BÀI GiẢNG
XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ
Ths Nguyễn Thị Phương Thảo
Email:
[email protected]
Sách tham khảo
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
Nội dung môn học
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
Kiểm tra đánh giá
Điểm quá trình: bài tập về nhà, hoặc
bài tập lớn: (30%)
Kiểm tra cuối kỳ: (70%)
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
Nhận dạng ảnh
Nhận dạng vân tay
Bản đồ vệ tinh (ứng dụng
trong dự báo thời tiết)
Robot
VN: Hệ thống tự động nhận
dạng xe vào ra
PM nhận dạng văn bản
(VnDoc)
Viễn thông
Video conference
Truyền số liệu
Xử lý tiếng nói/âm thanh
Tổng hợp và nhận dạng
tiếng nói
Text to speech
Speech to text
Nhận dạng người nói
Ứng dụng trong các hệ
thống điều khiển
VN: PM Điều khiển máy tính
bằng giọng nói Vspeech
PM nhận dạng tiếng nói
VnVoice
Chương I. Giới thiệu
1.
2.
3.
4.
Một số khái niệm
Phân loại tín hiệu
Hệ thống XLTH
Tổng kết
1. Một số khái niệm
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
…
Phân loại tín hiệu
Tín hiệu rời rạc
Tín hiệu liên tục
Là hàm Vk của biến rời rạc tk (với k
là số nguyên): Vk = V(tk)
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
Lấy mẫu
0
Voltage [V]
Voltage [V]
Là hàm liên tục V của biến số liên tục t
(thời gian, không gian, v.v…).VD: V(t)
0.1
0
-0.1
-0.1
-0.2
-0.2
0
2
4
6
time [ms]
Tín hiệu liên tục ở đây
là liên tục theo biến số
(biến số liên tục)
8
10
ts ts
0
2
4
6
8
sampling time, tk [ms]
10
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 tk=k.ts (với k là số nguyên)
Tín hiệu rời rạc ở đây là rời rạc theo biến số
Phân loại tín hiệu
Tín hiệu rời rạc biên độ
Tín hiệu số
Các giá trị mẫu được làm tròn
theo các mức lượng tử biên độ
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
0.3
0.3
0.2
0.2
Voltage [V]
Voltage [V]
Lượng tử
theo biến số
(t – thời gian)
0.1
0
-0.1
Lượng tử
theo biên độ
Mã hóa
0.1
0
ts
-0.1
-0.2
-0.2
0
2
4
6
time [ms]
8
10
Tín hiệu tương tự
0
2
4
6
8
sampling time, tk [ms]
10
Tín hiệu rời rạc
Tín hiệu lượng
tử biên độ
Tín hiệu số
Phân loại tín hiệu
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
1. Một số khái niệm
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
Thành phần của 1 HT XLTH
Phân loại các hệ thống xử lý tín hiệu dựa
trên tính chất của tín hiệu vào – ra.
Tín hiệu
tương tự
Tín hiệu số
Tín hiệu
tương tự
A/D
converter
Tín hiệu số
Hệ thống
tương tự
Tín hiệu
tương tự
Hệ thống Tín hiệu số
số
Hệ thống
số
Tín hiệu số
D/A
converter
Tín hiệu
tương tự
Ví dụ một hệ thống XLTH
V
ms
V
Bộ lọc tương tự
làm trơn
ms
A
A
k
ms
V
Bộ xử lý tín
hiệu số
D/A
Bộ lọc
Tái tạo tín hiệu
ms
MiỀN
TƯƠNG TỰ
V
A/D
MiỀN SỐ
k
MiỀN
TƯƠNG TỰ
Tín hiệu vào
So sánh DSP và ASP
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
Môn học XLTHS
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