導語：如何才能寫好一篇數字信號論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

全橋逆變器采用的是絕緣柵雙極晶體管，控制方式為有限雙極性控制[4]，如圖2所示。全橋逆變器的工作原理為：接通任一橋臂的兩個絕緣柵雙極晶體管，如IGBT1和IGBT3，接通時間ton，其值為DTs/2，（D為占空比，Ts為交替接通周期）。另一橋臂的晶體管IGBT2和IGBT4依次接通Ts/2。除IGBT1與IGBT4同時接通或IGBT2與IGBT3同時接通外，高頻變壓器的一次電壓和輸出電壓均為零。受負載電感的影響，負載處在一個交替接通周期內可以形成穩定的恒定電流。脈寬調制脈沖的寬度和負載的性質共同決定了負載電流的大小。在晶體管IGBT2和IGBT4的脈寬調制波形設置一個死區時間，以防所有開關管同時接通而產生短路。輸出電流的調節通過IGBT1和IGBT3驅動信號的脈寬調節。

2數字脈寬調制

作為逆變電路的核心，輸入信號經脈寬調制器與給定值比較后，轉變為具有一定占空比的脈沖信號輸出并驅動電路，進而對整個逆變電源的輸出進行調整和控制。數字信號處理器中自帶有脈寬調制模塊，該模塊中具有8個I/O引腳，組成編號為PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L、PWM3H/PWM3L、PWM4H/PWM4L的4個高/低端引腳對，并分別由4個占空比發生器控制。I/O引腳對低端與高端的狀態在負載互補時恰好相反。脈寬調制模塊具有4種工作模式，能夠實現有限雙極性控制。數字脈寬調制流程如圖3所示，其工作模式由脈寬調制時基控制寄存器設定。引腳對PWM1H/PWM1L設置為遞增/遞減模式時，可以控制全橋逆變器中的晶體管IGBT2和IGBT4；引腳對PWM2H/PWM2L設置為雙更新模式時，可以控制全橋逆變器中的晶體管IGBT1和IGBT3。無論何種工作模式，脈寬調制的定時周期均通過控制寄存器實現。IGBT2和IGBT4的占空比由占空比寄存器1設定，并在有限雙極性控制模式下設置為1；IGBT1和IGBT3的占空比由占空比寄存器2設定，并在有限雙極性控制模式下不斷更新，其更新數據由PI控制模塊根據反饋電流或電壓計算得到。脈寬調制時基控制寄存器的值在實時控制過程中不斷增加，并不斷與占空比寄存器的值進行比較，直至兩者相等時輸出脈寬調制信號，并通過設置置位比較控制寄存器將輸出信號分為低有效和高有效。通過設置脈寬調制模塊自帶死區時間發生器的控制位，可以為PWM1H/PWM1L的死區時間設置插入位置和大小。2.3PI調節對于對象為慣性環節或滯后環節的連續控制系統，理想的控制方法是比例+積分（PI）控制，以保證系統穩定后不會出現穩態誤差。由于高頻逆變電源的對象為二階慣性環節，因此適于采用增量式PI控制[5]。在由數字信號處理器控制的逆變電路中，采用軟件得到的高頻方波信號具有精準的占空比和頻率，如圖4所示。圖中Ig和If分別為基準電流和實測電流，e為兩者的差值，即電流偏差，Ig為數字信號處理器產生的方波電流。PI調節的執行機構和控制對象分別為脈寬調制模塊和全橋逆變電路。即將電流偏差e輸入PI控制器，由脈寬調制模塊輸出脈沖信號，以調節逆變電路的交替接通，進而控制電流。

3實驗研究

篇2

教學中要注重教學方法和手段的推陳出新，充分調動學生的積極性和創造性，強調基本概念和原理的正確理解，教學中應特別注意以下幾個方面。

(一)優化教學方法上好“緒論”課，以知識的應用提升學生學習興趣。目前，有相當一部分學生“信號與系統”學得不好，主要原因是學習積極性不高，看到滿篇的公式就害怕，由此對課程學習失去信心。針對這種情況，教師要在提高學生學習興趣和主動性方面下功夫。教師需用啟發式教學取代以教師、課堂、課本為中心的灌輸式教學。可利用“緒論”課激發學生學習熱情:利用多媒體著重介紹數字信號處理在通信、語音和圖像處理等領域的應用實例，如，手機的DSP芯片、門禁系統、心電信號濾波、數字圖像處理、視頻監控、微信等，讓學生明白該課程的重要性及其應用領域，提升學生對數字信號處理的興趣與學習積極性。在教學過程中靈活設置教學情境，增加互動環節，多做一些設計性實驗，拓展思維、增強信心。淡化公式推導，著重強調概念的物理意義和聯系。由于教材中大部分定理和結論是通過推導得出的，一些學生過于注重公式推導或證明。其實，授課時只需詳細推導典型公式，把一些重要的公式講清楚，類似的內容可讓學生課后自學。課堂上教師要盡可能淡化推導和解題技巧，強調所得出結論的物理意義和工程應用，將抽樣、頻譜分析、濾波等工程應用案例穿插于理論教學中，讓工程應用成為“數字信號處理”教學中的主線，做到數學概念、物理意義、工程應用三者并重，［4］提高學生學習這門課程的興趣，增強學習的目的性和主動性。突出重難點，靈活采用多種教學方法。教學過程中分清主次，重難點內容重點講、詳細講，較簡單的或應用不多的內容則少講或讓學生自學。教師根據教學內容靈活選取不同的教學方法，如案例法、比喻法、對比法等，［5］通過分析和歸納總結的方式優化教學方法，分解復雜問題。如，講授線性卷積時，將待卷積的兩個序列看作站成兩排等待領導接見的群眾，而卷積運算過程相當于領導和所接見群眾依次握手的過程。教師要善于運用幽默形象的語言和高超的藝術，把抽象而枯燥無味的知識變得生動有趣。巧用對比法。對比法能潛移默化地引導學生將相近或相似的概念和方法進行小結、比較和分析，不僅能更好地理解不同內容之間的共性和個性，而且能夠培養發散思維能力，提高學習效率，如圖2，將ZT、DFS、DTFT、DFT幾種變換通過圖表來比較，清晰地展現常見變量間的關系，避免混淆。為了讓學生對所學知識之間的聯系、用途有清晰的認識，可利用“知識樹”的形式把每個章節的重點層層分解，將所學知識點和應用聯系起來，便于歸納和總結(如圖2)。講解IIR和FIR濾波器設計時，先向學生講清為什么要設計數字濾波器、有哪些應用、設計數字濾波器需要用到哪些知識。這樣，學生會自然而然地把所學知識點聯系起來。關注師生交流和信息反饋，重視因材施教。教師要根據不同專業和學生基礎等方面的差異，在講課方式和側重點上有所區別。教師要及時掌握學生的學習動態，調整教學內容和方法，幫扶“學困生”，提升“優等生”。

(二)改革課堂教學模式傳統與現代教學手段并用。運用多媒體教學能使抽象難懂的教學內容形象化、直觀化，提高教學效率。［6］但在實際的“數字信號處理”課程教學中，過多地采用多媒體教學，教學效果并不理想。課堂中靈活運用黑板板書、多媒體課件、Matlab或LabView軟件演示，可增強師生互動。［7］難一點的公式推導和證明，仍然采用傳統板書方式教學，盡量放慢講課節奏，留給學生充裕的思考時間，達到深刻理解的目的。對于比較抽象的概念、原理或結論，如信號采樣及恢復、頻譜分析、循環卷積等，可借助多媒體技術將教學內容生動、形象、高效地展示在學生面前，讓學生更清晰地理解其物理意義。建設網絡或視頻資源共享平臺也可避免多媒體教學課堂容量大、教學內容難消化的問題。課后，讓學生登陸網絡課程，彌補大班教學人數過多造成的師生溝通不便、信息反饋通道不暢的問題;通過網絡答疑、討論和激勵制度激發學生學習興趣和主動參與性。建立“學習共同體”教學模式。“學習共同體”是指由學習者及助學者(包括教師、專家、輔導員等)共同構成的團體。［8］共同體成員在學習過程中經常溝通、交流，分享學習資源，共同完成特定學習任務，形成相互影響、相互促進的學習組織。在大班教學中建立學習共同體，在課堂教學中形成師生互教、互學的互動關系，教師在教學過程中給學生自主學習的空間，學生根據所接受的任務去發現、思考和解決問題，增進協作和互動，激發學習主動性，從而改善課堂教學效果，提高學習效率。

(三)強化實踐教學，高度重視學生實踐能力的培養應用型人才培養應始終堅持理論與實踐并重的原則。理論教學只是學習該門課程的一部分，將所學理論知識應用于實踐，才能達到學以致用的目的。為此，必須加強實踐教學環節。運用仿真軟件教學。仿真軟件Matlab和Labview以其編程和調試簡單、代碼短、效率高等特點深受廣大教學和科研人員的歡迎，［9］廣泛應用于控制系統、系統仿真等領域。結合幾年來“數字信號處理”課程的授課經驗，在課程中引入Matlab和Labview軟件，讓學生動手完成系統設計和仿真，拓展實驗教學的深度和廣度，有助于增強學生學習成就感，培養學生的創新能力和設計能力。CCS是TI公司推出的DSP軟件集成開發環境，它運用圖形接口界面，提供工程管理和編輯工具。教師可以用2學時介紹DSP結構、開發環境、DSP系列及其應用實例。通過了解DSP仿真軟件CCS，為后續的DSP課程設計教學奠定基礎。優化實驗教學內容和改革實驗教學手段，加強教學內容和工程應用的融合。“數字信號處理”教學應堅持以實踐性和應用性為教學目的，分層設計實驗，優化實驗內容，盡量減少驗證性實驗，增加綜合性、設計性、創新性、開放性實驗教學內容。革除填鴨式教學，開展“項目導向、任務驅動、案例教學”的教學模式，結合學生情況，創設情境，教師提出任務，學生邊學邊練，完成自主學習任務，充分培養學生的再學習和主動學習的能力。［10］針對每一章的具體內容，在講授理論知識之前先給學生一個具體的工程應用例子，提出問題，引導學生積極開動腦筋，督促學生課后以小組為單位主動查找相關資料，提出解決問題的方法和思路。如，在講授數字濾波器之前，教師可設計數字濾波器對心電信號進行去噪處理。同時，教師可以電子設計大賽等學科競賽為契機，以畢業設計為導向，有意識地引導學生進行創新性課題的研究，深入掌握信號處理理論，增強工程應用能力和團隊合作精神，做到學以致用。

二、考核方式的改革

篇3

一取樣過程產生的信號損傷

在取樣的過程中對信號造成的損傷主要有：孔闌效應、混疊效應、過沖和振鈴。為了說明這些損傷所產生的原因，我們在以下敘述中給出分析結果。

取樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。根據奈奎斯特取樣定理：對于最大頻率為fm的信號f(t)，當取樣頻率fs不低于2fm時，由截止頻率為fm矩形低通濾波器可以從取樣信號中完全恢復原信號。但實際的物理過程與數字模型有不同的工程結果。

1.孔闌效應

在數學模型的理想化狀態下理想的取樣脈沖寬度為無窮窄，取樣情況及其頻域情況如圖一所示，但在實際設備中取樣脈沖只能是有限寬度的脈沖，它的取樣情況及其頻域情況如圖一所示，很顯然具有不等于零的實際的有限寬度的取樣脈沖所引起的孔闌效應會產生高頻衰落。

由于信號的高頻部分反映的是視頻圖象的細節，因此高頻衰落會導致視頻畫面的細節模糊。針對這種情況實際工程中一般采用在將數字信號恢復成模擬信號以后通過提升高頻的辦法對這種失真進行補償和校正。一般來講,由于取樣信號的頻率fs必須滿足fs>2fm,而為了減少孔闌效應要求取樣脈沖的寬度τ盡量小,因此要滿足τ遠遠小于取樣信號的周期T,即取樣信號的脈沖寬度要滿足1/τ>>2fm。

2．混疊效應

在實際應用中，為滿足奈奎斯特定理在取樣之前應使用截止頻率為取樣頻率一半的濾波器對原信號進行濾波，濾除可能產生頻譜混疊的高頻成分，以保證新處理的信號是一個有限帶寬的處理信號。理想低通濾波器特性如圖二所示，但實際的低通濾波器性能如圖三所示，因此為了盡量濾除大于1/2fc的頻率成分，就要選擇多階濾波器。如果濾波器的階數不足以達到濾除1/2fc以上的高頻分量，會引起恢復的信號中頻譜混疊效應。混疊效應在視頻圖象上表現為一種被稱為morie的漣漪狀的干擾。

3．過沖和振鈴

在保證有效的消除混疊效應時，在上述情況已建議采用多階濾波器以滿足濾波器的帶外特性，但是取樣前的低通濾波器如果階數太大，會引起過沖和振鈴從而造成恢復的視頻信號過渡的邊沿不清晰。

針對以上兩種信號損傷造成的矛盾，主觀上選用階數少的濾波器會有利一些，因為頻譜混疊效應只有在圖象有超過二分之一取樣頻率以上分量時，特別是有單頻分量時才會明顯感覺到，因此是偶發事件。但過沖和振鈴效應卻是只要有過渡邊沿就回出現的經常性現象。因此就主觀感覺來說，減少過沖和振鈴留有一些混疊相對來講更有利一些。一般工程上出于平衡考慮取樣頻率選為fc=(2.2---2.5)fm。

另外為克服這一矛盾的方法是采用過抽樣方式，即在抽樣時用兩倍抽樣頻率抽樣，這時頻譜按兩倍抽樣頻率周期重復，重復頻譜中心頻率之間的間隔比正常情況大一倍，如圖四所示。這時抽樣前的濾波相對簡單，可以用階數少、頻率特性緩降的無振鈴濾波器，然后在數字域用線形相位濾波器進行二分之一抽取濾波器恢復到原抽樣頻率樣值。另外，在此過程中，取樣頻率增加了一倍，因此取樣脈沖的寬度只有原來的一半，從而也起到了減少孔闌效應的作用。

二量化誤差所帶來的信號損傷

取樣過程是把模擬信號變成了時間上離散的脈沖信號，量化的過程則是進行幅度上的離散化處理。因此在時間軸的任意一點上量化后的信號電平與原模擬信號電平之間在大多數情況下總是存在有一定的誤差，量化所引入的誤差是不可避免的同時也是不可逆的，由于信號的隨機性這種誤差大小也是隨機的，這種表現類似于隨機噪聲效果，具有相當寬度的頻譜，因此我們又把量化誤差稱為量化噪聲。但量化誤差與噪聲是有本質的區別的，因為任一時刻量化誤差是可以從輸入信號求出的，而噪聲與信號之間則沒有這種關系。

降低量化誤差的方法最直接的就是增加量化級數減小最小量化間隔，但由此帶來碼率的增加從而要求更大的處理帶寬，一般現在的視頻信號均采用8比特、10比特，在信號質量要求較高的情況下采用12比特量化。此外，我們在設計一套系統的時候，可以考慮在系統的不同環節采用不同的比特量化，使得在系統的各個環節的量化級相互錯開，從而避免量化噪聲累積效果所產生的臺階效應，這種均衡的效果可以改善整個系統的量化失真。一般量化比特高的環節應該放在系統的前端，這樣可以使系統的前端對信號造成的不可恢復損傷減小到最低限度。

為了減小量化誤差我們還要正確的選擇量化方式。量化有兩種量化方式，一種是取整時只舍不入，此時產生的量化誤差總是負的，最大量化誤差等于兩個相鄰量化級的間隔d；另一種是取整時有舍有入，此時量化誤差有正有負，量化誤差的絕對值最大為1/2d。因此為了減少量化誤差，應該采用有舍有入量化方式。

1．輪廓效應

如果信號兩個相鄰量化電平相差較大，若在圖象面積較大的范圍內，視頻信號緩變區（如漸變的藍天）能夠看出不連續的跳變，即會在圖象緩變區出現從一個量化電平到另一個量化電平之間的輪廓線，實際上就是圖象的等量化電平線。這種輪廓線是原圖象所沒有的，所以又稱為偽輪廓，即輪廓效應。

一種簡單而有效的消除輪廓效應的方法是利用隨機的高斯噪聲信號發生器產生顫動信號，疊加到被量化的信號當中，當顫動信號的均方根值大于1/3d時人們便覺察不到輪廓效應的存在。在數字電視中使用最多的顫動信號是重復頻率為取樣脈沖的一半，峰-峰幅度為1/2d的方波，具體步驟如圖五所示。

圖五高頻顫動的效果

由圖五比較可以看出，疊加顫動信號的效果等效于將量化間隔由d減小到1/2d，或者說將量化級數提高了一倍（比特數由n提高到n+1），從而改善了輪廓效應。順便指出，由于模/數轉換中的取樣、量化都屬于非線形過程，難以避免會出現差拍干擾，采用疊加顫動信號的方法對于消除圖象中的差拍干擾也同樣有效。同時由于顫動信號的幅度小，頻率高，并未對圖象細節造成顯而易見的損傷。

2．顆粒雜波

如果最小量化電平不夠小，則圖象較弱信號的緩變區可能會出現在鄰近的兩個量化電平之間產生由于四舍五入法則而造成的跳變，使得圖象在這個區域內出現顆粒狀的雜波，而人的視覺對圖象弱信號緩變區的噪聲則是非常敏感的。

為了克服均勻量化時這種大信號時信噪比有余，而小信號時信噪比不足的特點，我們可以采用小信號時量化級間寬度小而大信號時量化級間寬度大些的非均勻量化，又叫非線形量化。值得說明一點，數字攝象機信號處理大多數采用非均勻量化方式，這是由于攝象機中的光-電轉換至電視機顯象管中的電-光轉換在內的整個電視信道必須保持線形，但是實際的電視系統在沒有校正之前是非線形的，因此為了使最終顯示出來的光像保持良好的線形關系，在攝象機單元必須對它進行校正，即γ校正。而γ校正類似于非線形量化特性，因此我們可以在量化過程中采用非均勻量化方式，在提高小信號信噪比的同時也滿足了γ校正的要求。

另外，由于在實際的信號中，弱信號出現的概率是很大的，為了改善弱信號時的的量化信噪比，可以采用壓縮擴張的編解碼方法。在量化之前，先利用非線形器件將信號電平高的部分進行壓縮，然后對壓縮過的信號進行量化，解碼后復原出的模擬信號再通過非線形器件對大幅度信號進行擴張恢復沒壓縮之前的比例關系，這種方法相對擴大了小信號的動態范圍，等效于對小信號采用量化間隔小的細量化而大信號采用粗量化，從而改善了弱信號的量化信噪比。

三壓縮編碼所帶來的信號損傷

數字電視信號數碼率太高,數據量非常大。如果直接存儲和傳輸不但開銷很大，而且有時設備也承受不了如此大的負荷。壓縮編碼以壓縮信源數碼率為目的，盡量減少信源各符號的相關性，使信源的傳輸效率提高。當然，它是以犧牲圖像質量為前提。必定會對信號造成一定的損傷。

下面針對幾種常用的圖像壓縮方式，來看一下他具體會對信號帶來什么樣的損傷呢？

（一）差值脈沖編碼（DPCM）

電視圖像基本上是由面積較大的像塊（如藍天，大地，服裝）組成。雖然每個像塊的幅值各不相同，但像塊內各樣值的幅度是相近或相同的。換句話說，相鄰象素之間有很強的相關性。我們就可以利用這些相關性對當前的像素進行預測。再利用預測值得到差值。這樣在很大的程度上降低了信源的冗余度。這種壓縮方法對視頻信號會產生以下問題：

1由于在當前差值中包括當前的量化誤差，而輸出的前一樣值又包括前一樣值的量化誤差，這就造成了量化誤差的積累。而誤差會傳播，這就使信號抗通道誤碼能力減弱。

2邊緣清晰度臨界。根據DPCM編碼思想，當被預測值處于圖象突變邊緣時，往往會導致錯誤預測或產生較大的預測誤差。致使邊緣清晰度臨界。如：邊緣為黑白突變，被預測值為x，x1x2x3x4x5為已知值，由DPCM編碼可得

進行水平一維預測x=x1=0產生錯誤預測

進行二維預測x=x1+(x4-x5)/2=1/2產生較大的預測誤差

（二）變換編碼

變換編碼首先對圖象數據進行某種形式的正交變換，并對變換后的數據進行編碼，從而達到數據壓縮的目的。正交變換的種類很多，比如人們熟知的傅立葉變換，沃爾什哈達碼變換，哈爾變換，斜變換，余弦變換，正弦變換，K--L變換。

變換編碼中較常用的是離散余弦變換DCT，它首先將輸入圖象分成若干NXN的圖象塊，對每一小圖象塊進行正交變換，從空間域變換到頻域。為了達到壓縮的目的，對DCT系數需作量化處理。低頻分量采用較小的量化間隔，量化誤差小，精度高。頻率越高，量化間隔愈大，精度越低。這是因為高頻分量只影響圖象的細節，對整塊圖象來講，沒有低頻分量重要。讀取時采用之字型。這樣的處理給信號帶來的損傷主要表現在：

由于高頻信息的丟失，恢復圖象中相鄰塊在邊界上產生較為規則的誤差分布，由于人眼對水平和垂直方向的規則誤差分布具有特殊的敏感性，使得在主觀感覺上認為具有規則誤差分布的圖象的質量明顯降低，從而產生"塊效應"。在拍攝一幅綠草如茵的草地中，充斥畫面的草坪隨風搖擺時，一種細塊狀的閃爍效應是這一失真的直觀表現。

（三）運動補償預測

運動補償預測是一個有力的工具，以便減少幀間的時間冗余度，并作為用于DPCM編碼的預測技術。運動補償概念是以對視頻幀間運動的估計為基礎的。也就是說，若視頻鏡頭中所有物體均在空間上有一位移，那么用有限的運動參數來對幀間的運動加以描述。為了做到這一點，畫面一般劃分成一些不連續的象素塊，對每個這樣的象素塊，只對一個運動矢量進行估算、編碼和傳送。

在MPEG壓縮算法中，運動補償預測技術用來減少幀間的時間冗余度，只對預測誤差畫面（原始畫面與運動補償預測畫面之間的差別）加以編碼。運動補償去除時間方向的冗余度，最多只能利用前后兩幀圖象間的相關性，效率不高。而實際上，尤其是在運動緩慢的圖象序列中，在連續多幀圖象間都存在著很強的時間相關性。正是由于它固有的缺陷，使得在圖象活動劇烈或低碼率通訊時，編碼器只能通過迭用粗量化，降低幀頻或舍去更多的DCT變換系數來降低碼率，因而對信號損傷較大，丟失了許多有用的信息。在恢復圖象中將出現明顯的塊效應和運動物體邊緣的蚊音效應。

（四）混合編碼

以兩種或兩種以上的方法對圖象進行編碼稱為混合編碼。我們熟悉的JPEG和MPEG都屬于該種類型。

1JPEG

JPEG是處理彩色或單色靜止圖象的壓縮標準。利用它可以獲得較高的壓縮比，并保持較好的信噪比，從而大大節省圖象存儲空間，降低通訊帶寬。但是編碼過程會使物體在背景中的位置略有移動（即發生幾何畸變）。另外，高壓縮比場合，JPEG的重建圖象在水平和垂直方向可能有暈圈、幻影，產生"方塊"效應。

這不難理解.在JPEG系統中,首先把原始圖像劃分成大小相等的像素塊，然后對圖像塊進行離散余弦變換DCT（圖像塊的能量集中到少量的系數），再利用基于人眼特性的矩陣對變換后得到的系數矩陣進行量化，從而大幅度地壓縮了矩陣系數，同時也造成了損失。最后對量化得到的矩陣系數進行無損熵編碼。圖像的重建過程是編碼過程的逆過程。在高壓縮比場合，JPEG的重建圖像在水平和垂直方向出現暈圈、幻影，產生"方塊"效應，就是因為對原始圖像進行了分塊的DCT變換和量化。如果不分塊或分塊很大而進行DCT變換與量化，那么圖像塊中像素能量集中到少量的系數效果將變的不明顯，即不利于對數據進行量化壓縮，同時還得使計算復雜度增加。這樣一種現象實際上是離散余弦變換DCT本身的特性所造成的（采用離散正弦變換DST或離散傅立葉變換DFT結果類似）。

2MPEG

MPEG壓縮算法中包含兩種基本技術：一種是基于16X16子塊的運動補償技術，用來減少幀序列的時域冗余；另一種是基于DCT的壓縮，用來減少幀序列的空間冗余。

較為成熟的MPEG技術是MPEG1和MPEG2。MPEG1是為適應在數字存儲媒體（如CD-ROM）上有效地存取電視圖像而制定的標準（最高速率達1.5Mb/s）。它的壓縮技術基礎為：宏模塊結構、運動補償及宏模塊的有條件再補給。MPEG2是MPEG1算法的擴展。是為MPEG1最初沒有包括在內或未想到的應用提供的一種視頻編碼方法。特別是對MPEG2提出的一個要求，即它所提供的視頻質量，不能低于NTSC/PAL，最高應可達到CCIR601質量。MPEG2編碼算法的基礎為通用的混合DCT/DPCM編碼方案。

隨著MPEG1和MPEG2的廣泛應用，其缺陷也日漸顯露，主要表現在：

（1）現已制定的標準所采用的技術，當碼率很低時（低于64Kb/s）會產生嚴重的"方塊"效應、"蚊音噪聲"以及"動作失真"。而低碼率要求是移動通訊信道所必須的。

（2）編碼采用了預測編碼技術。例如采用基于塊的運動補償來去除時間相關性。但信號的糾錯能力主要依賴其相關性，特別在條件較差的信道中傳播時，干擾造成的錯誤會迅速沿視頻序列擴散。

篇4

論文摘要：文章介紹了數字通信系統的技術特點，并與傳統的模擬信號對比闡述了數字信號的優勢，然后對數字通信系統的應用方法進行淺析。

一、數字通信系統

數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調制后在傳輸的通信方式。它的主要技術設備包括發射器、接收器以及傳輸介質。數字通信系統的通信模式主要包括數字頻帶傳輸通信系統、數字基帶傳輸通信系統以及模擬信號數字化傳輸通信系統三種。

數字信號與傳統的模擬信號不同，它是一種無論在時間上還是幅度上都屬于離散的負載數據信息的信號。與傳統的模擬通信相比其具以下優勢：首先是數字信號有極強的抗干擾能力，由于在信號傳輸的過程中不可避免的會受到系統外部以及系統內部的噪聲干擾，而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進行放大，這無疑會干擾到通信質量。但是數字通信系統傳輸的是離散性的數字信號，雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾，但只要噪聲絕對值在一定的范圍內就可以消除噪聲干擾。其次是在進行遠距離的信號傳輸時，通信質量依然能夠得到有效保證。因為在數字通信系統當中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數字信號的影響，而且再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可以繼續進行傳輸，這樣一來數字通信的質量就不是因為距離的增加而產生強烈的影響，所以它也比傳統的模擬信號更適合進行高質量的遠距離通信。此外數字信號要比模擬信號具有更強的保密性，而且與現代技術相結合的形式非常簡便，目前的終端接口都采用數字信號，同時數字通信系統還能夠適應各種類型的業務要求，例如電話、電報、圖像以及數據傳輸等等，它的普及應用也方便實現統一的綜合業務數字網，便于采用大規模集成電路，便于實現信息傳輸的保密處理，便于實現計算機通信網的管理等優點。

要進行數字通信就必須進行模數變換，也就是把由信號發射器發出的模擬信號轉換為數字信號。基本的方法包括：首先把連續形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉變成最接近的數字值。因為這些抽取出的樣值雖然在時間進行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉化為一組二進制數字代碼，并最終實現模擬信號數字化地轉變，然后將數字信號送入通信網進行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數字信號變為模擬信號，通過數據模變換再現聲音以及圖像。如果信號發射器發出的信號本來就是數字信號，則不用在進行數據模變換的過程，可以直接進入數字網進行傳輸。

二、數字通信系統的應用

數字通信系統的關鍵性技術包括編碼、調制、解調、解碼以及過濾等。其中數字信號的調制以及解調是整個系統的核心也是最基本、最重要的技術。

數字調制是通過對信號源的編碼進行調制，將其轉換成為能夠進行信道傳輸的頻帶信號，即把基帶信號（調制信號）轉變為一個高頻率的帶通信號（已調信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真、傳輸損耗以及確保帶內特性等因素，在進行信號進行長途傳輸以及大規模通信活動時必須對數字信號進行載波調制。現階段的數字信號調制主要分為調幅、調相以及調頻三種。調幅是根據信號的不同，通過調節正弦波的幅度進行信號調制，目前最常見的數字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進制信號；調相是由于載波的相位受到數字基帶信號（調制信號）的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進制基帶信號為0時，載波相位相應也為0；調頻是利用數字信號進行載波頻率的調制。解調就是講載波信號提取出來并經過還原得到信息的過程，它是調制的逆過程也被稱為反調制。目前解調的類型分為相干解調和非相干解調兩大類。數字通信的質量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。對于數字通信系統的性能指標通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。

通信系統向數字化時代的轉變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網絡到專用網絡，從而實現全球化的數字通信理念。而且通過現有的綜合業務數字網絡為基礎，通過一個多用途的用戶網絡接口就可以輕松實現信號發出端到接收端全程數字傳輸與交換的新型通信網。利用這種新型技術可以擴充通信業務的范圍，而且還具有更加經濟以及靈活的特點，能夠與現有的計算機互聯網、多媒體信息網、公共電話網以及分組交換數字網等進行任意轉換。隨著數字通信設備的發展和不斷完善，利用微處理技術對數字通信系統的信號進行轉變，還能夠使設備更加靈活的應用到各種長途以及市話當中。由于長途通信線路的投資遠大于終端設備，為了提高長距離傳輸的經濟性，未來高度、大容量的數字通信系統也將成為主流趨勢，而且隨著數字集成電路技術的發展，數字通信系統的設備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。

三、結束語

數字通信系統是一種全新的利用數字信號進行消息傳輸的通信模式，伴隨著社會的不斷發展，數字通信的應用也已經越來越廣泛，在我們日常生活中的電腦、手機上網、視頻電話、網絡會議以及數字電視等都是通過數字通信系統來進行信號傳輸的，而且由于社會的發展人們對各種通信業務的需求量也在逐漸增加，在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前，數字通信系統主要是利用電纜、微波等有限的媒介進行傳輸，但目前光纖技術的發展無疑將會推動數字通信的發展。隨著數字通信系統也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速發展，相信在未來數字通信系統將會取代傳統的模擬通信系統而成為主導。

參考文獻

[1]張英.微處理機實現的數字通信[J].電子技術應用，2005.

[2]張曉林.電視數字通信[J].圖書館雜志，2005.

[3]王金保.通信基本知識[J].華北電力技術，2005.

篇5

關鍵詞：數字信號；信號處理；DSP

1．數字信號處理的概念

數字信號處理是用數字計算機對離散信號或將模擬信號離散化后進行處理的現代信號處理技術，自身有其獨特的計算方法和理論。數字信號處理是當前發展相當迅速的一種技術，無線通訊，多媒體技術，網絡等都是基于數字信號處理算法的。

數字信號處理器(DSP)是為進行數字信號處理而設計的微處理器。數字信號處理器是同數字信號處理技術一同發展起來的。它針對數字信號處理的應用采用了專用的硬件設計結構。

微處理器的發展經歷了單板計算機、單片計算機的歷程，DSP則是一種高性能的片上微計算機系統。它除了利用大量的新技術、新結構來大幅度改善芯片性能外，還把內存、接口、外設、事件管理器等集成在一個芯片上，成為一個功能強大的片上系統（SOC）。DSP的產生和發展，得益于數字信號處理理論及計算機、電子技術的飛速進步。

2．數字信號處理器模擬的實現

計算機系統本身是一個非常復雜的系統，要使用軟件來模擬每個晶體管或每個門電路各個方面的行為特征幾乎是不可能的。人們簡化系統復雜程度的常用辦法是對系統按層次進行抽象，體系結構就是對計算機系統在結構層次上的簡化。然而，體系結構層次上的計算機系統依然很復雜，開發其軟件模擬器也因此而十分困難。通常的做法是，在已存在的模擬器基礎上進行二次開發或改進，使其適應自己的要求。

在任何數字信號處理中，當涉及硬件實現時，都會遇到一個很普遍的問題：一般要處理的原始信號序列長度是非常長的，但受物理設備條件所限，每次(比如一個時鐘周期內)輸入給數字信號處理相關硬件(如DSP)的必定是有限長度的采樣后的數字序列，也就是說要對原有長序列進行一次截斷。顯然，截斷后的短序列相比于原有未截斷的長序列的信號屬性必然要發生變化。比如截取高斯白噪聲的一段，其截斷后的序列的均值和方差等統計特性相對于原有白噪聲序列肯定會有變化。這種由于截斷而引起的序列性能下降顯然會導致后續的DSP等硬件設備中數字信號處理性能的下降。

3．DSP硬件結構分析

在當前信息化、數字化進程中，信號作為信息的傳輸和處理對象，逐漸由模擬信號變成數字信號。信息化的基礎是數字化，而數字化的核心技術之一就是數字信號處理。數字信號處理技術已成為人們日益關注的并得到迅速發展的前沿技術。DSP作為一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器，憑借其獨特的硬件結構和出色的數字信號處理能力，廣泛應用于通訊、語言識別、圖像處理、自動控制等領域。

3.1 DSP的主要特點及其硬件要求

數字信號處理是指將模擬信號通過采樣進行數字化后的信號進行分析、處理、它側重于理論、算法及軟件實現。數字信號處理算法具有如下一些主要的特點：信號處理算法運算量大，要求速度快；信號處理算法通常需要執行大量的乘累加運算；信號處理算法常具有某些特定模式；信號處理算法大部分處理時間花在執行相對小循環的操作上；信號處理要求專門的接口。

從一開始，DSP的結構就是針對DSP算法模型進行構造的，幾乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，數字信號處理的上述特點要求DSP必須是專門設計的。

3.2多總線，多處理單元結構

DSP芯片采用了哈佛結構，它分別設置程序存儲和數據存儲空間，使用專用的程序總線和地址總線。CPU可以同時訪問程序和數據，大大提高了處理速度。所謂的改進哈佛結構，體現在如下幾點：

1）允許數據存放在程序存儲器中，并可以被算術指令直接使用。但程序和數據不能同時讀取，多數訪問存儲器的指令需要兩個執行周期。

2）將指令存儲在高速緩存中，無須從數據/程序存儲器讀取，可以節約一個指令周期。

3）改進存儲器塊結構，允許在一個周期內同時讀取一條指令和兩個操作數。

使用兩類（程序總線、數據總線）六組總線。包括程序地址總線、程序讀總線、數據寫地址總線、數據讀地址總線、數據寫總線、數據讀總線。配合哈佛機構，大大提高了系統速度。

DSP內部一般都包括多個處理單元，如ALU、乘法器、輔助算術單元等。它們都可在單獨的一個指令周期內執行完計算和操作任務，而且往往同時完成。這種結構特別適合于濾波器的設計，如FIR和IIR。這種多處理單元結構還表現為在將一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻轉尋址和流水FIR濾波算法的循環尋址等。而且大部分DSP具有零消耗循環控制的專門硬件，使得處理器不用花時間測試循環計數器的值就能執行一組指令的循環，硬件完成循環跳轉和循環計數器的衰減。

3.4 DSP結構改進

過去的DSP結構設計主要是面向計算密集型的應用，而對控制密集型支持得不夠。而現實應用中很多場合需要信號處理和精確控制的有效結合，如數字蜂窩電話，它要有監控和語言音處理的工作。現代的DSP將采用DSP／MCU的混合結構，在保證計算能力優先的前提下，通過快速的現場切換、多執行部件并行執行等方式，加強控制類操作的處理能力。將MCU核集成到DSP核中，或者從整體上對DSP進行重新設計，使之兼有DSP和MCU的功能。

另外，為解決速度、功耗、可編程之間的矛盾，我們提出了一種新型的計算方式，它結合了現有微處理器和DSP的時間計算方式以及ASIC、FPGA解決方案的空間計算方式。這種可重構DSP處理器的關鍵是它能同時進行時間和空間計算。它由一個計算元件互相連接的二維陣列構成，每個陣列都有各自的邏輯單元和本地寄存器。連接這些計算元件的可編程連線借以對陣列的數據流架構動態重構，從而可根據運行的具體任務而對其進行優化。

參考文獻：

篇6

【關鍵詞】混沌加密；光學通信；應用

二十世紀六十年代，人們發現了混沌理論。混沌理論即一個給出混亂、隨機的分周期性結果的模型，卻是由確定的非線性微分方程構成。混沌是一種形式非常復雜的運動，看似雜亂無章的隨機運動軌跡，卻是由一個確定方程模型得出。混沌對初始條件的敏感度非常高。密碼技術是一種研究使用密碼進行加密的技術，而隨著信息技術的發展，竊取加密密碼的方法越來越多，并且隨著傳統密碼技術的不斷使用和技術公開，傳統密碼技術的保密性已經降低，所以一些新的密碼技術開始出現，其中包括混沌加密、量子密碼以及零知識證明等。本文首先介紹混沌加密密碼技術，然后介紹光學通信，最后重點探討混沌加密在光學通信中的應用。

1.混沌加密

我們首先對混沌加密的相關內容做一下簡單介紹，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定義以及混沌加密的常用方法。混沌的特征主要有：混沌運動軌跡符合分數維理論，混沌軌跡是有序與無序的結合、并且是有界的偽隨機軌跡，混沌運動具有遍歷性，所有的混沌系統都具有幾個相同的常數、并且符合利亞普諾夫指數特性，混沌運動的功率譜為連續譜線以及混沌系統具有正K熵等。混沌加密是一種新的密碼技術，是將混沌技術與加密方法相結合的一種密碼加密技術。混沌加密的方法有很多種，根據不同的通信模式，可以選擇不同的加密方式與混沌技術結合，以實現信息的加密傳輸。混沌加密的常用方法主要包括：數字流混沌加密、數字信號混沌加密以及連續流混沌加密等。

2.光學通信

之所以將混沌加密應用在光學通信中，是因為光學中存在混沌現象，這種混沌現象既包括時間混沌現象也包括空間混沌現象。光學通信是一種利用光波載波進行通信的方式，其優點是信息容量大、適應性好、施工方便靈活、、保密性好、中繼距離長以及原材料來源廣等，光纖通信是光學通信中最重要的一種通信方式，已成為現代通信的重要支柱和發展趨勢。光纖通信系統的組成主要包括：數據信號源、光數據傳輸端、光學通道以及光數據接收端等。數據信號源包括所有的數據信號，具體體現為圖像、文字、語音以及其他數據等經過編碼后所形成的的信號。光數據傳輸端主要包括調制解調器以及計算機等數據發送設備。光學通道主要包括光纖和中繼放大器等。光數據接收端主要包括計算機等數據接收設備以及信號轉換器等。

3.探討混沌加密在光學通信中的應用

在光學通信中，應用混沌加密技術對明文進行加密處理，以保證明文傳遞過程中的安全性和保密性。本文重點對混沌加密在光學通信中的應用進行了探討。其內容主要包括：混沌加密常用方法、光學通信中混沌加密通信常用方案以及光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：數字流混沌加密、數字信號混沌加密以及連續流混沌加密等。光學通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩蓋加密方案、混沌鍵控加密方案、混沌參數加密方案以及混沌擴頻加密方案等。

3.1混沌加密常用方法

連續流混沌加密方法：連續流混沌加密利用的加密處理方式是利用混沌信號來掩蓋明文，即使用混沌信號對明文進行加密處理。連續流混沌加密方法常應用在混沌掩蓋加密方案以及混沌參數加密方案中。其加密后的通信模式是模到模的形式。

數字流混沌加密方法：其加密后的通信模式是模到數再到模的形式。

數字信號混沌加密方法：其加密后的通信方式是數到數的形式。主要包括混沌時間序列調頻加密技術以及混沌時間編碼加密技術。主要是利用混沌數據信號對明文進行加密。

3.2光學通信中混沌加密通信常用方案

在光學通信中，利用混沌加密技術進行通信方案的步驟主要包括：先利用混沌加密方法對明文進行加密（可以使用加密系統進行這一過程），然后通過光釬進行傳輸，接收端接收后，按照一定解密步驟進行解密，恢復明文內容。

混沌掩蓋加密方案：其掩蓋的方式主要有三種：一種是明文乘以密鑰，一種是明文加密鑰，一種是明文與密鑰進行加法與乘法的結合。

混沌鍵控加密方案：其利用的加密方法主要為FM-DCSK數字信號加密方法。該方案具有良好的抗噪音能力，并且能夠不受系統參數不匹配的影響。

混沌參數加密方案：就是將明文與混沌系統參數進行混合傳送的一種方案。這種方案增加了通信對參數的敏感程度。

混沌擴頻加密方案：該方案中，擴頻序列號一般是使用混沌時間序列，其加密方法是利用數字信號，該方案的抗噪音能力特別好。

3.3光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案

為了進一步保證傳輸信息的安全保密性，需要對明文進行二次加密。其步驟是：首先先對明文進行第一次加密（主要利用雙反饋混沌驅動系統產生密鑰1，然后將明文與密鑰1組合起來形成密文1），第二步是通過加密超混沌系統產生的密鑰2對密文1進行二次加密，形成密文2，第三步將密文2通過光纖進行傳遞，同時將加密超混沌系統一起傳遞到接收端。第四步，接收端接收到密文2以及加密超混沌系統后，對密文2進行解密，形成密文1，然后將密文1傳送到雙反饋混沌驅動系統產生密鑰1，然后將密文1進行解密，通過濾波器破譯出明文。此外，還可以對二級加密通信進行優化，即使用EDFA（雙環摻餌光纖激光器）產生密鑰進行加密。

4.結論

本文首先對混沌加密的相關內容做一下簡單介紹，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定義以及混沌加密的常用方法。然后我們簡單介紹了一下光學通信以及光纖通信，并且介紹了光纖通信的組成結構。并且由于光學中存在混沌現象，所以我們在光學通信中應用混沌加密技術進行保密工作。最后本文重點探討了混沌加密在光學通信中的應用，其內容主要包括：混沌加密常用方法、光學通信中混沌加密通信常用方案以及光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：數字流混沌加密、數字信號混沌加密以及連續流混沌加密等。光學通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩蓋加密方案、混沌鍵控加密方案、混沌參數加密方案以及混沌擴頻加密方案等。

【參考文獻】

[1]馬瑞敏，陳繼紅，朱燕瓊.一種基于混沌加密的關系數據庫水印算法[J].南通大學學報（自然科學版），2012，11（1）：13-27.

[2]徐寧，陳雪蓮，楊庚.基于改進后多維數據加密系統的多圖像光學加密算法的研究[J].物理學報，2013，62（8）：842021-842025.

篇7

[關鍵字]提升系統 可移動無線雙頻監測監控技術

[中圖分類號] X924.3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-2-278-1

1提升系統

提升系統是礦山生產的關鍵環節，對安全生產起著決定性的作用，根據集團要求，井筒設施由原來的月檢提升到每周例檢一次。以往每次檢測、檢修都是檢修人員站在罐籠上作業，由于井筒狹小，且存在淋水、上部落物、高空作業、井上下難以聯系等安全隱患，作業過程安全系數低、勞動強度大、檢測效率低，致使安全隱患排查不細，影響正常生產。

為解決檢修過程中存在的安全隱患、降低檢修勞動強度，提高工作效率，沂南金礦組織開發應用了可移動無線雙頻監測監控系統。該系統把現場情況用數字信號傳輸到地面電腦，實現對現場多方位檢測，可疑檢測點可局部放大，給檢修人員提供準確信息，從而對可疑檢測點有針對性的進行檢修。該系統可提高檢測速度，節省檢修時間，確保檢修人員安全，提高生產效率。

2可移動無線雙頻監測監控技術：

可移動無線雙頻監測監控系統是由音視頻采集系統、信號轉換系統、音視頻接收系統三部分組成。

（1）音視頻采集系統。聲音由采集器輸入音頻放大器，經信號壓縮放大輸入發射模塊；視頻采集器由4臺6毫米攝像頭組成，形成多方位視頻采集信號，輸入發射模塊；

（2）信號轉換系統。信號轉換系統采用2.4GHZ國際通用頻率，使用RF CMOS集成IC，整合功率放大器（ PA ）和壓控振蕩器（ VCO ）集雙聲道音頻視頻于一體調制，后經功率放大器（采用德國西門子公司GaAs芯片）作功率放大，形成圖像清晰、音頻穩定的信號。在長距離傳輸中，通過中繼器放大來保證數字信號的完整；

（3）音視頻接收系統。音視頻接收系統由信號接收模塊和顯示終端組成，信號接收模塊接收到數字信號后輸入電腦顯示終端形成視頻圖像及聲音。

全系統采用DC12V電源；保證使用安全。

3技術應用

方案確定后，經調試組裝，在銅井分礦進行了試應用。經驗證，該系統運行狀態良好，安全性能可靠，較好地解決了生產難題，目前該系統在本礦進行了推廣使用。

設備組成：音視頻采集傳輸系統是由攝像頭、拾音器、發射模塊、音頻放大器、平板放大器、防水機箱、DC12V電源組成。信號轉換系統由RF CMOS集成IC，整合功率放大器（ PA ）和壓控振蕩器（ VCO ）、功率放大器（采用德國西門子公司GaAs芯片）組成。音視頻接收系統是由DC12V電源、信號接收模塊、電腦組成。

調制方式：FM /FSK 頻率范圍：CH 1= 2414MHZ；CH 2= 2432MHZ；CH 3= 2450MHZ；CH 4= 2468MHZ（可選一拖七套設備即七個發射配七個接收）。

技術參數視頻輸入（ 1 路 ）雙聲道伴音輸入 （ 2 路 ）（ 6.0MHZ NTSC；6.5MHZ PAL ）

發射功率 ：34dBM最大消耗電流：700mA；輸入電壓：12V接收機頻率：CH 1=2414MHZ；CH 2=2432MHZ；CH 3=2450MHZ；CH 4=2468MHZ

接收靈敏度：-90dBm；接收機最大消耗電流：160mA；輸入電壓：12V，視頻輸出 （ 1 路 ）；雙聲道伴音輸出（ 2 路 ）（6.0MHZ NTSC；6.5MHZ PAL ）發射接收模塊工作溫度：-10-120度，根據礦井的深度采用平板接受放大模塊，增加接收數字信號數據的強度。

使用方法：把音視頻采集傳輸系統固定在罐籠上面，根據井筒設施調整安裝攝像頭采集信號，卷揚機以每秒0.5米的速度運行，檢修人員在井口接收終端檢測豎井井筒內各種設施安全隱患。

可移動無線雙頻監測監控系統方案示意圖（圖1）：

可移動無線雙頻監測監控系統音視頻采集器外觀圖（圖2）：

通過使用可移動無線雙頻監測監控系統徹底改變了以往檢測井筒需要多人站在罐籠上作業的弊端，實現了全程音頻和視頻的監控，降低了安全事故的發生，有力的保證了提升系統的安全運行。

參考文獻

[1]劉鵬.基于無線網絡的視頻監控系統設計與實現[D].浙江大學碩士論文，2006年.

篇8

【關鍵詞】數字信號處理 教學改革 學習興趣 探索性實驗

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0023-02

“數字信號處理”課程是電子類學科和專業的一門重要專業基礎課，涉及知識面廣泛，如信號與系統、信號處理、通信等，課程內容抽象，理論性強，概念多，學習難度較大，加上先修課程的學習的好壞也影響到本課程的學習。這些因素導致學生難以在有限的教學時間內掌握好本門課程的內容，學習的畏難情緒增加，學習效果隨之下降，導致逐漸喪失學習信心和學習熱情[2]。如何培養并保持學生的學習興趣，充分發揮學生的學習主動性是數字信號處理課程教學中需要面對的一個重要問題。因此對傳統的教學方法進行改進，采用多種教學方式激發學生的學習興趣，取得了較好的教學效果。

一、多種教學手段結合激發學習興趣

傳統的課堂教學方式采用黑板板書方式，其優點是師生互動直接，可以自由控制時間，學生在老師板書的過程中有足夠的時間理解和思考，跟進老師思路的壓力較小，適合公式推導、例題講解等內容的教學。但是板書方式形式單調，不適合對抽象的概念和復雜的過程的講解，而且，數字信號處理課程本來每堂課內容多，全采用板書講授方式將很難完成教學任務，加快速度則有些重要難以講到，久之影響教學效果。同時，本課程涉及信號流圖（如FFT流程圖等）、濾波器設計內容中的頻譜圖及設計的結果，如果板書出來將占用珍貴的課堂時間。因此僅用黑板板書的方式顯然并不合適。投影教學方式的優點是形象生動，尤其是有的復雜過程可采用動畫形式展現，學生容易理解，且傳遞的信息量豐富。但長久的盯著亮的屏幕容易造成視覺疲勞，快速的翻頁也會造成部分學生跟不上進度，一堂課下來感覺很累。因此，在課堂教學中，宜采用板書、多媒體教學相結合的授課方式，充分發揮各自教學方式的優點。公式推導、例題講解等可采用板書方式，抽象的概念和理論、復雜的處理過程等則采用MATLAB仿真進行演示或采用動畫形式展現。多媒體課件宜做得精煉，防止出現大幅的內容敘述。由于抽象概念的形象解釋有助于學生的理解，學習興趣也隨之提高。比如在講解長信號的線性卷積時，牽涉到重疊相加法、重疊保留法兩種方法，可采用板書和投影教學相結合的方式進行講解。先提出問題：兩個長度相當的信號的線性卷積可以利用FFT進行快速卷積，但若一個信號很長甚至是無限長時如何實現快速卷積？讓學生進行討論。再使用板書方式推導出長信號的分段卷積式，對分段卷積結果如何處理則采用MATLAB仿真來演示和驗證這一過程。通過MATLAB仿真，長信號的快速卷積就形象的展現出來，學生易于理解了，枯燥的定義和概念也變得生動起來，原本復雜的過程變得簡單而容易接受，有利于知識的理解和掌握，也激發了學生的學習興趣。

二、改進教學方法，激發學生學習興趣

“數字信號處理”理論知識多，學習起來枯燥。但是，如果學生認識到所學的知識有用會激發他們的學習興趣。因此，應加大應用性內容的教學，讓學生參與到相關的實踐活動中有助于提高學生的學習熱情。

1.課程設計提升學習興趣

課程設計是綜合性實踐教學環節，完成課程設計需要綜合應用所學知識，包括查閱資料、方案設計、方案實施、結果分析、方案改進等。實施計劃過程中遇到的困難和障礙構成了學生渴望以挑戰的問題，正是這些問題激勵學生積極思考并尋找解決問題的辦法，在此過程中學習的積極性得以充分發揮。一般而言，學生在接到課程設計的任務后，需要對設計課題進行分析，確定完成此設計需要用到的知識，這些知識可能是已經學習過的，也有未學習過的。學生通過查閱相關資料后，綜合所學的知識、技能，明確需解決的問題和達到的目標，并形成解決問題的技術方法。

比如在FFT的教學中，給定課程設計要求“語音信號的頻譜分析”，要求綜合運用數字信號處理的理論知識對語音信號進行頻譜分析并對語音信號進行處理。在此課程設計中，要求學生掌握Windows 環境下語音信號采集方法，掌握用 MATLAB對信號進行分析和處理的編程方法，設計算法和應用程序，對結果進行分析，撰寫總結和報告等。學生通過理論推導得出相應結論，利用MATLAB作為編程工具實現語音信號的譜分析和濾波。在設計的完成過程中互相交流學習心得，共同探討出現的新問題，培養獲取知識與解決問題的能力。與此同時，學習過程中獲得的成就感激發了他們的學習熱情，并培養了勇于探索開拓進取的學習精神。

在教學中，課程設計的題目可以由教師指定，由學生選擇，如語音信號卷積的實現、圖像信號的濾波等；也可以在教師指導下學生自己選擇。學生通過參與數字信號處理的課程設計，加深了對“數字信號處理”理論的理解，提高了學習的熱情，鞏固了學生數字信號處理的基礎知識，增強了學習興趣。

2.探索性實驗激發學習興趣

探索性實驗是指人們從事開創性的研究工作時，為探尋未知事物或現象的性質以及規律所進行的實踐活動。它對培養學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法具有重要意義。

目前數字信號處理課程配備的實驗大多是驗證性實驗，旨在對所學知識進行驗證，如快速傅里葉變換（FFT）、RIR濾波器設計、IIR濾波器設計等，學生只是使用MATLAB 對教材或實驗指導書上的實驗進行驗證，對實驗結論也是驗證與所學的知識是否一致，遇到不一致的往往知其然不知其所以然，難以結合教材內容進行深入分析。實驗過程中遇到的問題也很難獨立思考和解決。因此，實驗設計僅讓學生懂得實驗的基本過程及僅僅驗證教材上的內容是不夠的，更重要的是培養學生的分析和思考問題能力。探索性實驗將使得學生在實驗過程中通過自己的觀察、思考得出結論，不僅能啟迪思維，培養科學精神和創新能力，更能激發學習興趣。探索性實驗內容可由教師提出，學生依據實驗課題內容查閱資料，設計實驗方案，最終完成實驗并撰寫實驗報告。如卷積在信號去噪處理中的應用，就可以采用高斯模板對被污染的圖像進行卷積以去除噪聲（二維卷積），或對一段被噪聲污染的歌曲進行卷積運算去除噪聲（一維卷積）。通過探索性實驗的開展，改變了傳統實驗的單調性，調動了學生的主動性，提高學生的學習熱情。將驗證性實驗與探索性相結合，不僅有助于知識的掌握和能力的培養，還培養了學生科學素養，對激發學生的學習興趣具有積極意義。

3.建立有利于激發學習熱情的考核方法

作為一門重要的專業基礎課，學生很在乎自己學習成績，設計一套好的評價考核方法能最大限度的激發學生的學習熱情，變被動學習為主動學習。為全面考查學生課堂學習、課外學習、課程設計及探索性實驗效果，需設計閉卷考試、實驗考核、課程設計考核及平時綜合考核的全面考核方式。閉卷考試主要考核基本概念、基本原理等理論知識，實驗考核主要考查學生的實驗技能及分析和解決問題的能力；課程設計考核主要考察獲取知識與解決問題的能力，同時鼓勵學生依據學習內容撰寫小論文，并建立相應的加分制度。

三、結語

“數字信號處理”的特點是理論性強，公式多，比較枯燥難學，學生容易提不起興趣。興趣是最好的老師，是構成學習心理的最活躍的因素。為了達到較好的教學效果，教學實踐中，我們改進傳統的教學方法，在課堂教學中采用多種教學手段結合激發學習興趣，并從課程設計、探索性實驗及建立有利于激發學生學習熱情的考核方法幾個方面著手， 激發學習熱情，促進學生以研究的態度進行學習，在學習中獲得的成就感激發了學生求知欲和學習興趣，這些措施的實施取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]程佩青.數字信號處理教程（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]任淑萍，王欣峰.“數字信號處理”的優化教學研究[J].電力學報，2008，23（3）：255-257.

[3]劉永紅，王娜，劉琚.“數字信號處理”課程學習興趣的培養[J].電氣電子教學學報，2014，36（2）：9-11.

[4]馬永奎，高玉龍，張佳巖，張中兆.“數字信號處理”課程設計導向型教學初探[J].電氣電子教學學報，2012，34（4）：96-97.

[5]郭建濤.“數字信號處理”課程的Matlab教學研究[J].電氣電子教學學報，2010，32（3）：117-119.

[6]胡居榮，曹寧.基于MATLAB的數字信號處理研究型教學的探索[J].中國電力教育，2008（121）：67-69.

篇9

關鍵詞：數字信號處理—DSP；DSP；教學內容；CCS；嵌入式

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）30-6862-02

1 概述

DSP往往有兩方面的含義，一方面指Digital Signal Processing，即數字信號處理，另一方面則指Digital Signal Processor，即數字信號處理器。《數字信號處理—DSP》課程主要講授的是DSP處理器的知識，涉及到的DSP就是指數字信號處理器。在當今的數字化時代背景下，DSP技術的地位尤為突顯。因為數字化的基礎就是數字信號處理，而數字信號處理的任務，特別是實時處理的任務，主要是由通用的或專用的DSP處理器來完成的[1]。目前，DSP已成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件，被譽為信息社會革命的旗手。甚至有業內人士預言，DSP將是未來集成電路中發展最快的電子產品，并成為電子產品更新換代的決定因素，它將徹底變革人們的工作、學習和生活方式。

2 《數字信號處理—DSP》課程的開設目的及教學現狀

2.1 開設目的

《數字信號處理—DSP》課程是作為我院計算機科學與技術專業嵌入式方向學生三年級第二學期的專業方向選修課來開設的。目前，嵌入式系統方向的發展是非常迅速的，我國也缺少大量的這方面的專業人才。為了緊密聯系市場需求，豐富學生的選擇，我院設置了嵌入式方向供學生選擇。在傳統的嵌入式應用中，分別采用通用微處理器（或微控制器）和DSP內核來執行通用功能與信號處理算法。因此，開設《數字信號處理—DSP》課程可以幫助計算機科學與技術專業的學生填補DSP處理器方面知識的空白，也為今后從事嵌入式系統方向的工作奠定寬闊的基礎。

2.2教學現狀

從2009級學生開始，我們已經完成了兩次《數字信號處理—DSP》課程的教學。由于我們的學生大都不太喜歡計算機硬件方面的學習和鉆研，而本課程又偏重對DSP芯片的原理講解和應用，因此，選修的人數并不多，所需的先修課程基礎知識的積累也相對薄弱。此外，這個時間恰逢一部分學生準備考研、一部分學生實訓就業的敏感時期，因此學生學習興趣不高，缺勤現象嚴重，即使坐在教室里也不一定是在聽課。所以DSP技術這門課程，要想激起學生的學習興趣，在短暫的時間內，使學生掌握它的精髓，就需要不斷的進行研究探索，找出一種最適合這門課程的教學方法。

3 《數字信號處理—DSP》課程的教學內容

3.1 理論授課內容

本課程初次授課時選用了電子科技大學彭啟琮老師主編的《DSP技術的發展與應用》作為教材，系統地介紹數字信號處理的基本思想和優越性，對目前國內外最為流行的德州儀器C2000，C5000，C6000系列處理器硬件結構與軟件結構做了詳細描述。討論了DSP的集成開發環境與工具。在算法方面，涉及了常用的數字信號處理算法。工程實現方面討論了DSP系統中最常見的硬件基本電路以及軟件設計調試等工程問題。但由于所授內容主要圍繞TMS320C54X系列芯片展開，和我們的實驗環境及設備存在一定的差距，因此后期重新調整了教學內容。主要以TI公司的TMS320F2812系列芯片為描述對象，以應用系統設計為主線，系統地介紹了DSP技術的基礎知識；典型的DSP芯片，TMS320F2812的體系結構、原理和指令系統；其次介紹了匯編語言開發工具、匯編程序設計和應用程序開發實例；然后從應用的角度介紹了DSP芯片的片內外設應用和DSP系統的硬件設計，并通過幾個應用系統設計實例介紹了DSP芯片的開發過程。

3.2 實驗內容

為了更好地將理論和實踐相結合，使學生在短期內熟悉DSP處理器的結構和應用。在實驗環節我們也設計了不同的實驗項目：

1）CCS開發工具的使用。TI公司的DSP處理器在市場上占據主導地位，而CCS則是TI公司提供的DSP開發工具，因此，要學好和用好TI公司的DSP處理器就必須先掌握CCS的基本使用。所以在這個實驗項目中我們要求學生掌握CCS的基本操作方法以及一些高級工具的使用。

2）基于DSP處理器的實驗。例如DSP芯片存儲器（包括片內和片外） 配置及驗證實驗。

3）基于DSP系統的實驗。包括中斷處理、定時器使用、A/D和D/A轉換實驗。

4）DSP片內外設實驗。包括GPIO管腳使用、McBSP串口實驗等。

5）DSP算法實驗。包括FIR和IIR濾波器實驗，FFT實驗等。

6）DSP綜合應用實驗。包括電機控制、交通燈控制等實驗。

上述實驗根據學生的能力，要求完成最基本的部分，其余可以作為學生自由選擇的項目。此外，通過實驗室開放的環節，幫助那些對研究DSP處理器應用開發感興趣的同學進一步掌握相關知識，完成更高難度的設計。

4 《數字信號處理—DSP》課程教學中存在的問題和改進的措施

4.1 存在的問題

《數字信號處理—DSP》課程的綜合性和實踐性都比較強，而傳統的教學往往存在重理論輕實踐的現象，加之學院本身缺乏工科背景的支持，在教學中難免存在這樣那樣的問題。集中起來包括兩方面。

1）課程內容豐富，對教師和學生的要求都比較高。一方面教師要在有限的學時內講授大量對學生來講完全陌生的內容，在教學內容安排和學時分配以及教學方法的選擇上都對教師提出了挑戰。另一方面，學生學習DSP不僅要掌握它的硬件結構，還要學習匯編軟件編程，要求學生基礎知識扎實。這樣一來，學生普遍存在畏難情緒，影響了學習的效果。

2）缺乏真正的實踐場所和機會。我們目前的實驗教學還是停留在實驗室環境下，無法給學生提供更廣闊的平臺去練習，將相關課程的知識糅合到一起，這樣一來知識的學習就顯得系統性不強。

4.2 改進的措施

1）合理選擇教學內容和方法，大膽進行改革和探索。在教學內容上，根據學生的特點和教學目標及給定的課時數，對教學內容本身的深度、廣度進行適當裁剪，以學生能順利接受新知識為準。在教學方法上，加強案例教學法等新方法的應用。

2）以電子設計大賽為契機，以畢業設計為導向，有意識的引導學生進行創新性實驗和綜合性實驗的練習。此外，積極為學生聯系相應的實踐實訓基地，幫助他們進一步明確所學知識的用處，培養學生對課程的興趣。

5 結論

隨著數字信號處理技術的不斷發展，DSP處理器的應用將會更加的普及。《數字信號處理—DSP》作為一門綜合性強、內容多、實踐性強的專業方向選修課程，它的作用也會越來越重要。因此，這門課程“教什么，怎么教，學什么，如何學，如何用”都將是今后相當長的時期內我們反復探索和研究的問題，相信通過不懈的努力，我們一定能夠讓這門課程取得滿意的教學效果。

參考文獻：

[1] 彭啟琮，李玉柏，管慶.DSP 技術的發展與應用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 周云松.DSP原理與應用課程教學研究與實踐[J].福建電腦，2005（12）：159-161.

篇10

關鍵詞：工程教育；數字信號處理；多元化教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）22-0212-02

字信號處理是一門基礎性很強的課程，信號與系統是它的先修課程，通信原理是它的拓展課程，該課程集數學、計算機和電子學為一體，是一門交叉學科。在數字信號處理課程中，既涉及基礎理論和算法，還涉及硬件電路，覆蓋面很廣。對該課程的講授也不能僅僅采用理論教學的方法，尤其是在工程教育的背景下，對學生的要求越來越高。基于工程教育背景，本論文以創新人才培養為目標，探索數字信號處理有效的教學方法和教學手段，培養學生分析問題和解決問題的能力。通過對教學方法的改革，將教學的指導思想變為以學生為主，改變學生傳統的學習方式，充分調動學生學習的積極性，激發學生的學習興趣，提高工程設計能力，為數字信號處理及其相關課程的改革提供參考和借鑒。

1.調整課程教學目標，強調工程素養及創新精神和實踐能力的培養。根據學校本科生培目標的要求，在教學中要以加強基礎、重視實踐、增強能力、提高素質為目標，課程體系要分層次、多模塊，即涉及基本技能培養有包含創新能力的培養。

2.調整教學理念。數字信號處理課程的教學理念應該是針對不同的教學內容，采用多種教學方式相結合，通過啟發的方式，調動學生學習的積極性和主動性，激發學生學習的興趣和能力，逐步提高學生獨立分析、解決問題的能力，為今后的學習和工作打下基礎。

3.改革教學方法。多種教學手段相融合，構建多元化、立體化教學模式。因為數字信號處理課程內容很抽象，理論性很強，傳統的教學方式是教師的講授式教學，學生往往處于被動接受的地位，這樣就抑制了學生的學習主動性。為了改變這一現狀，需要針對不同的教學內容，采用多種教學方式相結合的多元式教學模式，引導學生參與教學活動，變學生的被動學習為主動學習。①講授式教學，對于課程中那些基礎性較強，理論性較強的內容，學生難以理解，需要老師進行透徹的分析和細致的講解。在教學過程中，教師要注意啟發和引導學生，而不是全盤灌輸，要注意教學的生動性，用生動的案例來吸引學生。②研討式教學，采用研討式教學方法，教師需要針對不同的教學內容和教學目標要求，精心思考，提出難度適中符合邏輯的問題，使學生能和同伴之間通過積極的討論交流，達到自主學習的目的。研討的內容以教材為主，輔以周圍的生活實際，教學環境輕松自由，充分調動學生的學習積極性，鼓勵他們自由表達，提出問題，對問題進行探討，讓學生通過這種研討式的方式將所學的知識應用于解決實際的問題。③啟發式教學，在教師主持下，為學生創設一個良好的學習氛圍，調動其學習知識的積極性、主動性和創造性，引導學生對學習能夠舉一反三，激勵學生的學習興趣，促進學生的自學能力、分析和解決問題的能力、創新和組織能力的發展。④網絡環境下的自主學習與協作學習，充分利用網絡的信息開放性，構建多媒體化的協作、自主學習情境。數字信號處理課程網站主要有下面幾個特點：一是較為豐富的教學資源，選編和收集國內外與課程內容有關的多媒體素材等，向學習者提供豐富的學習資源。二是相對靈活的網絡交流，網站不僅實現了本課程的各個方面資源的表達共享，還通過服務器端程序的編制，實現一個的交流平臺BBS。通過在線交流，學生老師實現遠程交互，反饋信息。三是靈活的信息呈現，網站綜合運用圖片、多格式文本FTP系統等各種技術，把課程的資料以豐富多彩的形式呈現給學生。

4.完善教學文件。在教材建設方面，密切聯系本學科和交叉學科的國內外最新發展動態，在參考國內外優秀教材的基礎上編寫適合本專業培養方案的《數字信號處理》教材，輔之以MIT大學等一些在數字信號處理教學中有重要影響的高校教材，并在現代信號處理、MATLAB輔助信號處理、DSP原理與應用等方面配合指定了大量教學參考書，使學生學習目的和發展方向明確化。同時提供相應的CAI課件、網絡課程，以逐步形成立體化多媒體化的教材體系。

5.教學手段改革。教學手段上改變傳統的粉筆式教學，逐步輔以圖片、幻燈、錄像、投影、CAI課件等多媒體信息，讓抽象的原理能夠以形象實用的方式高效地展現。

6.考試改革。啟發式、探究式、討論式、參與式等多元化教學的同時，也要改革考試方式。考試方法從某種意義上來說，是引導學生學習的指揮棒，這根指揮棒的運用是否得當，對學生學習能力的培養將產生很大的影響。在考核方式上，可以采用開卷、閉卷等多種形式。注重學生的日常知識積累、檢測學生的綜合設計能力。在考核內容上，注重學生的分析和綜合能力，在強調考核知識的綜合應用、基本概念以及基本內容的同時加大分析與綜合型試題的比重，并有10%的拓展、創新題。這樣，可以在保證試卷適用于大部分學生的同時，也拉開了成績的分布，能夠較為客觀地考核學生的學習狀況。評價形式多元化，既有分數，也有評語；既有課內，也有課外。可以讓學生參與課程考核的評價方案，讓他們及時了解自己在自我構建知識體系的過程中取得的成績和進展，使考核評價成為一個繼續學習的過程，充分體現學生在自主學習中的主題地位。

7.提高教師素質，打造教學和科研團隊。多元化教學方法的改革需要教師有充足的知識儲備，以應對學生可能提出的很多問題，所以教師要加強理論知識學習，增加理論知識儲備與應用能力，不斷完善自己的知識結構與智力結構。需要建立一支在素質上具備良好的職業道德和高尚的思想境界、具備現代教育理念、掌握現代教育技術、具備較強創新精神的教學科研能力的教師隊伍。

通過工程教育背景下實施數字信號處理多元化教學方法的改革與實踐，構建了新的課程體系，從整體上對“數字信號處理”課程內容進行了整合和優化，初步建立信號處理多元化教學新模式，將多種教學手段和方式相結合，取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]趙春暉，董宇艷.“差異化教育與人才競爭優勢”[J].黑龍江高教研究，2008，（7）：92-94.

[2]趙春暉，張朝柱，楊莘元.多媒體教學課件的設計與制作[J].哈爾濱工程大學學報（教育科學版），2006，（3）：26-31.

[3][美]奧本海姆，著.信號與系統[M].劉樹棠，譯.西安交通大學出版社，2000.

[4]程佩青.數字信號處理（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2001.

[5]陳曦.信號與系統和數字信號處理的相關度分析[J].高等函授學報（自然科學版），2006，19（4）：41-44.