電子信息工程導(dǎo)論課程論文
訊號(hào)處理的定義、目的、意義和發(fā)展
[摘要]
生活中離不開訊號(hào)的處理，本論文簡(jiǎn)單闡述了關(guān)于對(duì)訊號(hào)進(jìn)行模擬/數(shù)字訊號(hào)處理的一些基本知識(shí)，及對(duì)訊號(hào)進(jìn)行處理在生活中的一些應(yīng)用。通過對(duì)生活中的訊號(hào)方式的發(fā)展剖析，簡(jiǎn)單闡明了訊號(hào)處理的發(fā)展歷程。
[關(guān)鍵詞]電子信息工程；信息與訊號(hào)；訊號(hào)處理；發(fā)展歷程
[正文]
所謂"訊號(hào)處理"，就是要把記錄在某種媒體上的訊號(hào)進(jìn)行處理，便于抽取出有用信息的過程，它是對(duì)訊號(hào)進(jìn)行提取、變換、分析、綜合等處理過程的總稱。數(shù)字訊號(hào)處理是將訊號(hào)以數(shù)字形式表示并處理的理論和技術(shù)；模擬訊號(hào)處理是指對(duì)對(duì)模擬訊號(hào)采用模擬處理的方式的任何訊號(hào)處理過程。訊號(hào)處理過程中使用的物理算法一般使用模擬電路實(shí)現(xiàn)，其中的數(shù)值都以連續(xù)的數(shù)學(xué)量來表示，比如電子設(shè)備中的電流，電壓，或電荷量。化學(xué)量中的小的偏差或噪音，都將表示為訊號(hào)的偏差和噪音。數(shù)字訊號(hào)處理與模擬訊號(hào)處理是訊號(hào)處理的子集。
訊號(hào)處理的主要目的就是消弱訊號(hào)中的多余內(nèi)容；濾出混雜的噪音和干擾；或則將訊號(hào)變換成容易處理、傳輸、分析與辨識(shí)的方式，便于后續(xù)的其它處理。
下邊的示意圖說明了訊號(hào)處理的概念。
訊號(hào)處理
人們最早處理的訊號(hào)局限于模擬訊號(hào)，所使用的處理方式也是模擬訊號(hào)處理方式。在用模擬加工方式進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)"訊號(hào)處理"技術(shù)沒有太深刻的認(rèn)識(shí)。這是由于在過去，訊號(hào)處理和信息抽取是一個(gè)整體，所以從數(shù)學(xué)阻礙角度看，滿足信息抽取的模擬處理遭到了很大的限制。
隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的急速發(fā)展，訊號(hào)處理的理論和技巧也得以發(fā)展。在我們的面前出現(xiàn)了不受化學(xué)阻礙的純物理的加工，即算法，并確立了訊號(hào)處理的領(lǐng)域。
現(xiàn)今，對(duì)于訊號(hào)的處理，人們一般是先把模擬訊號(hào)弄成數(shù)字訊號(hào)，之后借助高效的數(shù)字訊號(hào)處理器(DSP:)或計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字訊號(hào)處理。
通常地講，數(shù)字訊號(hào)處理涉及三個(gè)步驟：
(一)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)：把模擬訊號(hào)弄成數(shù)字訊號(hào)，是一個(gè)對(duì)自變量和幅值同時(shí)進(jìn)行離散化的過程，基本的理論保證是取樣定律。
(二)數(shù)字訊號(hào)處理(DSP)：包括變換域剖析(如時(shí)域變換)、數(shù)字混頻、識(shí)別、合成等。
(三)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)：把經(jīng)過處理的數(shù)字訊號(hào)還原為模擬訊號(hào)。一般，這一步并不是必須的。
訊號(hào)處理的本質(zhì)是對(duì)訊號(hào)進(jìn)行我們需求的優(yōu)化或則提取，得到有用的，除去無用的，但是要將訊號(hào)要傳遞的消息正確的抒發(fā)下來。就數(shù)字訊號(hào)處理（DSP）而言，其應(yīng)用的成功事例有好多信號(hào)與信息處理，如醫(yī)用CT斷層成像掃描儀的發(fā)明。它是借助生物體的各個(gè)部位對(duì)X射線吸產(chǎn)率不同的現(xiàn)象，并借助各個(gè)方向掃描的投影數(shù)據(jù)再構(gòu)造出測(cè)量體剖面圖的儀器。這些儀器中FFT（快速傅立葉變換）起到了快速估算的作用。之后陸續(xù)研發(fā)出的還有：采用正電子的CT機(jī)和基于核磁共振的CT機(jī)等儀器，它們?yōu)獒t(yī)學(xué)領(lǐng)域做出了很大的貢獻(xiàn)。
除了這般，在生活中，處處可見----電視、空調(diào)、微波爐……各種家電都離不開訊號(hào)與信息的處理。在此主要說說訊號(hào)與信息處理的發(fā)展歷程。首先必須明晰訊號(hào)與信息的區(qū)別：訊號(hào)是運(yùn)載信息的載體，沒有信息，訊號(hào)將毫無意義；而信息則是知識(shí)等用于交流的消息具象代名詞，沒有載體運(yùn)載信息、信息也將毫無意義。可以說訊號(hào)與信息既是完全不同的兩個(gè)概念，又是密不可分的。訊號(hào)是伴隨著人類的出現(xiàn)而誕生的。在遠(yuǎn)古時(shí)代，古人們之間還沒有語言，她們對(duì)彼此做的各類手勢(shì)、各種肢體動(dòng)作都是訊號(hào)，其中包含著想要抒發(fā)的信息，例如當(dāng)心野獸、撤回營(yíng)地等等。隨著人類生活經(jīng)驗(yàn)的積累，人口的降低，生活狀況有了很大的改觀，她們對(duì)精神生活的追求開始上升，但是她們不能再滿足于僅僅用肢體語言來抒發(fā)信息的方法，于是這使得了語言的誕生。語言的出現(xiàn)使人類的文明程度上升到一個(gè)新的高度，由于我們開始重視對(duì)信息的處理，彼此的交流顯得愈發(fā)便捷了。步入語言時(shí)代的人類，不斷地強(qiáng)化對(duì)信息的處理，她們開始總結(jié)生活在
同一個(gè)地區(qū)人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂眠^的語言，開始追求統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，于是漸漸形成了特色分明的地方土話—中文、英語、法語、俄語……當(dāng)然這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。這漫長(zhǎng)的過程，就是人類在不斷地發(fā)展信息處理的一個(gè)時(shí)期。除此之外，她們編寫了各類辭典、字典，使語言愈發(fā)地規(guī)范化，這也是信息處理的規(guī)范化。文字、語言的出現(xiàn)大大推動(dòng)了人類文明的發(fā)展，時(shí)間輪迅速往前翻滾，來到近現(xiàn)代時(shí)代。第一次工業(yè)革命的出現(xiàn)，大大迸發(fā)了人們之間信息交流的需求度，往日的“口耳相傳”已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的須要，于是“電話“應(yīng)運(yùn)而生。而在電話出現(xiàn)之前，首先出現(xiàn)的是用于軍事方面的通訊系統(tǒng)：1793年，西班牙查佩兄弟倆在倫敦和里昂之間架設(shè)了一條230千米長(zhǎng)的接力形式傳送信息的底座式線路。這是一種由16個(gè)訊號(hào)塔組成的通訊系統(tǒng)。訊號(hào)機(jī)由訊號(hào)員在下面通過繩子和滑輪，操縱支架的不同角度，表示相關(guān)的信息。當(dāng)時(shí)，美國(guó)和加拿大正在作戰(zhàn)，訊號(hào)系統(tǒng)只用一個(gè)小時(shí)就把從奧軍手中奪回埃斯湖畔孔代的勝利消息傳到倫敦。可以說，這個(gè)訊號(hào)系統(tǒng)的出現(xiàn)才是真正意義上我們?nèi)缃袼劦摹靶畔⑻幚怼薄Ｔ陔妶?bào)、電話等遠(yuǎn)程溝通工具陸續(xù)出現(xiàn)后，20世紀(jì)60年代中期高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生將人類的訊號(hào)與信息處理能力帶入了一個(gè)空前的水平。
步入“信息時(shí)代”后，人們一改往年借助傳統(tǒng)手工、低速估算器估算的方法，而改用計(jì)算機(jī)輔助人們進(jìn)行各類復(fù)雜、高難度的估算工作。有了高速計(jì)算機(jī)的幫助，人們處理信息的能力大大加大，與此同時(shí)，更多的信息處理算法、方法被研制下來。從最開始的模擬訊號(hào)處理，到后來的數(shù)字信號(hào)處理；從確知的訊號(hào)到隨機(jī)訊號(hào)的處理。這一段時(shí)期經(jīng)歷的時(shí)間是相當(dāng)短的。據(jù)悉，在19世紀(jì)初由意大利物理家傅里葉提出的傅立葉變換、后來衍生出的拉普拉斯變換、Z變換，到現(xiàn)今的快速傅立葉變換等等開始廣泛地被應(yīng)用到各類借助計(jì)算機(jī)處理的信息中，高速計(jì)算機(jī)和那些算法的結(jié)合，開啟了訊號(hào)與信息處理的一個(gè)嶄新時(shí)代。據(jù)悉，若干高效的數(shù)字混頻算法的提出也促使了數(shù)字訊號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)今數(shù)字訊號(hào)處理技術(shù)早已產(chǎn)生了一門新興學(xué)科，大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使數(shù)字訊號(hào)處理除了可以在通用計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并且可以用數(shù)字部件組成的專用硬件來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榧夹g(shù)和先進(jìn)性和應(yīng)用的廣泛性信號(hào)與信息處理，數(shù)字訊號(hào)處理發(fā)展越來越快，具有挺好的前景。在語音處理、通信系統(tǒng)、聲納、雷達(dá)、地震訊號(hào)處理、空間技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、儀器儀表、生物醫(yī)學(xué)工程和家用家電等方面，數(shù)字化的處理方法早已顯得不可或缺。總的來說，訊號(hào)與
信息處理大致經(jīng)歷了這樣的一個(gè)發(fā)展過程：肢體語言信息→語言文字信息→遠(yuǎn)程通訊與信息處理→模擬訊號(hào)與信息處理→數(shù)字訊號(hào)與信息處理。
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