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第一节 数字信号

1.模拟信号与数字信号

  • 模拟信号:在时间上和数值上连续的信号称为模拟信号,如图1所示:

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图1  模拟信号波形

图1标识了电压信号波形,幅度u随着时间t进行变化。 时间t是连续的,同时电压u的变化也是连续的。在自然界中,连续信号随处可见,如语音信号,温度信号,电流信号等。典型的语音信号如图2所示。

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图2 语音信号波形

模拟信号也称为类比信号(大陆以外的国家或地区),其英文名称为Analog signal>

 

2. 数字信号

数字信号(Digital Signal)是在在时间上和数值上不连续的(即离散的)信号。但数字信号不仅在时间要求离散,在幅度上也是离散的。如图3所示,

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图3 数字信号波形

  • 离散信号:离散信号(Discrete Signal)是指在时间上离散,在幅度上连续的信号。如图4,图5所示,%title插图%num

图4 离散波形信号

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图5 脉冲采样信号(离散信号)

图5所示的信号,离散信号是从连续信号抽样所得。图中的每个点对应时间上某个特定的时刻。这种采样或抽样(sampling)一般称为理想抽样。理想抽样只是一种数学模型,实际的采样器无法实现。非理想采样如图6所示。

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图 6 非理想的脉冲抽样信号

 

图6 是非理想的采样信号,也称为脉冲幅度信号或脉冲幅度调制。

3. 模拟信号到数字信号的实现

从模拟信号到数字信号的实现要经过三个步骤,如图7所示,

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图7 从模拟信号到数字信号的实现

从模拟信号到数字信号的转换需要经理如下过程:

(1)采样或抽样(sampling), 即将时间或空间上连续信号离散化。采样要满足奈奎斯特(Nyquist)抽样定理,关于采样定理的理论将会在数字信号处理的课程中介绍。

(2)量化, 量化是将·由时间抽样得到的在时间上离散,在幅度上连续的信号再次进行幅度上离散化(量化)

(3)编码,将离散的幅度信号进行编码。编码的方式有多种,使用最广泛的为二进制补码,如图7所示。经过编码后的信号一般称为PCM(Pulse  coding modulation)编码。该编码即为数字信号。关于编码的相关知识将在通信以及编码等课程中介绍。

成功得到数字信号后就可以对该信号进行数字信号处理。在进行模拟到数字或数字到模拟的转换过程中一般会使用A/D(ADC  analog to digital convertor)和D/A(DAC  Digital to Analog convertor)器件,关于A/D,D/A的原理及应用在后续章节会展开介绍。

 

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