Bài giảng môn học xử lý tín hiệu số - Tín hiệu và các hệ thống xử lý tín hiệu

Bài giảng môn họcXử Lý Tín Hiệu SốGiảng viên: Lã Thế VinhEmail: vinhlt@soict.hut.edu.vnChú ý: bài giảng có sử dụng các học liệu được cung cấp bởi Giáo sư Tae-Song Kim, Trường Đại học Kyung Hee, Hàn Quốc.Lecture No. 1Khái niệm tín hiệu?Hàm của một hoặc nhiều biến độc lập, mang thông tin về các quá trình, hiện tượng vật lýBiểu diễn định lượng các biến đổi theo thời gian (hoặc không gian)Có thể có các hình thái biến đổi xác địnhTÍN HIỆU VÀ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ TÍN HIỆU Lecture No. 1Các ví dụ về tín hiệuNhịp tim, huyết áp, nhiệt độ cơ thể mang thông tin về tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.Tiếng nói (Có mang thông tin không?)Biến đổi áp suất không khíSự biến đổi áp suất thay đổi theo thời gian (không gian?)Lecture No. 1Khái niệm hệ thống xử lý tín hiệu?Tập các thao tácTập các thao tác tiếp diễn để thực hiện một mục đích nào đóTác động trên một hoặc nhiều tín hiệu (tạo ra một tín hiệu mới)Lecture No. 1Các ví dụ về hệ thống xử lý tín hiệuHệ thống nhận dạng người nóiTín hiệu vào? Thao tác?Tín hiệu ra?Hệ thống theo dõi huyết ápTín hiệu vào? Thao tác?Tín hiệu ra?Lecture No. 1Các hệ thống điển hình2x(t)1/2y(t)x(t)y(t)=2x(t)z(t)=1/2[2x(t)]=x(t)Lecture No. 1Hệ thống truyền thôngPathfinder robot thăm dò sao hỏa. Ăng-ten thu tín hiệu từ robot thăm dò có đường kính 70 m tại Canberra, Australia. Lecture No. 1Hệ thống điều khiểnHệ thống thực tế nào có sơ đồ tương tự?Lecture No. 1PHÂN LOẠI TÍN HIỆULiên tục theo thời gian vs. Rời rạc theo thời gian(a) Tín hiệu liên tục theo thời gian x(t). (b) Biểu diễn x(t) bằng tín hiệu rời rạc theo thời gian x[n].PHÂN LOẠI TÍN HIỆULecture No. 1PHÂN LOẠI TÍN HIỆU2. Tín hiệu Chẵn vs. Tín hiệu LẻChẵn: x(-t) = x(t) với mọi t.Lẻ: x(-t) = -x(t) với mọi t.Lecture No. 1PHÂN LOẠI TÍN HIỆU3. Tín hiệu tuần hoàn và không tuần hoànTín hiệu tuần hoàn x(t)x(t) = x(t+T) với mọi t,T = chu kỳ cơ bản của x(t)f=1/T tần số cơ bảnNếu không tồn tại giá trị của T thỏa mãn điều kiện trên, tín hiệu x(t) được gọi là không tuần hoàn.Hãy tìm ví dụ về một tín hiệu trong thực tế có tính tuần hoàn?Lecture No. 1(a) Tín hiệu tuần hoàn với biên độ A = 1 và chu kỳ T = 0.2s. (b) Xung vuông biên độ A và độ rộng T1.Lecture No. 1PHÂN LOẠI TÍN HIỆU4. Tín hiệu xác định và tín hiệu ngẫu nhiênGiá trị của tín hiệu xác định ở một thời điểm xác định có thể biết chính xácGiá trị của tín hiệu ngẫu nhiên ở một thời điểm xác định không thể biết chính xác (trong nhiều trường hợp có thể dự đoán với một khoảng sai số)Tín hiệu nhịp tim, tiếng nói là xác định hay ngẫu nhiên?Có thể xử lý tín hiệu ngẫu nhiên không?Lecture No. 1NĂNG LƯỢNG CỦA TÍN HIỆU5. Công suất tức thờiNăng lượngCông suất trung bìnhLecture No. 1CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆU1. Thay đổi biên độc là hệ số thay đổi.Ví dụ: bộ tăng giảm âm lượng.CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆULecture No. 1CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆU2. Cộng tín hiệuVí dụ: bộ trộn âm thanhLecture No. 1CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆU3. Nhân tín hiệuVí dụ: bộ điều chế biên độLecture No. 1CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆU4. Đạo hàmLecture No. 1CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI TÍN HIỆU5. Thay đổi thời gianNếu a>1, y(t) bị “nén”.Nếu 0 0, tín hiệu x(t) tăng dầnThời gian rời rạc- CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞEulerLecture No. 1Ví dụHình nào ứng với a > 0, a < 0? Lecture No. 1Ví dụLecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ2. Tín hiệu SIN A = biên độ  = tần số góc (radian)  = pha (radian) Tín hiệu SIN là tuần hoàn (chu kỳ T bằng bao nhiêu?)x(t)=x(t + T)Lecture No. 1Ví dụ(a) A cos(ωt + Φ) (b) A sin (ωt + Φ)Lecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞTín hiệu SIN (thời gian rời rạc) Tín hiệu SIN thời gian rời rạc có tuần hoàn không?Lecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ3. Tín hiệu tuần hoàn phứcLecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ4. Tín hiệu dao động suy giảm theo thời gianAe-at sin(ωt), với A = 60 và α = 6.Lecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ5. Hàm bước nhảyLecture No. 1Ví dụLecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ6. Xung đơn vịIt was introduced by theoretical physicist Paul Dirac. Dirac explicitly spoke of infinitely great values of his integrand. In the context of signal processing it is often referred to as the unit impulse symbol (or function). Its discrete analog is the Kronecker delta function which is usually defined on a finite domain and takes values 0 and 1.Lecture No. 1Ví dụLecture No. 1CÁC TÍN HIỆU CƠ SỞ7. Tín hiệu dốcLecture No. 1Ví dụLecture No. 1CÁC HỆ THỐNG XLTHNhắc lại khái niệm hệ thống xử lý tín hiệu?Ký hiệu H là thao tác của hệ thốngPHÂN LOẠI HỆ THỐNGLecture No. 1CÁC HỆ THỐNG XLTHHệ xử lý tín hiệu liên tụcHệ xử lý tín hiệu rời rạcCÁC HỆ THỐNG XLTHHệ nối tiếpHệ song songHệ hỗn hợpHệ có phản hồiLecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHỔn định (BIBO)Nếu tín hiệu vào có biên độ hữu hạn thì tín hiệu ra cũng có biên độ hữu hạn.TÍNH CHẤT CỦA HỆ XỬ LÝ TÍN HIỆULecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHHệ có nhớTín hiệu ra phụ thuộc vào tín hiệu vào ở quá khứ hoặc tương lai.Hệ không nhớ nếu tín hiệu ra chỉ phụ thuộc tín hiệu vào ở hiện tại.Mạch chỉ gồm điện trở là ví dụ cho hệ không nhớMạch có tụ điện là ví dụ cho hệ có nhớLecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHNhân quảHệ nhận quả nếu tín hiệu ra chỉ phụ thuộc tín hiệu vào ở quá khứ tới hiện tại.Hệ không nhân quả nếu tín hiệu ra phụ thuộc tín hiệu vào ở tương lai.Lecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHHệ khả đảoTín hiệu vào có thể được khôi phục từ tín hiệu raLecture No. 1Hệ khả đảoLecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHHệ bất biến theo thời gianNếu tín hiệu vào bị dịch (thời gian) thì tín hiệu ra bị dịch tương ứng.Lecture No. 1TÍNH CHẤT CỦA HỆ XLTHHệ tuyến tínhHệ tuyến tính thỏa mãn các điều kiện sauLecture No. 1Hệ tuyến tính