第04章：信息与信号.ppt

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1、信息与通信技术学科概论长春工业大学图像工程研究所史东承教授第4章：信息与信号信息是认识主体所感知的或所表述的客观事物运动的状态和状态改变方式。信号是反映信息的各种物理量的测量值。信号是信息的载体，信息隐藏在信号之中。信号是感知的信息的表现形式，信号中含有信息。相同的信号在不同的应用背景下可能代表不同的信息，不同的信息可能拥有相同的信号。对信号进行分析，找到信号波形或图像的结构特征或统计特征，就完成了信号的分析工作。4.1信息与信号的关系信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容。信号可以分为自然信号和人工信号。

2、自然和物理信号有语音、图象、地震信号、生理信号等；人工产生的信号有雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械探伤信号等。4.1信息与信号的关系确定信号与随机信号任意给定一个自变量的值，如果可以唯一确定该信号的取值，则该信号是确定信号，否则，如果该信号的取值是不确定的随机值，则该信号是随机信号。周期信号与非周期信号设有一个信号f(t)，判断是否存在一个最小正值T，使f(t)=f(t+T)成立，如果成立，则f(t)是周期信号，否则f(t)是非周期信号，非周期信号可以视为是周期为无穷大的周期信号。时间连续信号与时间离散信号自

3、变量在所讨论的整个连续区间内都有定义的信号称为定义域连续的时间连续信号，简称连续信号。连续信号经过取样就转化为离散信号，时间离散信号通常被称为“序列”。4.1信息与信号的关系因果信号与非因果信号如果信号在时间零点之前取值为零，则称为因果信号。因果信号表示信号在过去时间内不可能发生（取值为零）。若信号仅在过去（时间零点之前）有非零值，则称为反因果信号。不是因果信号的信号就是非因果信号，信号在时间零点之前有非零值。实值信号与复值信号如果信号的取值是实数，则称为实值信号，简称实信号。如果信号的取值是复数，则称为复值信号，

4、简称复信号。复信号是为了研究方便而引入的一类信号。4.2模拟信号模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟信号主要指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。模拟信号用连续变化的物理量来表示信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前使用的无线电广播信号及图像信号等。4.3模拟信号的数字化模拟信号一般通过脉码调制(PulseCodeModulation，PCM)方法量化为数

5、字信号。下面以语音信号处理系统为例讲述一维信号数字化的基本概念。语音信号采集与处理系统结构如图4-2所示。在图4-2给出的语音信号采集与处理系统中，系统由七个子模块组成。4.3模拟信号的数字化4.3模拟信号的数字化模块的主要功能及参数为(1)系统输入语言信号宽带为0.3~3.6kHz，根据奈奎斯特采样定理要求采样频率为最高信号频率的2倍，采样频率fs>7.2kHz，一般取fs=8k样/s。为防止50Hz交流电源干扰，抗混叠带限滤波器带通取fL=60~100Hz，fh=3400Hz。(2)对于语音识别和电话用户语音应

6、用，系统输入语音参数同（1）；对于高质量语音要求场合fL=60Hz，fh=4500Hz，fs=10-20kHz。(3)数模（A/D）转换系统技术指标为4.3模拟信号的数字化图4-2给出的语音信号采集与处理系统，输入信号是经过麦克风把声压信号转换为电压表示的连续语音信号，麦克风完成了声压变化的感知过程，获取的信号为电压信号形式；电压信号S(t)经过抗混叠带通滤波器，把S(t)信号中高于fh和低于fL的频率成分滤除掉，使S’(t)严格满足奈奎斯特准则；S’(t)经过A/D转换器转换为时间离散并且幅度离散的S’(n)信号

7、。4.3模拟信号的数字化由①、②、③、④、⑤模块可以构成语音分析与综合系统，它可以实现人机对话、语音查询与应答等系统。具体应用取决于模块③的功能。如果假设语音处理模块具有语音识别功能，其输出的是语音识别结果（文本），则①、②、③、⑦模块实现的就是一个语音识别系统，该系统输入的是人的话音，输出的是文字信息。如果模块③输入的是文字信息（由模块⑥提供），并③具有语音合成算法，则模块③、④、⑤构成文语转换系统，或称语音合成系统。如果在模块③中具有语音的识别功能，又有语音的合成功能，或有多种语言的理解功能，则由①、②、③、④

8、、⑤模块构成语音处理系统就构成自然语言翻译系统。在这里语音信号的数字化是基础，核心的功能取决于语音信号处理的算法。4.3.1信号A/D转换与量化模拟/数字（A/D）转换是指将模拟输入信号转换成N位二进制数字表示的过程。A/D转换器不但实现信号在时间或空间的离散化，同时在信号幅度上也要实现离散化。单纯的时间或空间的离散化产生的信号，把时间轴t转换为离散的时间坐