ch ấn; đi ều khi ển v ịtrí và tốc độ; điều khiển tự đ ộng;…- Quân sự: truyền thông bảo mật; xử lý tín hi ệu rada, sonar; d ẫn đ ường tên l ửa;…- Y học: não đồ; điện tim; ch ụp X quang; ch ụp CT(Computed Tomography Scans);nội soi;… Có thể nói, xử lý tín hiệu s ố là n ền t ảng cho m ọi lĩnh v ực và ch ưa có s ự bi ểuhiện bão hòa trong sự phát triển c ủa nó. Ta cũng cần lưu ý r ằng, mặc dù tên c ủa giáo trình là X Ử LÝ TÍN HI ỆU S Ố,nhưng chúng ta sẽ nghiên cứu với một ph ạm vi tổng quát h ơn, đó là X Ử LÝ TÍNHIỆU RỜI RẠC (Discrete signal processing). B ởi vì, tín hi ệu s ố là m ột tr ường h ợpđặc biệt của tín hiệu rời r ạc, nên nh ững ph ương pháp đ ược áp d ụng cho tín hi ệurời rạc cũng được áp dụng cho tín hi ệu s ố, nh ững k ết lu ận đúng cho tín hi ệu r ờirạc cũng đúng cho tín hiệu số. Muốn xử lý tín hiệu rời rạc, tr ước tiên ta ph ải bi ết cách bi ểu di ễn và phântích tín hiệu rời rạc. Việc xử lý tín hi ệu r ời r ạc đ ược th ực hi ện b ởi các h ệ th ốngrời rạc. Vì vậy ta phải nghiên c ứu các vấn đ ề bi ểu di ễn, phân tích, nh ận d ạng,thiết kế và thực hiện hệ thống rời rạc. Bây giờ, chúng ta sẽ nhập môn với chủ đ ề bi ểu di ễn và phân tích tín hi ệu r ờirạc, hệ thống rời rạc trong miền thời gian.1. ĐỊNH NGHĨA TÍN HIỆU: Tín hiệu là một đại l ượng vật lý ch ứa thông tin (information). V ề m ặt toánhọc, tín hiệu được biểu diễn bằng một hàm của một hay nhi ều bi ến đ ộc l ập. 2Ví dụ: - Tín hiệu âm thanh là dao đ ộng c ơ học lan truy ền trong không khí, mangthông tin truyền đến tai. Khi biến thành tín hi ệu đi ện (đi ện áp hay dòng đi ện) thìgiá trị của nó là một hàm theo thời gian. - Tín hiệu hình ảnh tĩnh hai chi ều đ ược đ ặc tr ưng b ởi m ột hàm c ường đ ộsáng của hai biến không gian. Khi biến thành tín hi ệu đi ện, nó là hàm m ột bi ến th ờigian. Để thuận tiện, ta qui ước (không vì th ế mà làm m ất tính t ổng quát) tín hi ệu làmột hàm của một biến độc lập và biến này là th ời gian (mặc dù có khi không phảinhư vậy, chẳng hạn như sự biến đổi của áp suất theo độ cao). Giá trị của hàm tương ứng với một giá tr ị c ủa bi ến đ ược gọi là biên đ ộ(amplitude) của tín hiệu. Ta thấy r ằng, thuật ng ữ biên đ ộ ở đây không ph ải là giátrị cực đại mà tín hiệu có thể đ ạt đ ược.2. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU: Tín hiệu được phân loại dựa vào nhiều c ơ s ở khác nhau và t ương ứng có cáccách phân loại khác nhau. Ở đây, ta d ựa vào s ự liên t ục hay r ời r ạc c ủa th ời gian vàbiên độ để phân loại. Có 4 loại tín hiệu như sau:- Tín hiệu tương tự (Analog signal): th ời gian liên t ục và biên đ ộ cũng liên t ục.- Tín hiệu lượng tử hóa (Quantified signal): th ời gian liên t ục và biên đ ộ r ờirạc. Đây là tín hiệu tương tự có biên đ ộ đã đ ược r ời r ạc hóa.- Tín hiệu rời rạc (Discrete signal): Là tín hi ệu đ ược bi ểu di ễn b ởi hàm c ủacác biến rời rạc.+ Tín hiệu lấy mẫu: Hàm của tín hi ệu r ời r ạc là liên t ục (không đ ược l ượng t ửhoá)+ Tín hiệu số: Hàm của tín hiệu r ời r ạc là r ời r ạc. Tín hi ệu s ố là tín hi ệu đ ược r ờirạc cả biên độ và biến sốCác loại tín hiệu trên đ ược minh họa trong hình 1.1. 3Nhận xét: Do tín hiệu số là một trường hợp đ ặc biệt c ủa tín hi ệu r ời r ạc nên cácphương pháp xử lí tín hiệu rời r ạc đ ều hoàn toàn đ ược áp d ụng cho x ử lí tín hi ệusố. Trong chương trình chúng ta sẽ tìm hi ểu các ph ương pháp x ử lí tín hi ệu r ời r ạc.3. HỆ THỐNG XỬ LÝ TÍN HIỆU a) Hệ thống tươ ng tự b) Hệ thống số c) Hệ thống xử lý tín hiệu tổng quát ADC Sample Signal Hold Quantizer DSP DAC x(t) ...