Bài giảng Xử lý tín hiệu số: Giới thiệu - TS. Đinh Đức Anh Vũ

dce

2011

CE504005
Xử lý Tín hiệu Số

(Digital Signal Processing – DSP)
BK
TP.HCM

TS. Đinh Đức Anh Vũ
/>

dce

2011

Giới thiệu về xử lý tín hiệu số
• Tín hiệu (t/h)
–
–
–
–

Âm thanh
Nhiệt độ
Ánh sáng
…

• 5 giác quan của con người: thính/xúc/vị/khứu/thị giác

→ cần thiết phải chuyển sang dạng năng lượng điện để được
xử lý bởi não
• Các cảm biến điện tử được dùng để biến đổi t/h sang dạng
số, có thể được xử lý bởi máy tính số (biến đổi AD)
→ xử lý t/h số (DSP)
• T/h sau khi được xử lý có thể được biến đổi sang dạng ban
đầu trước khi gởi cho các bộ chấp hành (biến đổi DA)
• DSP là gì?
DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

2


dce

2011

DSP là gì ?
• Định nghĩa
– Digital
• Hoạt động dùng các t/h rời rạc để biểu diễn dữ liệu dưới dạng số

– Signal
• Tham số biến nhờ đó thông tin được trung chuyển trên các mạch
điện tử

– Processing
• Thực hiện các tác vụ trên dữ liệu theo những lệnh được lập trình

trước

• DSP = thay đổi hoặc phân tích thông tin được biểu
diễn dưới dạng các chuỗi số rời rạc
DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

3


dce

2011

Tại sao phải xử lý tín hiệu số
• Khả năng lập trình được (programmability)
• Khả năng ổn định (stability)
• Khả năng lặp lại (repeatability)
• Hiện thực dễ dàng các giải thuật thích nghi
• Khả năng hiện thực các mã sửa sai
• Khả năng truyền dẫn và lưu trữ dữ liệu
• Khả năng nén dữ liệu
• Khả năng thực hiện các chức năng đặc biệt
DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

4

dce

2011

Ứng dụng

Industrial

Medical
(Diagnostic imaging
(CT, MRI,
ultrasound, and
others),
Electrocardiogram
analysis, Medical
image
storage/retrieval)

Space
(Photograph
enhancement,
Data compression,
Intelligent sensory
analysis by remote
space probes)

(Oil and mineral
prospecting,
Process

monitoring &
control,
Nondestructive
testing, CAD and
design tools)

DSP
Commercial

(Image and sound
compression for
multimedia
presentation,
Movie special
effects, Video
conference calling)
DSP – Giới thiệu

Military
(Radar, Sonar,
Ordnance
guidance, Secure
communication)

Scientific
(Earthquake
recording &
analysis, Data
acquisition,
Spectral analysis,

Simulation and
modeling)

Telephone
(Voice and data
compression,
Echo reduction,
Signal
multiplexing,
Filtering)
©2011, Đinh Đức Anh Vũ

5


dce

2011

Ứng dụng
• Đặc điểm chung
– Dùng toán học (nhân, cộng các t/h)
– Xử lý các t/h đến từ thế giới thực
– T/h rời rạc (thông tin giữa các mẫu rời rạc bị mất)
– Yêu cầu đáp ứng trong một khoảng thời gian xác
định

DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

6


dce

2011

Lịch sử phát triển
•

Giải thuật cho DSP

– Mô hình toán cơ bản của t/h liên tục dựa trên biến đổi Laplace và Fourier
– Chuỗi Fourier
• Chuỗi Fourier: áp dụng cho t/h chu kỳ
• Biến đổi Fourier: mở rộng đơn giản của chuỗi Fourier, áp dụng cho t/h không có chu
kỳ

– Laplace

• Biến đổi Z: khối xây dựng cơ bản cho các bộ lọc số

– Biến đổi Fourier rời rạc (DFT)
– Biến đổi Fourier nhanh (FFT)

•

Kiến trúc máy tính cho DSP
– ENIAC, IAS

– CISC

•

Mạch tích hợp cho DSP
– NMOS, CMOS
– S2811, µPD7720, TMS320

DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

7


dce

2011

Giới thiệu môn học
• Mục đích

– Khái niệm cơ bản trong lĩnh vực DSP
– Biểu diễn t/h và hệ thống (h/t) trong miền thời
gian, miền tần số, miền Z
– Hiện thực h/t bằng các p/p số: DFT, FFT
– Bộ lọc số

• Yêu cầu
– Kiến thức cơ bản về toán (đặc biệt về số phức)

– Kiến thức cơ bản về thiết kế h/t số
DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

8


dce

2011

Đề cương khái quát
Khái niệm tín hiệu và hệ thống
T/h và h/t trong miền thời gian
T/h và h/t trong miền Z
T/h và h/t trong miền tần số
Biến đổi Fourier rời rạc (DFT)
Giải thuật biến đổi Fourier nhanh (FFT)
Bộ lọc số
DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

9


dce

2011

Giới thiệu môn học
• Kiểm tra – đánh giá
–
–
–
–

Hình thức
Bài tập – Thực hành: 30%
Kiểm tra giữa học kỳ: 30%
Thi cuối học kỳ: 40%

• Tài liệu tham khảo
– Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and
Applications, John G. Proakis, Dimitris G. Manolakis. 3rd. Prentice
Hall
– Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach, Sanjit K.
Mitra. 2nd. McGraw-Hill
– DSP Filters. PROMPT. John Lane, Jayant Datta, Brent Karley, Jay
Norwood
– A Simple Approach to Digital Signal Processing. Craig Marven,
Gillian Ewers. John Wiley & sons

DSP – Giới thiệu

©2011, Đinh Đức Anh Vũ

10