《信号与信息处理基础张婷.docVIP

一、什么是信号 通常人们把信息的具体表现形式称为信号，或者说，信息是信号包含的内容。表现各种不同信息的信号都有一个共同的特点，即信号总是一个或多个独立变量的函数，他一般都包含了某个或某些现象性质的信息。信号不同的物理形态并不影响他们所包含的信息内容，且不同物理形态的信号之间可以相互转换。例如：以声压变化表示的语音信号可以转换成以电压或电流表示的语音电信号，甚至可以转换为一组数据表示的语音信号，即所谓数字信号。他们仅在物理形态上不一样，但都包含了同样的语音信息。 信号可以划分为连续时间信号和离散时间信号。时间和幅值都连续的信号又可称为模拟信号，模拟信号属于连续时间信号；时间与幅度的取值都具有离散性，则称为数字信号，数字信号属于离散时间信号。 模拟信号 模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化模拟数据一般采用模拟信号，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示数字数据采用数字信号，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。 抗干扰能力强、无噪声积累 在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。对于数字通信，当信噪比恶化到一定程度时，在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。 便于加密处理 　　信息传输的安全性和必威体育官网网址性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。 便于存储、处理和交换 二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。 设备便于集成化、微型 数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。 便于构成综合数字网和综合业务数字网 采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。 占用信道频带较宽 　　随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展数字电话的带宽问题已不是主要问题了。 　　 公元669：Newton偶然发现了光谱蛋却没有意识到频率的概念。 公元1807：傅里叶分析诞生。 19世纪-20世纪：出现了两种傅里叶分析方法，即连续与离散傅里叶，连续傅里叶将傅里叶分析推广至任意函数。Dirichlet等人研究了傅里叶级数的收敛问题。因不同的需要产生了不同形式的FT。discrete：fast calculation methods(FFT),即快速傅里叶变换。 20世纪60年代中期以后高速计算机的发展已颇具规模，它可以处理较多的数据。 快速傅里叶变换的提出，在大多数实际问题中能使离散傅里叶变换的计算时间大大缩短；此外，若干高效的数字滤波算法的提出也促进了数字信号处理技术的发展。 大规模集成电路的发展，使数字信号处理不仅可以在通用计算机上实现，而且可以用数字部件组成的专用硬件来实现。很多通用组件已经单片机化，甚至某些具有独立处理功能的系统也已经单片机化。这些都极大地降低了成本、减少了硬件体积并缩短了研制时间。 信号与信号处理的应用领域 数字信号处理技术作为一门新兴学科，由于技术的先进性和应用的广泛性，越来越显示出强大的生命力，凡是需要对各种各样的信号进行谱分析、滤波、压缩等的科学领域和工程领域都要用到它，这种趋势还在发展。数字信号处理在语音处理、通信系统、声纳、雷达、地震信号、空间技术、自动控制系统、仪器仪表、生物医学工程河和家用电器等方面得到了广泛应用。 数字信号处理的应用： 信号处理 ： 数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等。 通信 ： 调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话等。 语音 ： 语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、语音邮件、语音存储等。 图形﹨图像： 如二维或三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等。 仪器仪表 ： 如频谱分析、暂态分析、函数发生、锁相环、勘探、模拟试验等。 医疗电子 ： 如助听器CT扫描、超声波、心脑电图、核磁共振、医疗监护等。 军事与尖端科技 ： 如雷达和声纳信