Bài giảng xử lý tín hiệu số

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Ch</b>

<b>ươ</b>

<b>ng 1</b>

<b>T NG QUAN V X LÝ S TÍN HI U</b>

<b>Ổ</b>

<b>Ề Ử</b>

<b>Ố</b>

<b>Ệ</b>

<i><b>M c đích:</b><b>ụ</b></i>

• <i>Phân bi t gi a x lý tệ</i> <i>ữ</i> <i>ử</i> <i>ương t và x lý s tín hi u.ự</i> <i>ử</i> <i>ố</i> <i>ệ</i>

• <i>Bi t đế ươc các thành ph n c b n trong h th ng x lý s tín hi u.ầ</i> <i>ơ ả</i> <i>ệ ố</i> <i>ử</i> <i>ố</i> <i>ệ</i>
• <i>Phân bi t đệ ược các ho t đ ng khác nhau trong x lý s tín hi u .ạ ộ</i> <i>ử</i> <i>ố</i> <i>ệ</i>

• <i>Các u và như</i> <i>ược đi m c a h th ng x lý s tín hi u so v i h th ng x lý tể</i> <i>ủ</i> <i>ệ ố</i> <i>ử</i> <i>ố</i> <i>ệ</i> <i>ớ ệ ố</i> <i>ử</i> <i>ương t .ự</i>
• <i>Các ng d ng c a x lý s tín hi u.ứ</i> <i>ụ</i> <i>ủ</i> <i>ử</i> <i>ố</i> <i>ệ</i>

<b>1.1X LÝ T</b>

<b>Ử</b>

<b>ƯƠ</b>

<b>NG T VÀ X LÝ S TÍN HI U</b>

<b>Ự</b>

<b>Ử</b>

<b>Ố</b>

<b>Ệ</b>

<i><b>X lý tín hi u</b><b>ử</b></i> <i><b>ệ</b></i> : là quá trình dùng các m ch đi n,m ch đi n t ,máy tính…tác đ ng lênạ ệ ạ ệ ử ộ

tín hi u đ t o ra tín hi u theo mong mu n.ệ ể ạ ệ ố

Có hai cách x lý tín hi u:ử ệ

 <i>X lý tử</i> <i>ương t (ASP: Analog Signal Processing):ự</i>

M t h th ng x lý tộ ệ ố ử ương t đự ược mô t theo ả <i>Hình v 1.1ẽ</i> :tín hi u vào cho hệ ệ

th ng x lý là tín hi u tố ử ệ ương t ,b x lý tín hi u tự ộ ử ệ ương t sau khi x lý đ t o ra tínự ử ể ạ

hi u theo nh yêu c u s xu t ra tín hi u ngõ ra cũng là tín hi u tệ ư ầ ẽ ấ ệ ở ệ ương t .ự

M t ví d đ n gi n cho h th ng x lý tộ ụ ơ ả ệ ố ử ương t là Âm-li,đây là b khu ch đ i tínự ộ ế ạ

hi u,tín hi u âm thanh t Mi-crơ đi vào là tín hi u tệ ệ ừ ệ ương t ,b Âm-li s l c b nh ngự ộ ẽ ọ ỏ ữ

thành ph n tín hi u d th a sau đó khu ch đ i tín hi u lên m c c n thi t và xu t tínầ ệ ư ừ ế ạ ệ ứ ầ ế ấ

hi u ra loa(tín hi u tệ ệ ương t ).ự

 <i>X lý s (DSP:Digital Signal Processing):ử</i> <i>ố</i>

M tộ

hệ

th ngố

x lýử

số được

mơ t theo ả <i>Hình v 1.2ẽ</i> :tín hi u vào đ x lý trệ ể ử ước khi đ a vào b x lý tín hi u s sư ộ ử ệ ố ẽ

<i>Hình v 1.1ẽ</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

được đ a qua kh i chuy n đ i tư ố ể ổ ương t - s (Kh i bi n đ i tín hi u tự ố ố ế ổ ệ ương t sang tínự

hi u s ).Tín hi u sau khi đệ ố ệ ược x lý b i b x lý tín hi u s s đử ở ộ ử ệ ố ẽ ược đ a qua kh iư ố

chuy n đ i s - tể ổ ố ương t (Kh i bi n đ i tín hi u s sang tín hi u tự ố ế ổ ệ ố ệ ương t ) đ có đự ể ược
tín hi u theo nhu c u(là tín hi u tệ ầ ệ ương t ).ự

M t ví d đ n gi n cho h th ng x lý s là thành ph n x lý âm thanh trong máyộ ụ ơ ả ệ ố ử ố ầ ử

tính(<i>Sound Card</i>),<i>Hình v 1.3ẽ</i> ,tín hi u vào và ra t các ngõ vào và ra c a ệ ừ ủ <i>Sound Card</i> là
tín hi u tệ ương t ,trên ự <i>Sound card</i> có các vi m ch chuy n đ i tín hi u tạ ể ổ ệ ương t sang tínự

hi u s cũng nh chuy n đ i tín hi u s sang tín hi u tệ ố ư ể ổ ệ ố ệ ương t .Ngoài ra trên ự <i>Sound </i>
<i>Card</i> có thành ph n x lý chính là vi m ch x lý tín hi u s (DSP),thành ph n này ti pầ ử ạ ử ệ ố ầ ế

nh n tín hi u s t b chuy n đ i tín hi u tậ ệ ố ừ ộ ể ổ ệ ương t sang tín hi u s ,x lý tín hi u sự ệ ố ử ệ ố

này theo u c u sau đó xu t tín hi u ra(tín hi u s ) cho b chuy n đ i tín hi u s sangầ ấ ệ ệ ố ộ ể ổ ệ ố

tín hi u tệ ương t .ự

<b>1.2CÁC THÀNH PH N C B N C A H T NG X LÝ S TÍN HI U</b>

<b>Ầ</b>

<b>Ơ Ả</b>

<b>Ủ</b>

<b>Ệ Ố</b>

<b>Ử</b>

<b>Ố</b>

<b>Ệ</b>

<i>S đ kh i t ng quát m t h th ng x lý s tín hi uơ ồ</i> <i>ố ổ</i> <i>ộ ệ ố</i> <i>ứ</i> <i>ố</i> <i>ệ</i> <i> nh Hình v 1.4:ư</i> <i>ẽ</i>

 B ti n l c(ộ ề ọ <i>Pre-Filter hay Anti-Alias-Flter</i>):là b l c thông th p(ộ ọ ấ <i>LPF:Low </i>

<i>Pass Filter</i>),dùng đ gi i h n ph tín hi u trể ớ ạ ổ ệ ước khi đ a vào b bi n đ i A/D(chuy nư ộ ế ổ ể

đ i tín hi u tổ ệ ương t sang tín hi u s ),cơng d ng c aự ệ ố ụ ủ bộ

ti n l c là l c b nh ng thành ph n tín hi u dề ọ ọ ỏ ữ ầ ệ ư

th a(tín hi u khơng mong mu n),nh m tránh hi nừ ệ ố ằ ệ

tượng ch ng l n ph (ồ ấ ổ <i>Aliasing</i>) c a q trình chuy nủ ể đ iổ

tín hi u tệ ương t sang tín hi u s .ự ệ ố

Ví d trong q trình x lý tho i(khác v i quá trình x lý Audio),t n s l y m u choụ ử ạ ớ ử ầ ố ấ ẫ

q trình s hóa tín hi u tho i là 8Khz,do đó trố ệ ạ ước khi s hóa tín hi u tho i đố ệ ạ ược đ aư

qua b ti n l c là m ch l c thông th p có băng thơng t 0Khz đ n 4Khz nh m lo i bộ ề ọ ạ ọ ấ ừ ế ằ ạ ỏ

t t c các thành ph n có t n s l n h n 4Khz(trong truy n thông tho i ta ch c n thànhấ ả ầ ầ ố ớ ơ ề ạ ỉ ầ

ph n t n s t 0Khz đ n 4Khz là nghe và hi u,khác v i x lý Audio ta ph i gi nguyênầ ầ ố ừ ề ể ớ ử ả ữ

thành ph n t n s âm thanh đ âm thanh nghe đầ ầ ố ể ược là trung th c).ự

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

 B h u l c(ộ ậ ọ <i>Post Filter hay Reconstruction Filter</i>):cũng là b l c thôngộ ọ
th p,nh ng công d ng c a b h u l c là l c b các thành ph n ph nh(Do quá trìnhấ ư ụ ủ ộ ậ ọ ọ ỏ ầ ổ ả

l y m u t o ra:khi bi u di n trong mi n t n s ,ph c a tín hi u sau q trình l y m uấ ẫ ạ ể ễ ề ầ ố ổ ủ ệ ấ ẫ

chính là ph c a tín hi u trổ ủ ệ ước khi l y m u đấ ẫ ượ ặc l p tu n hoàn v i chu kì l p b ng v iầ ớ ặ ằ ớ

chu kì l y m u).ấ ẫ

 ADC(<i>Analog Digital Convert</i>): kh i chuy n đ i tín hi u tố ể ổ ệ ương t sang tín hi uự ệ
s ,g m có ba bố ồ ước x lý là l y m u,lử ấ ẫ ượng t và mã hóa.ử

 DAC(<i>Digital Analog Convert</i>):Kh i chuy n đ i tín hi u s sang tín hi uố ể ổ ệ ố ệ
tương t .ự

S dĩ trong h th ng x lý tín hi u s có hai kh i ADC và DAC là vì các ngu n tín hi uở ệ ố ử ệ ố ố ồ ệ

ngu n g c ban đ u đ u là tín hi u tồ ố ầ ề ệ ương t .ự

Ví d nh trong quá trình x lý âm thanh,âm thanh sau khi qua thi t b Mi-Crô sụ ư ử ế ị ẽ

đượ ạc t o ra m t tín hi u tộ ệ ương ng và tín hi u này là tín hi u tứ ệ ệ ương t .ự

Nhân c a h th ng x lý tín hi u s là kh i DSP,kh i này ti p nh n tín hi u s tủ ệ ố ử ệ ố ố ố ế ậ ệ ố ừ

kh i ADC(kh i chuy n đ i tín hi u tố ố ể ổ ệ ương t sang tín hi u s ) x lý theo yêu c u vàự ệ ố ử ầ

xu t ra tín hi u s đ n kh i DAC đ khôi ph c l i tín hi u tấ ệ ố ế ố ể ụ ạ ệ ương t theo mong mu n.ự ố

<b>1.3PHÂN LO I CÁC HO T Đ NG X LÝ S TÍN HI U</b>

<b>Ạ</b>

<b>Ạ</b>

<b>Ộ</b>

<b>Ử</b>

<b>Ố</b>

<b>Ệ</b>

<i>1.3.1Phân tích tín hi u:ệ</i>

Phân tích tín hi u là quá trình x lý tín hi u liên quan đ n các lĩnh v c nh đoệ ử ệ ế ự ư

lường,quan sát các tính ch t c a tín hi u.ấ ủ ệ

Ví d nh ta mu n đo đ m trong khơng khí,q trình đụ ư ố ộ ẩ ược ti n hành nh sau:quaế ư

b c m bi n đ m,đ m độ ả ế ộ ẩ ộ ẩ ươ ảc c m bi n thành m t tín hi u đi n tế ộ ệ ệ ương ng,b x lýứ ộ ử

tín hi u s phân tích tín hi u đi n tệ ẽ ệ ệ ương ng này và hi n th ra màn hình s đo đ mứ ể ị ố ộ ẩ

tương ng.Ho c trong ho t đ ng d báo th i ti t,trung tâm x lý d li u liên t c c pứ ặ ạ ộ ự ờ ế ử ữ ệ ụ ậ

nh t các hình nh g i v t v tinh,trung tâm này s phân tích các tín hi u hình nh nàyậ ả ở ề ừ ệ ẽ ệ ả

và d a vào k t qu phân tích này các trung tâm s đ a ra các d báo v th i ti t,bão…ự ế ả ẽ ư ư ề ờ ế

Ngoài ra vi c phân tích tín hi u giúp chúng ta ti p c n v i vi c x lý tín hi u trongệ ệ ế ậ ớ ệ ử ệ

mi n t n s ,t đó đ a ra các hề ầ ố ừ ư ướng x lý tín hi u m t cách hi u qu nh t.ử ệ ộ ệ ả ấ

Ngày nay vi c phân tích tín hi u là cơng c h tr r t l n cho nhi u lĩnh v c k thu tệ ệ ụ ổ ợ ấ ớ ề ự ỹ ậ

khác nhau nh y h c,khoa h c hình s ,vi n thông,đi n t ,khai thác tài nguyên,giao thôngư ọ ọ ự ễ ệ ử

v n t i,đo lậ ả ường…

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Trong hình v A là bi u di n m t tín hi u đi u hịa(Cosine) có t n s 1000Hz trongẽ ể ễ ộ ệ ề ầ ố

mi n th i gian,hình v B là bi u di n tín hi u đi u hòa 1000Hz trong mi n t n s quaề ờ ẽ ể ễ ệ ề ề ầ ố

vi c phân tích ph (ệ ổ <i>Phân tích Fourier</i>),hình v C là bi u di n m t tín hi u g m hai thànhẽ ể ễ ộ ệ ồ

ph n t n s 1000Hz và 3000Hz trong mi n th i gian,nhìn vào hình v C ta không phânầ ầ ố ề ờ ẽ

bi t đệ ược hai thành ph n 1000Hz và 3000Hz,nh ng khi quan sát hình v D ta s phânầ ư ẽ ẽ

bi t đệ ược rõ ràng hai thành ph n 1000Hz và 3000Hz.Hình v D là bi u di n c a tín hi uầ ẽ ể ễ ủ ệ

g m hai thành ph n 1000Hz và 3000Hz trong mi n t n s qua vi c phân tích ph c a tínồ ầ ề ầ ố ệ ổ ủ

hi u này(Phân tích ph chúng ta đã h c trong môn h c Lý thuy t tín hi u).ệ ổ ọ ọ ế ệ

<i>1.3.2L c tín hi uọ</i> <i>ệ</i>

L c là m t ho t đ ng x lý tín hi u nh m lo i b nh ng thành ph n tín hi u khơngọ ộ ạ ộ ử ệ ằ ạ ỏ ữ ầ ệ

mong mu n.Nh ng thành ph n tín hi u khơng mong mu n là các thành ph n tín hi u dố ữ ầ ệ ố ầ ệ ư

th a(Không c n s d ng),các thành ph n tín hi u nhi u hay là các thành ph n tín hi uừ ầ ử ụ ầ ệ ễ ầ ệ

được phát sinh trong q trình x lý tín hi u.Ho t đ ng x lý tín hi u đ lo i b nh ngử ệ ạ ộ ử ệ ể ạ ỏ ữ

tín hi u khơng mong mu n này là l c(ệ ố ọ <i>Filter</i>).

M t ví d đ n gi n là trong x lý tho i,tín hi u âm thanh do ngộ ụ ơ ả ử ạ ệ ười phát ra có t n sầ ố

t vài Hz đ n vài ch c Khz,tai ngừ ế ụ ười bình thường cũng nghe được các tín hi u âm thanhệ

t vài Hz đ n vài ch c Khz.Nh ng trong x lý tho i ch c n các tín hi u âm thanh t vàiừ ế ụ ư ử ạ ỉ ầ ệ ừ

Hz đ n vài Khz là tai ngế ười có th nghe và hi u để ể ược(Phân bi t đệ ược gi a các âm),doữ

đó các thành ph n tín hi u âm thanh có t n s l n h n vài Khz là các thành ph n tín hi uầ ệ ầ ố ớ ơ ầ ệ

không mong mu n(D th a),trong x lý tho i các thành ph n này s b lo i b tông quaố ư ừ ử ạ ầ ẽ ị ạ ỏ

các x lý l c(LPF:L c thông th p).ử ọ ọ ấ

Hình v 1.6 cho chúng ta th y rõ ho t đ ng l c trong x lý tín hi u,phía trên là tínẽ ấ ạ ộ ọ ử ệ

hi u c n thu l n tín hi u nhi u,đ lo i b thành ph n nhi u,ta cho tín hi u (có l nệ ầ ẫ ệ ễ ể ạ ỏ ầ ễ ệ ẫ

nhi u) đi qua m t m ch l c,qua m ch l c tín hi u mong mu n không b suy hao(biên đễ ộ ạ ọ ạ ọ ệ ố ị ộ

gi nguyên),thành ph n tín hi u nhi u s b ngăn l i(Biên đ tín hi u nhi u b gi m đi-ữ ầ ệ ễ ẽ ị ạ ộ ệ ễ ị ả

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>1.4 U ĐI M C A H TH NG X LÝ S</b>

<b>Ư</b>

<b>Ể</b>

<b>Ủ</b>

<b>Ệ</b>

<b>Ố</b>

<b>Ử</b>

<b>Ố</b>

Ngày nay x lý s tín hi u đã tr thành m t công ngh tiên ti n,h tr cho khoa

ử

ố

ệ

ở

ộ

ệ

ế

ổ ợ

h c và k thu t c a th k 21,th k c a công ngh thông tin s .X lý s tín hi u

ọ

ỹ

ậ ủ

ế ỹ

ế ỹ ủ

ệ

ố ử

ố

ệ

đã và đang làm thay đ i có tính ch t cách m ng trong nhi u lĩnh v c nh :vi n

ổ

ấ

ạ

ề

ự

ư ễ

thông,y sinh h c,thiên văn h c,cơng ngh thăm dị và khai thác khống s n,khoa h c

ọ

ọ

ệ

ả

ọ

hình s …

ự

T i sao DSP(Digital Signal Processing) l i đ

ạ

ạ ượ

c áp d ng r ng rãi và sâu r ng

ụ

ộ

ộ

trong nhi u lĩnh v c k thu t,công ngh ?B i vì x lý s tín hi u có nhi u u đi m

ề

ự

ỹ

ậ

ệ ở

ử

ố

ệ

ề ư

ể

h n so v i x lý t

ơ

ớ ử

ươ

ng t .DSP là toán h c,là thu t toán,là các k thu t đ

ự

ọ

ậ

ỹ

ậ ượ

c s

ử

d ng đ bi n đ i tín hi u,phân tích tín hi u,x lý tín hi u…Vai trò DSP trong th

ụ

ể ế

ổ

ệ

ệ

ử

ệ

ế

k 21 gi ng nh cu c cách m ng v đi n t nh ng năm 80 c a th k tr

ỷ

ố

ư

ộ

ạ

ề ệ ử ở

ữ

ủ

ế ỷ ướ

c.

Công ngh ph n c ng và công ngh ph n m m DSP đã phát tri n v

ệ

ầ

ứ

ệ

ầ

ề

ể

ượ ậ

t b c,nó th a

ỏ

mãn nhu các nhu c u x lý tín hi u đa d ng và ph c t p. DSP là m t công ngh và

ầ

ử

ệ

ạ

ứ ạ

ộ

ệ

là c u n i nhi u lĩnh v c công ngh l i v i nhau nh cơng ngh gi i trí,thơng tin

ầ

ố

ề

ự

ệ ạ ớ

ư

ệ ả

liên l c,khai thác thám hi m không gian,y h c,kh o c h c…

ạ

ể

ọ

ả

ổ ọ

Các u đi m c a ph

ư

ể

ủ

ươ

ng pháp x lý s tín hi u so v i ph

ử

ố

ệ

ớ

ươ

ng pháp x lý

ử

t

ươ

ng t :

ự



Đáp ng đ

ứ

ượ

c các yêu c u x lý ph c t p,linh ho t,m m d o.

ầ

ử

ứ ạ

ạ

ề

ẻ



Kh năng x lý n đ nh.

ả

ử

ổ

ị



Có th phát tri n dùng các ph n m m ch y trên PC.

ể

ể

ầ

ề

ạ



D dàng hi u ch nh trong th i gian th c.

ễ

ệ

ỉ

ờ

ự



Tín hi u s thu n l i trong vi c l u tr ,truy n thông.

ệ ố

ậ ợ

ệ ư

ữ

ề

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>Gi i: ả</i>

Tìm các zck, h có zệ c1=1/2 + j1/2, zc1=1/2- j1/2

Đây là 2 đi m c c n m trong vòng tròn đ n v v y h th ng nhân qu đã cho là n đ nh.ể ự ằ ơ ị ậ ệ ố ả ổ ị

<i>Ví d 20:ụ</i>

H th ng LTI có hàm truy n nh sau: ệ ố ề ư

Tìmđáp ng xung nhân qu c a h th ng và xét tính nhân qu tứ ả ủ ệ ố ả ương ng c a h th ngứ ủ ệ ố <b> .</b>

<i>Gi i:ả</i>

Phân tích hàm truy n H(z) ta có: ề

H(z) có hai c c t i z = 1/2 và z = 3. Do đó, đ th a đi u ki n nhân qu thì ự ạ ể ỏ ề ệ ả ROC: |z|>3.
Đáp ng xung c a h th ng:ứ ủ ệ ố

Lúc này, h th ng s không n đ nh do ROC không ch a vòng tròn đ n v .ệ ố ẽ ổ ị ứ ơ ị

BÀI T P CHẬ ƯƠNG 5

BI N Đ I Z

Ế

Ổ

1
1 2

3 4
( )

1 3.5 1.5

<i>z</i>
<i>H z</i>
<i>z</i> <i>z</i>
−
− −
−
=
− +
1

1 2 1 1

3 4 1 3

( )

1 3.5 1.5 1 0.5 1 3

<i>z</i>
<i>H z</i>

<i>z</i> <i>z</i> <i>z</i> <i>z</i>

−
− − − −
−
= = −
− + − −

1

( )

( ) 2.3 ( )

2

<i>n</i>

<i>n</i>

<i>h n</i>

=

� �

_{� �}

<i>u n</i>

+

<i>u n</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>TÀI LI U THAM KH O</b>

<b>Ệ</b>

<b>Ả</b>

</div>

<!--links-->