数字信号处理的实现方法为( )_数字信号处理的实现方法

数字与模拟电学是电子信息类专业的一门专业基础课。但是因为难，很多人学的不是很好。今天阿斌就带大家简单了解一下数字模拟电，之后会发布一系列数字信号处理和DSP技术。敬请期待，并关注。别迷路了，我们正式开始吧！

一、信号是什么？

信号是信息传递的载体，是信息的物理表现形式。信号可以有多种形式，比如电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号等等。

在数学上，信号可以表示为一个或多个独立变量的函数，或者表示为一个或多个独立变量的函数。

数字信号：时间上的离散信号，通过电压脉冲的变化来表示要传输的数据。由计算机处理的信号是数字信号。

模拟信号：指以连续变化的物理量表示的信息，其幅度、频率或相位在任何时刻连续变化，或者其代表信息的特征量可以在连续的时间间隔内的任何时刻呈现为任何数值信号。

时间/幅度连续离散连续模拟信号量化信号离散离散时间信号数字信号图1:模拟信号和数字信号图像

二、信号分类

信号可以从不同的角度进行分类，下面列出几种不同的分类方法。1、根据自变量的个数，可分为一维信号、二维信号和多维信号。信号的独立变量可以是时间、频率、空间位置或其他物理量。比如声音信号可以看作微信号；图像信号可以被视为二维信号；2、是否根据信号的值确定分频：周期信号：如果信号满足f (t)=f (t mt)，m=.-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3 .或者f (k)=f (k mn)，m=.3、是否根据信号的值来确定不变性：确定信号：信号在任何时候的值都是准确的、不变的；不确定信号：信号在任意时刻的值是不确定的，但随机变化；4、根据信号的能量，分为能量信号和功率信号。5、按自变量和幅值可分为连续或离散：模拟信号、离散时间信号、数字信号。

三、模拟信号

具有定义的连续时间范围和连续幅度的信号称为连续时间信号，连续时间信号也称为模拟信号。如果信号由数学函数表示，则模拟信号是自变量和因变量都可以连续取值的信号。如果用函数x(t)表示一维模拟信号，其中t表示自变量，模拟信号x(t)可以取自变量内的任意值，函数x(t)也可以取值范围内连续的任意值，如下图1所示；模拟信号存在于生活的各个角落，比如温度变化，声音信号等等。但是你有没有想过模拟信号为什么叫模拟信号？为什么不叫连续信号什么的？其实我也不知道【手动狗头】。我只是在开玩笑。目前关于他为什么叫模拟信号的一个可以接受的说法是，被测参数的物理变化是用电信号模拟出来的，然后转换成标准的输出形式，送到电路做进一步的处理。模拟信号的幅度是离散化的，即幅度取离散值，时间取连续值，得到的信号称为量化信号。量化信号的图像如下图所示：

图2:模拟信号的量化图

四、数字信号

首先，数字信号和模拟信号最大的区别是数字信号不是连续的，也就是数字信号是离散的；自然界中数字信号的例子太少了，因为很多事物或信号都是连续的，不连续的自然信号很少。尽管如此，数字信号仍然存在于我们的生活中，如数字有线电视信号、手机信号、宽带信号等。只有0和1的信号是数字信号吗？数字信号只有0和1吗？如果这个问题放在开头，估计很多人会答错，但是上面我们已经介绍了数字信号和模拟信号，相信朋友们不会再答错了！首先，数字信号只有0和1吗？答案显然不是。如下图所示，这个数字信号并不只有0和1。数字信号的关键在于其离散性，而不在于其取值范围。图3:非0.1数字信号图数字信号是指描述信号的一组特殊状态，通常用目前最常见的二进制数字表示。用二进制数字表示信号的根本原因是电路只能表示两种状态，即电路的通断。在实际的数字信号传输中，通常将一定范围的信息变化归为状态0或状态1，大大提高了数字信号的抗噪声能力。而且数字信号在保密性、抗干扰、传输质量等方面都优于模拟信号，更节省信号传输通道的资源。

优缺点数字信号抗干扰能力强，通信安全性好。算法很复杂。模拟信号分辨率高，保密性差，抗干扰能力弱。数字信号一般以“1.0”的形式传播。例如，0.8V和1.3V之间的电平被指定为高电平。高电平虽然叠加了干扰信号，但还是在这个阈值之内，会被识别为1，不会被识别为0。放大后，干扰信号将被消除，信号将重新生成标准信号。

五、数字信号处理

实际生产和生活中的各种物理量，如摄像机拍摄的图像、录音机记录的声音、车间控制室记录的压力、流量、转速、湿度等，都是模拟信号。数字信号是在模拟信号的基础上经过采样、量化和编码而形成的。换句话说，输入模拟信号以一定的时间间隔被采样。然后，采样测得的值用二进制编码系统表示，编码就是把时间产生的二进制数排列在一起，形成一个顺序脉冲序列。实践中遇到的大多数信号都是模拟信号，可以用数字硬件或加法器、乘法器和逻辑元件的专用微处理器来处理。

图4:通用数字信号处理过程

说明：(1)模拟低通滤波器是模拟系统，通过对输入的模拟信号进行处理，输出模拟信号；(2)采样是连续时间信号的时间离散化；(3)保持是保持提取的时间离散信号在一段时间内不变；(4) A/D转换器将离散信号的幅度转换成数字信号；(5) D/A转换器是将数字信号转换成时间连续的阶跃信号的系统，阶跃信号可以通过低通模拟滤波器进行复制和平滑；

数字信号处理的实现方法

一般来说，数字信号处理可以通过软件、硬件以及软硬件结合的方式来实现。具体方法如下：图5:数字信号处理流程1、数字信号处理由软件实现，在计算机上使用通用软件。包括使用MATLAB软件进行数字信号处理。这种方法速度慢，一般用于处理算法模拟。2、特殊加速加工方法借助软件开发工具和开发语言设计加工软件。该系统专用性强，开发成本高。3、软硬结合处理采用数字信号处理器结合嵌入式软件进行数字信号处理。包括使用TMS320C55XX进行数字语音信号处理，这是广泛使用的。也可以用单片机处理，但只能处理不太复杂的数字信号。4、硬件方法：用数字集成电路实现数字信号处理，内含数字集成电路实现语音编解码，用FPGA实现数字调制。该方法特异性强。

七、数字信号处理应用

今天，随着各种高科技的发展，数字信号处理已经广泛应用于生活中。基于数字数据通信的互联网被广泛使用。数字信号在互联网中传输，可以在传输和转换过程中进行数字压缩、编码和存储。数字信号处理广泛应用于数字语音、车载多媒体、MP3/MP4/MP5、数字扫描仪、数字电视机顶盒、医院监控系统、生物指纹系统等领域。数码相机、数字电视和数字计算机都是数字信号处理系统。数码相机将外部的模拟图像转换成数字图像，并按照一定的数字压缩算法进行处理，得到占用存储空间较少的数字文档。数字电视将模拟文章转换成数字文章，然后进行数字压缩编码，再通过数字广播发送出去，接收机获得数字电视信号后进行逆变换。电脑中的文档、表格、图片、歌曲、文章等多媒体都是数字化处理的结果。这些文件、表格等介质是在专门的处理软件或编码方法下进行的，可以存储、传输、编辑、转换等。并通过输出设备输出。此外，数字信号处理需要用于数字语音中的语音分析、合成、识别、增强和编码，以及数字图像中的图像增强、恢复、去噪和压缩。

审计彭静