Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương một TÍN HIỆU SỐ VÀ HỆ XỬ LÝ SỐ

Chương một TÍN HIỆU SỐ VÀ HỆ XỬ LÝ SỐ

Tải bản đầy đủ - 0trang

1.1.1b Phân loại tín hiệu



Theo dạng của biến thời gian t và giá trị hàm số x(t), người ta phân loại tín hiệu như sau :

1.



Tín hiệu liên tục x(t) là tín hiệu có biến thời gian t liên tục.



Tín hiệu liên tục xác định liên tục theo thời gian, với giá trị hàm số có thể biến thiên liên

tục hoặc được lượng tử hóa, và có thể tồn tại các điểm gián đoạn loại một hoặc loại hai.

Trên hình 1.1a là đồ thị của tín hiệu liên tục có giá trị liên tục. Trên hình 1.1b là đồ thị của tín

hiệu liên tục có giá trị lượng tử hóa từ tín hiệu trên hình 1.1a. Trên hình 1.1c là đồ thị của tín

hiệu liên tục có giá trị gián đoạn loại một.

x1(t)



x(t)



x (n )



4

2



a.



Giá trị liên tục.



Hình 1.1

2.



n



t



t



0



b.



Giá trị lượng tử.



c.



Giá trị gián đoạn.



: Đồ thị các tín hiệu liên tục.



Tín hiệu rời rạc x(nT) là tín hiệu có biến thời gian gián đoạn t = nT.



Bekhoe_Bedep



Tín hiệu rời rạc chỉ xác định ở những thời điểm gián đoạn t = nT, không xác định trong các

khoảng thời gian ở giữa hai điểm gián đoạn.

Có thể biến đổi tín hiệu liên tục x(t) thành tín hiệu rời rạc x(nT), q trình đó được gọi là rời

rạc hóa tín hiệu liên tục. Định lý lấy mẫu là cơ sở để thực hiện rời rạc hóa tín hiệu liên tục mà

khơng làm thay đổi thơng tin mang trong nó. Q trình rời rạc hóa tín hiệu liên tục còn được

gọi là quá trình lấy mẫu.

Trên hình 1.2a là đồ thị của tín hiệu rời rạc có giá trị liên tục (có thể nhận giá trị bất kỳ tại

mỗi thời điểm rời rạc). Trên hình 1.2b là tín hiệu rời rạc có giá trị được lượng tử hóa từ tín hiệu

trên hình 1.2a

x(nT)



x(nT)



nT



nT



a.



Giá trị liên tục.



Hình 1.2 : Đồ thị các tín hiệu rời rạc.



Bekhoe_Bedep



b.



Giá trị được lượng tử hóa.



3. Tín hiệu lượng tử là tín hiệu chỉ nhận các giá trị xác định bằng số nguyên lần một giá

trị cơ sở gọi là giá trị lượng tử.



Q trình làm tròn tín hiệu có giá trị liên tục hoặc gián đoạn thành tín hiệu lượng tử được

gọi là q trình lượng tử hóa.

Trên hình 1.1b là tín hiệu liên tục được lượng tử hóa từ tín hiệu trên hình 1.1a. Trên hình 1.2b

là tín hiệu rời rạc được lượng tử hóa từ tín hiệu trên hình 1.2a..

4.



Tín hiệu tương tự là tín hiệu liên tục có giá trị liên tục hoặc lượng tử.



Nhiều tài liệu gọi tín hiệu tương tự theo tiếng Anh là tín hiệu

Analog. Các tín hiệu liên tục trên hình 1.1a và 1.1b là tín hiệu tương tự.

5.



Tín hiệu xung là tín hiệu có giá trị hàm số đoạn loại một.



Tín hiệu xung có thể là tín hiệu liên tục hoặc rời rạc. Trên hình 1.1c là tín hiệu xung liên tục

một cực tính, còn trên hình 1.2 là các tín hiệu xung rời rạc.

6. Tín hiệu số là một nhóm xung được mã hóa theo giá trị lượng tử của tín hiệu tại các

thời điểm rời rạc cách đều nhau.



Mỗi xung của tín hiệu số biểu thị một bít của từ mã, nó chỉ có hai mức điện áp, mức thấp là

giá trị logic “0” , mức cao là giá trị logic “1”.



Bekhoe_Bedep



Số xung (số bít) của tín hiệu số là độ dài của từ mã. Tín hiệu số có 8 bít được gọi là một

byte, còn tín hiệu số có 16 bít bằng hai byte được gọi là một từ (hoặc gọi theo tiếng Anh là

word).

Nhiều tài liệu gọi tín hiệu số theo tiếng Anh là tín hiệu Digital. Tín hiệu số thường được mã

hóa theo mã nhị phân (Binary Code), mã cơ số tám (Octal Code), mã cơ số mười sáu

(Hexadecimal Code), mã nhị thập phân (Binary Coded Decimal), mã ASCII (American

Standard Code for Information Interchange) ....

Giá trị mã của tín hiệu số được gọi là số liệu (Data), nó chính là thơng tin chứa đựng trong tín hiệu.

Vậy số liệu là ánh xạ của tín hiệu số, do đó các tác động lên số liệu cũng chính là tác động lên tín

hiệu.

Trên hình 1.3 là đồ thị của tín hiệu số 4 bít có giá trị mã nhị phân tại thời điểm 0T là 0110 , tại 1T là

0011 , tại 2T là 1011 , ....

Bít 3

0



0



NT



1



0



NT



1



1



NT



Bít 2

Bít 1

Bít 0

0

0T



Bekhoe_Bedep



NT



1

1T



2T



3T



4T



5T



6T



Hình 1.3 : Đồ thị tín hiệu số bốn bit và mã nhị phân của nó.



Như vậy, tín hiệu số là tín hiệu rời rạc, có giá trị lượng tử và được mã hóa. Do đó có thể

biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu số, q trình đó được gọi là số hóa tín hiệu liên tục.

Q trình số hóa tín hiệu liên tục được thực hiện qua 3 bước là :

- Rời rạc hóa tín hiệu liên tục, hay còn gọi là lấy mẫu.

- Lượng tử hóa giá trị các mẫu.



x(t)



x(t)



- Mã

hóa giá trị lượng tử của các mẫu.

4

4



2



2 các tín hiệu tương tự và tín hiệu xung thành tín hiệu số 4 bít.

Trên hình 1.4 mơ tả q trình số hóa

t 1.4a), nhưng khi số hóa tín hiệu xung

0 hóa tín hiệu tương tự sẽt gây ra0 sai số lượng tử (xem hình

Khi số

x(nTngồi

)

T) về pha (xem hình 1.4b).

thì

sai số lượng tử còn có saix(n

số

4



4



2



n



0



x(nT)



2



nT



0



x(nT)

4



4



2



nT



0



Bít 3

0



nT



1



nT



0



nT



1



nT



Bít 2

Bít 1



2



nT



0



Bekhoe_Bedep

Bít 0



Bít 3



0



nT



1



nT



Bít 2

Bít 1

Bít 0



0

1



nT

nT



a.



Số hóa tín hiệu tương tự.



Hình 1.4



b.



Số hóa tín hiệu xung.



: Q trình số hóa tín hiệu liên tục.



Cả ba bước của q trình số hóa tín hiệu liên tục được thực hiện trên bộ biến đổi tương tự số, viết

tắt là ADC (Analog Digital Converter).

Để biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, sử dụng bộ biến đổi số tương tự, viết tắt là DAC

(Digital Analog Converter). Tín hiệu tương tự ở đầu ra của DAC có giá trị lượng tử như trên hình 1.1b .



1.1.2 Khái niệm và phân loại hệ xử lý tín hiệu

1.1.2a Khái niệm về xử lý tín hiệu và hệ xử lý tín hiệu



Bekhoe_Bedep



1. Xử lý tín hiệu là thực hiện các tác động lên tín hiệu như khuyếch đại, suy giảm, chọn

lọc, biến đổi, khôi phục .... giá trị và dạng của tín hiệu.

2.



Hệ xử lý tín hiệu là các mạch điện, các thiết bị, các hệ thống dùng để xử lý tín hiệu.



Vậy xử lý tín hiệu đồng nghĩa với gia cơng tín hiệu, và hệ xử lý tín hiệu thực hiện các

tác động lên tín hiệu theo một quy luật nhất định.

Hệ xử lý tín hiệu có thể chỉ là một mạch điện đơn giản, cũng có thể là những thiết bị hoặc

hệ thống phức tạp.

Mỗi hệ xử lý tín hiệu cho dù là đơn giản hay phức tạp đều có những đặc thù riêng phụ

thuộc vào loại tín hiệu mà nó xử lý. Các loại tín hiệu khác nhau cần có các hệ xử lý tín hiệu

khác nhau. Vì thế, việc phân tích và tổng hợp các hệ xử lý tín hiệu ln gắn liền với việc

nghiên cứu và phân tích loại tín hiệu mà nó xử lý.

1.1.2b Phân loại các hệ xử lý tín hiệu



Các hệ xử lý tín hiệu được phân loại theo nhiều cách khác nhau, ở đây trình bầy cách phân loại

theo tín hiệu mà nó xử lý.

1.



Hệ tương tự : (Analog System) Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu

tương tự.

Nhiều tài liệu gọi hệ tương tự theo tiếng Anh là hệ Analog.

2.



Hệ xung : (Impulse System) Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu xung.



Bekhoe_Bedep



Hệ xung còn có thể được gọi là hệ gián đoạn theo thời gian (Discrete-Time System).

3.



Hệ số : (Digital System) Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu số.



Các hệ số khơng có máy tính hoặc hệ thống vi xử lý, chỉ thực hiện xử lý tín hiệu số bằng

mạch phần cứng, thường được gọi là các mạch logic hoặc mạch số.

Các hệ số thực hiện xử lý tín hiệu số bằng phần mềm cần có máy tính hoặc hệ thống vi xử lý. Về

thực chất, việc xử lý tín hiệu số bằng phần mềm là xử lý các dãy số liệu, tức là xử lý số. Vì thế, có thể

coi các chương trình chạy trên máy tính là các hệ xử lý số liệu.



Trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số, người ta thường sử dụng thuật ngữ “ hệ xử lý tín hiệu số

“ (Digital Signal Processing System). hay ngắn gọn là ” hệ xử lý số “ (Digital Processing

System). Để ngắn gọn và bao hàm cả hệ xử lý tín hiệu số lẫn hệ xử lý số liệu, trong sách này

sử dụng thuật ngữ “ hệ xử lý số “.

4.



Hệ xử lý số tín hiệu : (Digital Processing System of Signal) Hệ xử lý số tín hiệu là các

mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý cả tín hiệu số lẫn tín hiệu tương tự bằng phương pháp số.

Như vậy, hệ xử lý số tín hiệu bao gồm cả hệ tương tự và hệ xử lý số.



Phần

tương tự

1



ADC



Bekhoe_Bedep



Phần

xử lý số



DAC



Phần

tương tự 2



Hình 1.5



: Sơ đồ khối của hệ xử lý số tín hiệu.



Sơ đồ khối của hệ xử lý số tín hiệu trên hình 1.5, trong đó phần tương tự 1 để xử lý tín hiệu

tương tự. Tín hiệu tương tự sau khi được số hóa bởi ADC trở thành tín hiệu số, và sẽ được xử lý

bởi phần xử lý số.

DAC thực hiện biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, và nó được xử lý tiếp bằng phần

tương tự 2. Như vậy, ADC và DAC là các phần tử nối ghép giữa phần tương tự và phần số của

các hệ xử lý số tín hiệu. Trong nhiều trường hợp, tín hiệu tương tự sau khi đã được xử lý số

không cần biến đổi trở về dạng tương tự, hệ xử lý số tín hiệu như vậy sẽ khơng có bộ biến đổi

DAC và phần tương tự 2.



Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của lĩnh vực xử lý tín hiệu số là các hệ xử lý số, cũng như

tín hiệu số và các dãy số liệu.



1.2

Dãy số

Dãy số được dùng để biểu diễn số liệu và tín hiệu số, cũng như để mơ tả hệ xử lý số, do đó trước hết cần

nghiên cứu về các dãy số và các phép toán trên chúng.

1.2.1 Các dạng biểu diễn của dãy số

Dãy số có thể được biểu diễn dưới các dạng hàm số, bảng số liệu, đồ thị, hoặc dãy số liệu. Dưới dạng hàm số,

dãy số x(n) chỉ xác định với đối số là các số ngun n, dãy số khơng xác định ở ngồi các giá trị nguyên n của đối số.

Ví dụ 1.1 : Dãy số x(n) được biểu diễn bằng

hàm số :

x (n )

1



Bekhoe_Bedep



n

-1 0



1



2



3



4



 1

x( n) 

 0



Khi n   0 , 3 

Khi n   0 , 3 



- Biểu diễn dãy số x(n) dưới dạng bảng số

liệu ở bảng 1.1.

Bảng 1.1

...

-3

-2

-1

0

1

-

n

0

0

0

0

1

1

x(n) 0



Hình 1.6 : Đồ thị dãy x(n)



2

1



3

1



4

0



5

0



...

0





0



- Biểu diễn đồ thị của dãy x(n) trên hình 1.6,





Hoặc:



x ( n) 



  (k ).x(n  k )   (n) * x(n)



[1.2-25]



k 



Chứng minh: Ln có x(k )  x(k ). (n  k ) với mọi k  (-  , ). Vì thế, khi lấy tổng các mẫu x(k) với k (-  , ),

nhận được [1.2-24] . Theo tính chất giao hốn của tích chập, từ [1.2-24] nhận được [1.2-25].

1.3



tín hiệu số



1.3.1 Biểu diễn và phân loại tín hiệu số

1.3.1a Biểu diễn tín hiệu số



Tín hiệu số là hàm của biến thời gian rời rạc x(nT), trong đó n là số ngun, còn T là chu kỳ rời rạc. Để thuận tiện cho

việc xây dựng các thuật tốn xử lý tín hiệu số, người ta chuẩn hóa biến thời gian rời rạc nT theo chu kỳ T, nghĩa là sử dụng biến

n = (nT/T). Khi đó, tín hiệu số x(nT) được biểu diễn thành dạng dãy số x(n), do đó có thể sử dụng các biểu diễn của dãy số để

biểu diễn tín hiệu số, cũng như sử dụng các phép toán của dãy số để thực hiện tính tốn và xây dựng các thuật tốn xử lý tín hiệu

số.



Bekhoe_Bedep



Giống như dãy số x(n), tín hiệu số có thể được biểu diễn dưới các dạng hàm số, bảng số liệu, đồ thị và dãy số

liệu. Người ta thường sử dụng biểu diễn tín hiệu số dưới dạng dãy số liệu có độ dài hữu hạn để xử lý tín hiệu số bằng

các chương trình phần mềm.

Các phép toán cơ bản được sử dụng trong xử lý tín hiệu số là cộng, nhân, nhân với hằng số, và phép trễ. Phép

dịch sớm có thể được sử dụng ở các hệ xử lý số bằng phần mềm trong thời gian khơng thực.

1.3.1b Phân loại tín hiệu số



Có thể phân loại tín hiệu số theo dạng của dãy x(n), như đã được

trình bầy ở 1.2. Một số loại tín hiệu số thường gặp là:

- Tín hiệu số xác định và ngẫu nhiên.

- Tín hiệu số tuần hồn và khơng tuần hồn.

- Tín hiệu số hữu hạn và vơ hạn.

- Tín hiệu số là dãy một phía.

- Tín hiệu số là dãy số thực.

- Tín hiệu số là dãy chẵn, và dãy lẻ.

- Tín hiệu số là dãy đối xứng, và dãy phản đối xứng.

Ngoài ra, theo giá trị năng lượng và cơng suất của tín hiệu số, người ta còn phân biệt hai loại tín hiệu số sau:

- Tín hiệu số năng lượng là tín hiệu số có năng lượng hữu hạn.

- Tín hiệu số cơng suất là tín hiệu số có cơng suất hữu hạn.



1.3.2 Các tham số cơ bản của tín hiệu số

1.3.2a Độ dài của tín hiệu số là khoảng thời gian tồn tại của tín hiệu tính bằng số mẫu.

Độ dài của tín hiệu số đặc trưng cho khoảng thời gian mà hệ xử lý số phải xử lý tín hiệu. Tín hiệu số có độ dài

hữu hạn hoặc vơ hạn được biểu diễn bằng dãy hữu hạn hoặc dãy vô hạn tương ứng. Độ dài hữu hạn của tín hiệu số

thường được ký hiệu là N (hoặc một chữ cái khác).

Tín hiệu số x(n) một phía hữu hạn có độ dài N được xác định với đối số n  [0 , (N - 1)] , và thường được ký

hiệu là x(n)N .

Tín hiệu số x(n) hai phía có độ dài hữu hạn (2N + 1) được xác định với đối số n  [-N , N].



Bekhoe_Bedep



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương một TÍN HIỆU SỐ VÀ HỆ XỬ LÝ SỐ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×