[工程科技]信息科学与技术导论是信息处理第四讲ppt课件

1、第四讲第四讲信息处置信息处置作业t举例阐明信号与信息的概念与区别t信息处置与信号处置的概念及二者的联络与区别t信息处置的方式t举例阐明智能信息处置在文字识别、图像检索等方面的用途t“信息处置无处不在的含义是什么？本讲主要内容：t一、概述一、概述t二、信号的根本概念二、信号的根本概念t三、信号处置主要内容与方法三、信号处置主要内容与方法t四、信息处置的根本概念四、信息处置的根本概念t五、信号处置与信息处置的区别与联络五、信号处置与信息处置的区别与联络t六、信息处置的开展趋势六、信息处置的开展趋势t获取和传输信息的目的是为了运用信息获取和传输信息的目的是为了运用信息来处理问题。为达此目的通常需求对

2、所来处理问题。为达此目的通常需求对所获取的信息进展适当地处置。运用的目获取的信息进展适当地处置。运用的目的不同，处置的方式也不同。因此信息的不同，处置的方式也不同。因此信息处置可了解为处置可了解为:t 针对一定的目的对信息进展的加工、针对一定的目的对信息进展的加工、处置、操作、运算的过程。处置、操作、运算的过程。信息处置的意义：信息处置的意义：一、概述1. 信号与信息信号与信息信号是信息的载体。人们听到的声音，看到的图信号是信息的载体。人们听到的声音，看到的图像、表格、文本，问到的气味，丈量到的身高、像、表格、文本，问到的气味，丈量到的身高、血压，地震仪记录的波形等，都可称为信号。血压，地震仪

3、记录的波形等，都可称为信号。它们是信息的表现方式、是传感器的输出、是它们是信息的表现方式、是传感器的输出、是探测到的物理量。如前所述，各种物理量都可探测到的物理量。如前所述，各种物理量都可经过传感器转换成电信号。因此信号处置主要经过传感器转换成电信号。因此信号处置主要是电信号的处置。是电信号的处置。2. 信号处置与信息处置信号处置与信息处置 信号是信息的载体和外壳。因此可分为两种信号是信息的载体和外壳。因此可分为两种不同的处置层次：经过对信号处置到达对信息本不同的处置层次：经过对信号处置到达对信息本身处置的目的；二是仅仅对信号电信号进展身处置的目的；二是仅仅对信号电信号进展处置。前者是深层的处

4、置，触及信息本身，是真处置。前者是深层的处置，触及信息本身，是真正意义上的正意义上的“信息处置；后者是浅层处置，只信息处置；后者是浅层处置，只改动信号原那么上而不会影响信息本身，因改动信号原那么上而不会影响信息本身，因此称为此称为“信号处置。信号处置。3. 信息的主要媒介信息的主要媒介 人类传输信息的主要媒介是语音和图像。人类传输信息的主要媒介是语音和图像。语音是人类发音器官发出的具有区别意义功能语音是人类发音器官发出的具有区别意义功能的声音，它是最直接记录思想活动的符号体系，的声音，它是最直接记录思想活动的符号体系，是言语交流的声音方式。图像是能为人类视觉是言语交流的声音方式。图像是能为人类

5、视觉所感知的信息方式或人们心目中的有形想象。所感知的信息方式或人们心目中的有形想象。人们感知的信息大约人们感知的信息大约80是图像方式的信息。是图像方式的信息。二、信号的根本概念t信号处置可分为模拟信号处置ASP和数字信号处置DSP。 t所谓信号处置就是指对信号的各种参数进展的各种调整，如滤波、提取、变换、分析和综合等运算或加工的过程，在时域中是基于信号/波形的处置，频域中是对频谱的处置。 t信号处置的目的包括以下几个方面： t信号加强：t特征抽取：t编码解码：问题:1.1.信号特性信号特性 信号通常是以电信号的方式反映信息的各种物理量。电信号通常是实际变量t的函数。信号随时间变化的函数曲线称

6、为信号的波形。信号的特性可从三方面来描画： 时域特性 频域特性 空域特性时域特性时域特性信号的形式持续时间的长短随时间变化的快慢和大小重复周期空域特性空域特性:信号幅度、相位在空间位置的分布范围边界轮廓形态频域特性频域特性频率结构频谱的宽度频率成分的强度分度例如：时域特性常见人体生理信号:EEG(脑电)ECG(心电)例如：时域特性火车鸣笛信号例如：时域特性一段语音信号信号时域与频域描画例如心电信号及其频谱心电信号及其频谱 语音信号时域波形及其频谱语音信号时域波形及其频谱 土星多光谱图像及其土星多光谱图像及其2 2维频谱维频谱 空域图像频域描画信号时域与频域描画例如信号被淹没在噪声里；信号被淹没

7、在噪声里；信号与干扰混合在一同；信号与干扰混合在一同；要从信号中提取有用特征谱要从信号中提取有用特征谱分析；分析；将信号构建成易于有效传输的将信号构建成易于有效传输的方式方式3、Why digital signal processing?1计算机操作的是二进制数码信号计算机操作的是二进制数码信号二进制数码的信号波形二进制数码的信号波形2只需数字信号才干准确表示物理量只需数字信号才干准确表示物理量模拟万用表模拟万用表模拟量根模拟量根据表的指据表的指针读数，针读数，普通只能普通只能准确到三准确到三位数。位数。数字万用表数字万用表二进制数字可表二进制数字可表示物理量所要求示物理量所要求的精度。目前可

8、的精度。目前可准确到准确到10位数以位数以上对应采用上对应采用32位二进制数码表位二进制数码表示一个数值。示一个数值。逻辑电路有两个形状，分别对应逻辑电路有两个形状，分别对应“1和和“0，计算机经过逻辑电路实现运算。，计算机经过逻辑电路实现运算。二进数二进数码波形码波形实践信号波形实践信号波形受干扰后受干扰后的波形的波形定时信号定时信号再生信号再生信号3、Why digital signal processing?续13数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响受干扰后的信号经再生受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。定时判决可正确恢复。3、Why digi

9、tal signal processing?续24数字信号可采用时间复用提高传输效率数字信号可采用时间复用提高传输效率例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传传48路数字电视节目由于这涉及较多概念，在路数字电视节目由于这涉及较多概念，在课程中才课程中才会详细讲授。会详细讲授。5数字电路性能稳定可靠，设计、维护、消费方便，体积小，数字电路性能稳定可靠，设计、维护、消费方便，体积小，分量轻分量轻数字电路数字电路高频模拟电路高频模拟电路模拟与数字信号例如1:模拟与数字信号例如2:模拟与数字信号例如3: 数字化优点数

10、字化优点性能稳定、性能稳定、消费方便消费方便五五便于计算机便于计算机操作操作一一传输效率传输效率高高四四抗干扰抗干扰才干强才干强三三准确表示准确表示物理量物理量二二3、Why digital signal processing?续3数字化的实现 -A/D、D/A简介1A/D转换器原理转换器原理A/D的原理简化框图的原理简化框图A/D是公用集成电路成熟产品，以是公用集成电路成熟产品，以A/D的位数标明它能到达的转换精度。的位数标明它能到达的转换精度。固定运用固定运用8位位A/D，挪动通讯运用，挪动通讯运用13位位A/D。由。由A/D实现语音数字化。实现语音数字化。目前高精度目前高精度A/D可达可

11、达32位。位。模拟量信号经过模拟量信号经过A/D转换器变为数字量信号。转换器变为数字量信号。- signal？信号是信息Information)的载体。常见信号：电压, 电流, 温度, 压力, 压强, 磁通, 光, 机械振动, 人体生理信号等等 非电信号 电信号 传感器4、What is signal processingt传感器：将非电信号转化为电信号传感器：将非电信号转化为电信号t转化后的信号是延续时域模拟信号，可以用转化后的信号是延续时域模拟信号，可以用 表示。表示。 t产生、处置和传输模拟信号所运用的器件：产生、处置和传输模拟信号所运用的器件：t R，L，C， OP(运算放大器运算放大

12、器) t 缺陷：缺陷： 体积大，精度低，不灵敏体积大，精度低，不灵敏t也可将转换后的信号转变为数字信号也可将转换后的信号转变为数字信号t产生、处置和传输数字信号所运用的器件：产生、处置和传输数字信号所运用的器件：t 乘法器、加法器、延时器、存储器等乘法器、加法器、延时器、存储器等t )(txt信号处置的目的是信号处置的目的是:t 信号加强信号加强t 特征提取特征提取t 编码解码编码解码t 信号处置是信息技术的根底实际和技术之一，它信号处置是信息技术的根底实际和技术之一，它建立在数学实际与分析根底上，主要依托器件、电路、建立在数学实际与分析根底上，主要依托器件、电路、系统分析、合成以及计算机技术

13、加以实现。根据所处系统分析、合成以及计算机技术加以实现。根据所处置的信号类型可分为：语音信号处置、图像信号处置、置的信号类型可分为：语音信号处置、图像信号处置、通讯信号处置、雷达信号处置、生物医学信号处置、通讯信号处置、雷达信号处置、生物医学信号处置、地球物理信号处置、光信号处置等。地球物理信号处置、光信号处置等。(c) 中值滤波(33)滤波输出 (d) 中值滤波(55)滤波输出 (e)自顺应算法滤波输出例如例如:从被噪声污染的信号中检测出信号从被噪声污染的信号中检测出信号例如例如:从混合信号中检测出正弦信号从混合信号中检测出正弦信号例如：胎儿心电信号的提取例如：胎儿心电信号的提取三、信号处置

14、的主要内容与方法t信号运算信号运算t常规运算常规运算 线性运算线性运算 乘除运算乘除运算t数学运算数学运算 微分运算微分运算 积分运算积分运算t波形变换波形变换 反转运算反转运算 时移运算时移运算 压扩运算压扩运算t关联运算关联运算 卷积运算卷积运算 相关运算相关运算t信号变换信号变换t信号滤波信号滤波四、信息处置的根本概念信息处置的分类信息处置的分类第一类第一类 简单的数据处置：对信息进展检测、排序、简单的数据处置：对信息进展检测、排序、分类；分类；第二类第二类 对信息进展分析、概括和综合，目的是产对信息进展分析、概括和综合，目的是产生出可以辅助决策的信息。生出可以辅助决策的信息。第三类第三

15、类 运用数学模型，经过复杂的计算和推理之运用数学模型，经过复杂的计算和推理之后产生决策信息。常用的数学模型：预测系统、后产生决策信息。常用的数学模型：预测系统、决策模型、仿真模型。决策模型、仿真模型。t第四类第四类t 运用智能实际和技术。系统处置运用智能实际和技术。系统处置信息的才干能像人的眼睛一样信息的才干能像人的眼睛一样 “看见看见周围的事物周围的事物,看懂文字和图像。使它看懂文字和图像。使它能像人的耳朵一样，能像人的耳朵一样，“听见声音，听见声音，“听听动人的言语。像人一样会动人的言语。像人一样会“讲话。讲话。t信息处置的运用举例t文字了解：手写文字识别，机器翻译；文字了解：手写文字识别

16、，机器翻译；t语音信息处置：语音识别，语音控制打印机，语音信息处置：语音识别，语音控制打印机，机器主持；机器主持；t音乐信息处置：影视音乐编辑，音乐紧缩；音乐信息处置：影视音乐编辑，音乐紧缩；t视觉信息处置：机器视觉，战场监视；视觉信息处置：机器视觉，战场监视；t雷达信息处置：目的检测与目的自动识别；雷达信息处置：目的检测与目的自动识别；t多媒体信息处置：多媒体视、听、触机器人系多媒体信息处置：多媒体视、听、触机器人系统。统。五、信号处置与信息处置的区别与联络 信号处置着重对信息载体信号而不是信息本身在时间、空间和频率域进展加工处置，其目的主要是加强信号中的感兴趣部分或滤除信号中的其他部分。信

17、号处置偏重于信号采集、降噪、放大、加强、分别等处置。信号处置与信息处置的区别操作对象操作对象 侧重侧重处理方式处理方式 目的目的信号处理信号处理 基于波形基于波形对信号操作对信号操作 形式形式 波形波形常规处理常规处理提高效率，提高效率，提高信躁提高信躁比等性能比等性能信息处理信息处理 基于内容基于内容对信息操作对信息操作内容内容意义意义智能处理智能处理学习功能学习功能获取知识获取知识获得智能获得智能信息处置无所不在t当我们享用手机带来的便利、欣赏高明当我们享用手机带来的便利、欣赏高明晰电视节目的酣畅、体验汽车自动巡航晰电视节目的酣畅、体验汽车自动巡航的潇洒、观看神的潇洒、观看神7载人飞船遨游

18、太空的奥载人飞船遨游太空的奥秘画面时，信息处置在默默地任务。信秘画面时，信息处置在默默地任务。信息处置无所不在，每一个电子产品都可息处置无所不在，每一个电子产品都可以打上以打上information processing inside 内置信息处置。内置信息处置。广播电视生物医学雷达机器人工业控制气象出版航空航天信号与信息处理技术五、智能信息处置的运用智能智能信息信息处理处理的的应用应用智能智能机器人机器人智能智能识别识别智能智能信息交互信息交互智能智能决策与决策与控制控制智能网智能网技术技术智能识别t 文字识别OCR 手写体和印刷体的识别t 语音识别手机人名声控拨号系统，声控自动售票系统等t 图像识别：t 从遥感图像分辨农作物、森林资源、矿产资源；从气候云图预告天气；从医学X光图像分析各种病变；复杂背景下军事目的的自动识别；身份验证系统中的人脸识别、指纹识别、虹膜识别；智能交通系统中的车牌识别等。t 前往智能信息交互t自然言语了解句法分析、语意了解、言语生自然言语了解句法分析、语意了解、言语生成等成等t机器翻译汉译英、英译汉等机器翻译汉译英、英译汉等t语音合成文语转换技