《数字技术基础》课件

数字技术基础本课程将介绍数字技术的基础知识，包括数字信号处理、编码和解码、数字通信、计算机网络等课程简介课程目标课程内容掌握数字信号处理的基本理论和方法，并应用•数字信号的表示于实际工程问题•离散时间系统•数字滤波器•数字通信•多媒体技术教学方式考核方式课堂讲授、课后练习、实验实践平时成绩和期末考试成绩综合评定数字信号和数值系统数字信号处理数值系统数字信号和数值系统的关系数字信号处理是利用数字计算机对信号进数值系统是用来表示数字的符号体系，包数字信号处理和数值系统密切相关，数字行处理，包含信号采集、分析、处理和输括二进制、十进制、八进制和十六进制等信号通常用二进制表示，而数字信号处理出等步骤需要使用数值系统进行运算数字化的基本概念

11.模拟信号

22.数字信号模拟信号是连续变化的信号，数字信号是离散的信号，其幅其幅度和频率可以取任意值度和频率只能取有限个值

33.数字化过程

44.数字化优势将模拟信号转换为数字信号的数字化可以实现信号的存储、过程称为数字化传输和处理，并提高抗干扰能力数字信号的表示二进制编码1使用0和1表示数字信号.十进制编码2使用0到9的数字进行编码.其他编码3例如，BCD码、格雷码.数字信号可以通过多种方式表示最常见的表示方式是二进制编码，使用0和1来表示数字信号十进制编码也常用，它使用0到9的数字进行编码此外，还有其他编码方式，例如BCD码和格雷码，用于特定的应用场景模拟信号的数字化采样模拟信号在时间上离散化，以一定的时间间隔对信号进行采样量化将采样后的离散信号值转换为有限个离散值，每个离散值对应一个量化级别编码将量化后的离散值用二进制代码表示，形成数字信号量化和编码量化编码量化是将模拟信号的幅度值转换为离散编码是将量化后的数字值转换为二进制的数字值的过程码的过程将连续的模拟信号的幅度值映射到有限用二进制码来表示每个量化级别，以便个离散级别，从而实现信号的数字化于存储、传输和处理数字信号数字信号的基本性质离散性量化误差数字信号在时间和幅度上都是离由于量化过程的限制，数字信号散的，只有有限个取值不可避免地存在量化误差抗干扰性可再生性数字信号的抗干扰性强，可以有数字信号可以被无限次地复制和效抵抗噪声和失真再生，而不会损失信息离散时间系统定义应用离散时间系统处理离散时间信号系统输入和输出都是离散时间信号，由一系列在特定时间点采样的值组成离散时间系统广泛应用于数字信号处理、通信系统、控制系统等领域123分类离散时间系统可以是线性或非线性，时不变或时变，因果或非因果采样定理和别赫宁采样

11.采样定理

22.别赫宁采样采样定理指出，要准确地从离别赫宁采样是一种特殊类型的散采样数据中恢复原始模拟信采样，它使用一个sinc函数号，采样频率必须大于或等于作为采样信号，可以达到理想信号最高频率的两倍的采样效果，但实际应用中难以实现

33.实际应用实际应用中，通常采用高于采样定理要求的采样频率来保证信号的重建质量，并使用各种抗混叠滤波器来防止信号混叠变换基础z-z-变换定义复频域分析z-变换表z-变换将离散时间信号转换为复频域表示z-变换将离散时间信号转换为复频域，方z-变换表列出了常见信号的z-变换形式，，类似于拉普拉斯变换在连续时间信号中便分析系统特性，如稳定性、频率响应和简化了计算过程，便于快速进行信号处理的作用极点零点离散时间傅里叶变换定义应用离散时间傅里叶变换（DTFT）是将离散时间信号转换为频率域DTFT在数字信号处理中有着广泛的应用，例如信号分析、滤波的表示方法它将信号分解成一系列不同频率的正弦波器设计和频谱估计等离散傅里叶变换和快速傅里叶变换DFT与FFTDFT将时域信号转换为频域信号，FFT是DFT的快速算法数字信号处理广泛应用于信号分析、滤波、压缩、图像处理等领域高效计算FFT算法显著提高了DFT的计算速度，在实际应用中非常重要数字信号处理系统系统结构处理单元包括模拟信号采集、数字信号处核心是数字信号处理器DSP，理和数字信号输出等环节执行各种数字信号处理算法，例如滤波、频谱分析和变换功能模块包含模数转换器ADC、数模转换器DAC和各种存储器、控制逻辑数字滤波器的基本原理滤波器定义滤波器的类型滤波器的应用数字滤波器是一种用于处理数字信号常见的数字滤波器类型包括低通滤波数字滤波器广泛应用于各种信号处理的系统，它可以通过改变信号的频率器、高通滤波器、带通滤波器和带阻应用中，例如语音处理、图像处理、成分来改变信号的特性滤波器通信系统和医学成像有限脉冲响应滤波器

11.有限冲激响应

22.线性相位FIR滤波器的输出仅取决于有FIR滤波器可以很容易地设计限数量的输入样本，因此响应成具有线性相位响应，这对于是有限的某些信号处理应用至关重要

33.稳定性

44.实现FIR滤波器始终是稳定的，因FIR滤波器可以使用数字信号为它们的冲激响应是有限的，处理技术有效地实现，并且可这意味着它们不会产生无限的以实现各种滤波器特性输出无限脉冲响应滤波器无限脉冲响应输出信号依赖于输入信号的当前值和过去的输入值反馈结构滤波器包含一个反馈回路，将输出信号反馈到输入端递归计算滤波器使用递归公式来计算输出信号多速率信号处理采样率转换1上采样和下采样多速率滤波器2匹配不同采样率多速率系统3高效处理数据多速率信号处理技术通过调整信号采样率来优化性能上采样增加采样率，提高频率分辨率；下采样降低采样率，减少数据量多速率滤波器用于在不同采样率之间转换信号，确保信号质量不受影响数字信号处理应用实例数字信号处理在现代科技领域发挥着至关重要的作用，广泛应用于通信、医疗、图像处理等领域例如，在医疗影像处理中，数字信号处理技术可以提高图像质量，去除噪声，增强细节，帮助医生更准确地诊断疾病数字通信基础信号传输数据传输传输媒介数字通信将信息转换为数字信号，以便通数字通信系统可以传输语音、视频、数据数字通信系统使用各种媒介传输信息，例过通信信道进行传输等各种信息如电缆、无线电波、卫星等数字调制技术调制概述调制方法将数字信号转换为适合信道传输的模拟信号的过程•幅度调制（ASK）•频率调制（FSK）数字调制技术将数字信号的比特流转换为模拟信号，以便通过模拟信道传输•相位调制（PSK）•正交幅度调制（QAM）信道编码技术

11.纠错编码

22.检错编码通过添加冗余信息，纠正传输检测传输过程中出现的错误，过程中出现的错误，保证数据但不纠正错误，发送端需要重传输的可靠性新发送数据

33.编码类型常见的信道编码类型包括线性分组码、卷积码、Turbo码等数字通信系统分析信道容量分析研究不同信道条件下所能传输的最大信息量信号压缩编码技术减少数据量提高传输速度压缩编码技术能够有效减少数据压缩编码技术能够加快数据的传存储和传输所需的带宽，提高效输速度，尤其在网络传输和无线率和节省资源通信中尤为重要增强存储容量压缩编码技术能够有效地提高存储设备的存储容量，减少存储空间的占用图像与视频的数字表示数字图像和视频是现代数字技术的重要组成部分，它们使用数字信号来表示视觉信息图像和视频信号的数字化需要将模拟信号转换为数字信号，并使用数字数据来存储和处理它们数字图像通常使用二维矩阵来表示，每个像素对应一个数字值，代表该点的亮度或颜色视频则是由一系列图像帧组成的，每一帧都是一张数字图像，帧之间的时间间隔决定了视频的播放速率图像与视频压缩编码有损压缩无损压缩视频压缩例如JPEG，利用人眼视觉特性，丢弃部分例如PNG，不丢失任何原始信息，压缩比例如H.264，利用视频帧间冗余和空间冗信息，提高压缩比，降低存储空间和传输较低，适用于需要保持图像质量的应用余进行压缩，提高压缩效率带宽需求多媒体技术应用音乐视频音乐播放器和流媒体服务，例如视频流媒体平台，例如YouTube和Spotify和Apple MusicNetflix移动设备计算机智能手机、平板电脑等，支持多种多个人电脑和笔记本电脑，用于多媒体媒体功能内容的创作、编辑和播放数字信号处理典型硬件平台专用数字信号处理器现场可编程门阵列图形处理单元微控制器DSP芯片专门设计用于高效执FPGA提供高度灵活的硬件配置GPU以并行计算能力著称，可微控制器通常与传感器接口，行数字信号处理算法，适用于定制数字信号处理系加速密集的数字信号处理任务用于采集和处理信号统未来数字技术发展趋势人工智能量子计算人工智能将继续发展，应用场景更加广泛深量子计算拥有巨大的潜力，有望解决经典计算度学习等技术将推动人工智能在各个领域实现无法解决的问题未来将在医疗、材料科学等突破领域发挥重要作用虚拟现实和增强现实区块链技术虚拟现实和增强现实技术将更加成熟，应用场区块链技术将继续发展，应用场景将更加广泛景将更加丰富，如游戏、教育、医疗等，如金融、供应链、数字资产等课程总结回顾知识展望未来本课程系统讲解了数字技术基础，涵盖数字技术正以前所未有的速度发展，推数字信号、数字系统、数字通信和多媒动着社会进步和产业变革体技术等重要内容未来，我们将继续学习和探索数字技术深入理解数字信号的表示、处理和传输，为科技进步和社会发展贡献力量原理，掌握数字信号处理的基本方法和应用。