DSP

数字信号处理 DSP(一)

2019-07-13 10:40发布

由于这段时间接了一个音频处理的活,不得不找一些DSP(digital signal processing)的资料,尽管上学期学过通信原理,然则实际上却不曾深入,所以现在要近乎从头做起,实在辛苦。所幸假期还长,暂且随便记录这若干天的所得。其中,大部分资料来自于《THE SCIENTIST AND ENGINEER'S GUIDE TO DIGITAL SIGNAL PROCESSING》和《DAFX》。

Linear system

线性系统要求 homogeneity(同质) 和 additivity(可叠加).
同时,对于大多数的线性系统都有shift invariance(平移不变)
homogeneity(同质):
如果x[n]的输入引起了y[n]的输出,那么k*x[n]将会引起k*y[n]的输出 additivity(可叠加):
如果有输入x1[n] 引起了输出y1[n],输入x2[n] 引起输出y2[n];那么x1[n]+x2[n]将会引起y1[n]+y2[n]。 shift invariance(平移不变)
如果x[n]的输入引起了y[n]的输出,那么x[n+s]将会引起y[n+s]的输出,其中s,是常数。
shift invariance(平移不变)
由于linear system 的这些属性,我们可以用decomposition(解构)和synthesis(重构)来处理信号。
由于对于DSP来说,信号是离散的一个个sample,所以可以针对每一个点分别作出输出,再把它们加在一起,这种方法叫做Impulse Decomposition;也可以把一个信号拆成sin和cos的叠加,这种方法叫做Fourier Decomposition(对,就是那个虐人千百遍的傅里叶)。
今天就着重谈一下Impulse Decomposition,而要谈到它,就非要牵扯Convolution(卷积)不可。 Convolution(卷积)
卷积定义
提到卷积,简直是噩梦啊,什么时域上的卷积等于频域上的乘积,什么卷积表现了时间上的叠加,诸如此类,不胜枚举。那么,卷积究竟是什么?
根据以上对线性系统的分析,可以发现,只要有两个函数,就可以完全的描述线性系统,而这两个函数就是delta function 和 impulse response;
delta function 就是狄拉克函数,也就是除了零以外的点函数值都等于零,而其在整个定义域上的积分等于1。
而impulse response(冲击响应)就是指当输入是delta function 时一个线性系统的输出函数。
由以上线性系统的三条性质可知,在已知这两者的情况下,是可以针对每一个点输入求出与之对应的输出,最后求和。这种过程,就叫做卷积,用符号表示,就是*
看图
卷积
这是对离散的信号求卷积的例子。
对每一点求对应的输出,最后求和
回到标准的卷积定义,就是如上用积分定义的形式。众所周知的,积分表示求和,可以看到,它也是将一个信号先看成从原点的平移g(x-t)(shift invariance),之后乘以f(x)的值得到相应倍数的输出(homogeneity),最后求和(additivity)。
因此,离散信号的求卷积的算法也就跃然于纸上了 memset(y,0,sizeof(y)); for(int i=0;ifor(int j=0;j 其中,y代表最后求出的输出信号,x代表输入信号,h代表响应信号。INPUT_LEN代表输入信号长度,RESPONE_LEN表示响应信号长度。