Bài giảng xử lý tín hiệu số - Mở đầu

1
Mở đầu
Sự phát triển của máy vi tính đã làm gia tăng một cách mạnh mẽ các ứng dụng của
XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (Digital Signal Proccessing). Xu hướng này đã được tăng
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 bản cho kỹ thuật
mạch tích hợp hiện đại với các chip có thể lập trình ở tốc độ cao. Vì vậy, xử lý tín hiệu
số được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
- Xử lý tín hiệu âm thanh: nhận dạng tiếng nói / người nói; tổng hợp tiếng nói/ biến văn
bản thành tiếng nói; kỹ thuật âm thanh số ;…
- Xử lý ảnh: thu nhận và khôi phục ảnh; làm nổi đường biên; lọc nhiểu; nhận dạng; mắt
người máy; hoạt hình; các kỹ xảo về hình ảnh; bản đồ;…
- Viễn thông: xử lý tín hiệu thoại và tín hiệu hình; truyền dữ liệu; khử xuyên kênh;
facsimile; truyền hình số; …
- Thiết bị đo lường và điều khiển: phân tích phổ; đo lường địa chấn; điều khiển vị trí và
tốc độ; điều khiển tự động;…
- Quân sự: truyền thông bảo mật; xử lý tín hiệu rada, sonar; dẫn đường tên lửa;…
- Y học: não đồ; điện tim; chụp X quang; chụp CT(Computed Tomography Scans); nội
soi;…
Có thể nói, xử lý tín hiệu số là nền tảng cho mọi lĩnh vực và chưa có sự biểu hiện
bão hòa trong sự phát triển của nó.
Ta cũng cần lưu ý rằng, mặc dù tên của giáo trình là XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ,
nhưng chúng ta sẽ nghiên cứu với một phạm vi tổng quát hơn, đó là XỬ LÝ TÍN HIỆU
RỜI RẠC (Discrete signal processing). Bởi vì, tín hiệu số là một trường hợp đặc biệt
của tín hiệu rời rạc, nên những phương pháp được áp dụng cho tín hiệu rời rạc cũng
được áp dụng cho tín hiệu số, những kết luận đúng cho tín hiệu rời rạc cũng đúng cho
tín hiệu số.
Muốn xử lý tín hiệu rời rạc, trước tiên ta phải biết cách biểu diễn và phân tích tín
hiệu rời rạc. Việc xử lý tín hiệu rời rạc được thực hiện bởi các hệ thống rời rạc. Vì vậy
ta phải nghiên cứu các vấn đề biểu diễn, phân tích, nhận dạng, thiết kế và thực hiện hệ
thống rời rạc.

Bây giờ, chúng ta sẽ nhập môn với chủ đề biểu diễn và phân tích tín hiệu rời rạc,
hệ thống rời rạc trong miền thời gian.
1. ĐỊNH NGHĨA TÍN HIỆU:
Tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa thông tin (information). Về mặt toán học, tín
hiệu được biểu diễn bằng một hàm của một hay nhiều biến độc lập.
Ví dụ: - Tín hiệu âm thanh là dao động cơ học lan truyền trong không khí, mang thông
tin truyền đến tai. Khi biến thành tín hiệu điện (điện áp hay dòng điện) thì giá trị của nó
là một hàm theo thời gian.
- Tín hiệu hình ảnh tĩnh hai chiều được đặc trưng bởi một hàm cường độ sáng của
hai biến không gian. Khi biến thành tín hiệu điện, nó là hàm một biến thời gian.
2
Để thuận tiện, ta qui ước (không vì thế mà làm mất tính tổng quát) tín hiệu là một
hàm của một biến độc lập và biến này là thời gian (mặc dù có khi không phải như vậy,
chẳng hạn như sự biến đổi của áp suất theo độ cao).
Giá trị của hàm tương ứng với một giá trị của biến được gọi là biên độ (amplitude)
của tín hiệu. Ta thấy rằng, thuật ngữ biên độ ở đây không phải là giá trị cực đại mà tín
hiệu có thể đạt được.
2. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU:
Tín hiệu được phân loại dựa vào nhiều cơ sở khác nhau và tương ứng có các cách
phân loại khác nhau. Ở đây, ta dựa vào sự liên tục hay rời rạc của thời gian và biên độ
để phân loại. Có 4 loại tín hiệu như sau:
- Tín hiệu tương tự (Analog signal): thời gian liên tục và biên độ cũng liên tục.
- Tín hiệu lượng tử hóa (Quantified signal): thời gian liên tục và biên độ rời rạc. Đây
là tín hiệu tương tự có biên độ đã được rời rạc hóa.
- Tín hiệu rời rạc (Discrete signal): Là tín hiệu được biểu diễn bởi hàm của các biến
rời rạc.
+ Tín hiệu lấy mẫu: Hàm của tín hiệu rời rạc là liên tục (không được lượng tử hoá)
+ Tín hiệu số: Hàm của tín hiệu rời rạc là rời rạc. Tín hiệu số là tín hiệu được rời rạc cả
biên độ và biến số
Các loại tín hiệu trên được minh họa trong hình 1.1.

3
Nhận xét: Do tín hiệu số là một trường hợp đặc biệt của tín hiệu rời rạc nên các phương
pháp xử lí tín hiệu rời rạc đều hoàn toàn được áp dụng cho xử lí tín hiệu số. Trong
chương trình chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp xử lí tín hiệu rời rạc.
3. HỆ THỐNG XỬ LÝ TÍN HIỆU
a) Hệ thống tương tự
b) Hệ thống số
c) Hệ thống xử lý tín hiệu tổng quát
Tín hiệu x(t) ở đầu vào được chuyển thành tín hiệu số nhờ ADC, qua DSP đưa vào
DAC ta có y(t).
Hold
Quantizer
DSP
DAC
ADC
Sample
Signal
x(t)
x(t)
Digital
Signal