Nội dung bao gồm: Các khái niệm về DSP; Hệ thống xử lý số tín hiệu; Biểu diễn tín hiệu rời rạc và hệ thống trong miền thời gian; Biểu diễn hệ thống rời rạc trong miền Z; Phân tích tần số
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
Học phần: XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ
(Digital Signal Processing)
- Mã số: CT144
- Số Tín chỉ: 03 + Giờ lý thuyết: 30
+ Giờ thực hành/bài tập/đồ án/:0/15/0
Trang bị cho sinh viên các kiến thức và ứng dụng của DSP Nội dung bao gồm: Các khái niệm về DSP; Hệ thống xử lý số tín hiệu; Biểu diễn tín hiệu rời rạc và hệ thống trong miền thời gian; Biểu diễn hệ thống rời rạc trong miền Z; Phân tích tần số của tín hiệu rời rạc; Biểu diễn và phân tích hệ thống rời rạc trong miền tần số; Thiết kế các bộ lọc FIR, IIR Kỹ năng: Vận dụng được các phương pháp biểu diễn, phân tích và xử lý
số tín hiệu, phân tích và thiết kế hệ thống rời rạc, mà trọng tâm là lọc số Tìm giải thuật để thực hiện các hệ thống số
1 Thông tin giảng viên
Tên giảng viên: GVC-ThS ĐOÀN HÒA MINH
Tên người cùng tham gia giảng dạy: GV-ThS TRẦN THANH TÒNG
GV-CN NHAN VĂN KHOA Đơn vị: Khoa Công nghệ Thông tin & Truyền thông, trường Đại học Cần Thơ Điện thoại: +84-71-831301
E-mail: dhminh@cit.ctu.edu.vn
tttong@cit.ctu.edu.vn nvkhoa@cit.ctu.edu.vn
2 Học phần tiên quyết:
Toán kỹ thuật (CT138)
Kỹ thuật Vi xử lý (CT141)
3 Nội dung
3.1 Mục tiêu: Môn học này nhằm trang bị cho sinh viên:
Kiến thức:
hiệu
thống rời rạc, mà trọng tâm là lọc số
Kỹ năng:
hệ thống số
3.2 Phương pháp giảng dạy:
Giảng lý thuyết kết hợp với bài tập và bài tập lớn
3.3 Đánh giá môn học:
- Bài tập lớn: 10%
- Kiểm tra giữa kỳ: 30%
Trang 2- Thi kết thúc: 60%
4 Đề cương chi tiết:
buổi Chương 1: Mở đầu
1.1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC
1.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.3.1 Tín hiệu –Tín hiệu số (Định nghĩa tín hiệu, phân loại tín
hiệu) 1.3.2 Các hệ thống xử lý tín hiệu
1.4 HỆ THỐNG XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
1.4.1 Biến đổi A/D (Analog-to-Digital Conversion)
1.4.2 Biến đổi D/A (Digital to Analog Conversion)
1.4.3 Hiện tượng biệt danh (Aliasing)
1.4.4 Định lý lấy mẫu
1.5 SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA DSP
1.6 SỰ KHÁC NHAU GIỮA MỘT BỘ DSP VÀ MỘT BỘ XỬ LÍ
CHUNG 1.7 CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA DSP
6t – 2b
CHƯƠNG 2: BIỂU DIỄN TÍN HIỆU RỜI RẠC VÀ HỆ
THỐNG RỜI RẠC TRONG MIỀN THỜI GIAN
2.1 TÍN HIỆU RỜI RẠC – DÃY (SEQUENCES)
2.1.1 Thời gian rời rạc chuẩn hóa
2.1.2 Cách biểu diễn tín hiệu rời rạc
2.1.3 Các tín hiệu rời rạc cơ bản
2.1.4 Các phép toán cơ bản của dãy
2.1.5 Tín hiệu công suất và tín hiệu năng lượng
2.2 HỆ THỐNG THỜI GIAN RỜI RẠC
2.2.1 Khái niệm
2.2.2 Đáp ứng xung (impulse response) của một hệ thống rời rạc
2.2.3 Biểu diễn hệ thống bằng sơ đồ khối
2.2.4 Phân loại hệ thống rời rạc
2.3 HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH BẤT BIẾN
2.3.1 Khái niệm
2.3.2 Tổng chập (convolution sum)
2.3.3 Các hệ thống LTI đặc biệt
2.3.3.1 Hệ thống LTI ổn định 2.3.3.2 Hệ thống LTI nhân quả 2.3.3.3 Hệ thống FIR và hệ thống IIR 2.3.3.4 Hệ thống đảo (Inverse systems) 2.4 PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUYẾN TÍNH HỆ SỐ HẰNG
(LCCDE: Linear Constant-Coefficient Difference Equations) 2.4.1 Khái niệm
2.4.2 Nghiệm của LCCDE
2.5.3 Hệ thống rời rạc đệ qui và hệ thống rời rạc không đệ qui
2.5 TƯƠNG QUAN CỦA CÁC TÍN HIỆU RỜI RẠC
2.5.1 Tương quan chéo (crosscorrelation)
2.5.2 Tự tương quan (autocorrelation)
2.5.3 Một số tính chất của tương quan chéo và tự tương quan
9t – 3b
Trang 3CHƯƠNG 3: BIỂU DIỄN HỆ THỐNG RỜI RẠC TRONG
MIỀN Z
3.1 GIẢI PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUYẾN TÍNH HỆ SỐ
HẰNG
3.2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG LTI TRONG MIỀN Z
3.2.1 Hàm truyền đạt - Đáp ứng của hệ thống cực - zero nghỉ
3.2.2 Đáp ứng của hệ thống cực-zero với điều kiện đầu khác 0
3.2.3 Sự kết nối của các hệ thống LTI
3.2.4 Đáp ứng quá độ và đáp ứng xác lập
3.2.5 Hệ thống ổn đỊnh và nhân quả
3.3 THỰC HIỆN HỆ THỐNG RỜI RẠC
3.3.1 Mở đầu
3.3.2 Hệ thống IIR
3.3.3 Hệ thống FIR
6t – 3b
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TẦN SỐ CỦA TÍN HIỆU RỜI RẠC
4.1 MỞ ĐẦU
4.2 CÁC ĐẶC TÍNH TẦN SỐ CỦA TÍN HIỆU RỜI RẠC
4.2.1 Tín hiệu tương tự tuần hoàn hình sin
4.2.2 Tín hiệu rời rạc tuần hoàn hình sin
4.2.3 Mối liên hệ của tần số f của tín hiệu tương tự xa(t)
và tần số f của tín hiệu rời rạc x(n) được lấy mẫu từ xa(t) 4.2.4 Các tín hiệu hàm mũ phức có quan hệ hài
4.3 PHÂN TÍCH TẦN SỐ CỦA TÍN HIỆU RỜI RẠC
4.3.1 Chuỗi Fourier của tín hiệu rời rạc tuần hoàn
4.3.2 Phổ mật độ công suất của tín hiệu rời rạc tuần hoàn
4.3.3 Phân tích tần số của tín hiệu rời rạc không tuần hoàn
4.3.4 Phổ mật độ năng lượng của tín hiệu rời rạc không tuần
hoàn 4.3.5 Các tính chất của DTFT
4.4 LẤY MẪU TÍN HIỆU TRONG MIỀN THỜI GIAN VÀ MIỀN
TẦN SỐ
4.4.1 Lấy mẫu trong miền thời gian và khôi phục tín hiệu tương
tự 4.4.2 Lấy mẫu trong miền tần số và khôi phục tín hiệu rời rạc
4.5 BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC (DFT : Discrete Fourier
Transform)
4.5.1 Khái niệm
4.5.2 Quan hệ giữa DFT và các biến đổi khác
4.5.3 Các tính chất của biến đổi Fourier rời rạc
6t – 2b
CHƯƠNG 5: BIỂU DIỄN VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG RỜI
RẠC TRONG MIỀN TẦN SỐ
5 1 KHÁI NIỆM
5.1.1 Đáp ứng tần số của hệ thống LTI
5.1.2 Đáp ứng biên độ và đáp ứng pha
5.1.3 Cách tính hàm đáp ứng tần số
5.2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG LTI TRONG MIỀN TẦN SỐ
5.2.1 Đáp ứng của hệ thống LTI với kích thích là tín hiệu mũ
phức 5.2.2 Đáp ứng của hệ thống LTI với kích thích là tín hiệu hình
sin 5.2.3 Đáp ứng quá độ và đáp ứng xác lập của hệ thống LTI với
6t – 2b
Trang 4kích thích hình sin hoặc hàm mũ phức 5.2.4 Đáp ứng xác lập của hệ thống LTI với kích thích tuần hoàn
5.2.5 Đáp ứng của hệ thống LTI với kích thích là tín hiệu không
tuần hoàn chiều dài hữu hạn 5.3 HỆ THỐNG LTI VÀ MẠCH LỌC SỐ
5.3.1 Mạch lọc chọn tần lý tưởng
5.3.2 Tính không khả thi của bộ lọc lý tưởng
5.3.3 Mạch lọc thực tế
5.3.4 Qui trình thiết kế mạch lọc số
5.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ BẰNG CÁCH ĐẶT CÁC CỰC
VÀ ZERO TRÊN MẶT PHẲNG PHỨC Z 5.4.1 Lọc thông thấp, thông cao và thông dải
5.4.2 Bộ cộng hưởng số (Digital resonator)
5.4.3 Bộ lọc dải khấc (Notch filter)
5.4.4 Bộ lọc răng lược (Comb filters)
5.4.5 Bộ lọc thông tất (All-pass filters)
5.4.6 Bộ dao động sin số
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR
6.1 THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR PHA TUYẾN TÍNH DÙNG CỬA SỔ
6.1.1 Nguyên tắc
6.1.2 Các bước chính của phương pháp cửa sổ
6.1.3 Cửa sổ chữ nhật
6.2 THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR PHA TUYẾN TÍNH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU TRONG MIỀN TẦN SỐ 6.2.1 Điều kiện đối xứng h(n) = h(M-1-n)
6.2.2 Điều kiện đối xứng h(n) = -h(M-1-n)
6.2.3 Xác định chọn đáp ứng xung
6.2.4 Công thức tính h(n)
6.3 THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR PHA TUYẾN TÍNH CÓ ĐỘ GỢN
KHÔNG ĐỔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẶP 6.4 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR
PHA TUYẾN TÍNH
6t – 2b
CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ IIR
7.1 THIẾT KẾ BỘ LỌC IIR TỪ BỘ LỌC TƯƠNG TỰ
7.1.1 Nguyên tắc
7.1.2 Thiết kế bộ lọc IIR bằng phương pháp tương đương vi
phân 7.1.3 Thiết kế bộ lọc IIR bằng phương pháp bất biến xung
7.1.4 Thiết kế bộ lọc số IIR bằng phép biến đổi song tuyến
7.1.5 Thiết kế bộ lọc số IIR bằng biến đổi z_tương thích
7.2 ĐẶC TÍ NH CỦA CÁC BỘ LỌC TƯƠNG TỰ THÔNG DỤNG
7.2.1 Bộ lọc Butterworth
7.2.2 Bộ lọc Chebyshev
7.3 CHUYỂN ĐỔI TẦN SỐ
7.3.1 Chuyển đổi tần số trong miền tương tự
7.3.2 Chuyển đổi tần số trong miền số
6t – 2b
5 Tài liệu của học phần:
[1] Đoàn Hoà Minh - GIÁO TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ - Bộ môn Viễn Thông &
Kỹ thuật Điều khiển - Khoa Công Nghệ Thông Tin & Truyền thông - Đại Học Cần Thơ – 2001&2003
Trang 5[2] Đoàn Hoà Minh - GIÁO TRÌNH THỰC TẬP XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ - Bộ môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa Công Nghệ Thông Tin & Truyền thông - Đại Học Cần Thơ – 2005
[3] Jonh G Proakis - INTRODUCTION TO DIGITAL SIGNAL PROCESSING - Macmillan Publishing Company - 2001
[4] Hồ Văn Sung - XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ - PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG KẾT HỢP VỚP MATLAB - Tập 1&2 – NXB Giáo Dục – 2003
[5] Nguyễn Quốc Trung - XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ LỌC SỐ TẬP 1&II- NXB Khoa Học Kỹ Thuật – 1999 & 2001
[6] John G.Proakis, Dimitris G Manolakis - INTRODUCTION TO DIGITAL SIGNAL PROCESSING - Macmillan Publishing Company - 1988
[7] Emmanuel C Ifeachor, Barrie W Jervis – DIGITAL SIGNAL PROCESSING A PRACTICAL APPROACH – Second edition - Prentice-Hall, Inc.- 2002
[8] Edmund Lai – PRACTICAL DIGITAL SIGNAL PROCESSING FOR ENGINEERING AND TECHNICIANS – Newnes – 2004
[9] THE STUDENT EDITION OF MATLAB - Math Works - Prentice-Hall, Inc
ThS Đoàn Hoà Minh