什么是数字信号.docx

1、什么是数字信号数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号, 这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个 数字来表示。在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二 进制数表示，例如，字长为2位的二进制数可表示4种数字 信号，它们是00、01、10和11 o由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其 抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多； 在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大, 几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把 解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表 物理量的数字信号。在数字电路中，由于数字信号只有0、1两个状态，它 的

2、值是通过中央值来判断的，在中央值以下规定为0,以上 规定为1,所以即使混人了其他干扰信号，只要干扰信号的 值不超过闽值范围，就可以再现出原来的信号。即使因干扰 信号的值超过阂值范围而出现了误码，只要采用一定的编码 技术，也很容易将出错的信号检测出来并加以纠正因此，与 模拟信号相比，数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能 力，更远的传输距离，且失真幅度小。数字信号在传输过程中不仅具有较高的抗干扰性，还可 以通过压缩，占用较少的带宽，实现在一样的带宽内传输更 多、更高音频、视频等数字信号的效果。此外，数字信号还 可用半导体存储器来存储，并可直接用于计算机处理。假设将 、 、电视所处理的音频、文本、

3、视频等数据及其他 各种不同形式的信号都转换成数字脉冲来传输，还有利于组 成统一的通信网。从原始信号转换到数字信号一般要经地抽样、量化和编 码这样三个过程。抽样是指每隔一小段时间，取原始信号的 一个值。间隔时间越短，单位时间内取的样值也越多，这样取 出的一组样值也就越接近原来的信号。抽样以后要开展量化, 量化就是把取出的各种各样的样值仅用我们指定的假设干个 值来表示。最后就是编码，把量化后的值分别编成仅由0和1 这两个数字组成的序列，由脉冲信号发生器生成相应的数字 信号。这样就可以用数字信号开展传送了。首先介绍抽样话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的， 而且在时间上也是连续的。所谓抽样

4、就是每隔一定的时间间 隔T,抽取话音信号的一个瞬时幅度值（抽样值），抽样后所 得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。抽样后 的样值序列在时间上是离散的，可将各个抽样值经过量化、 编码变换成二进制数字信号。理论和实践证明，只要抽样脉 冲频率fN2fni （fm是话音信号的最高频率），那么抽样后的样 值序列可不失真地复原成原来的话音信号。例如，一路 信号的频带为3003400Hz, fm=3400Hz, 那么抽样频率f 22X3400=6800Hz。如按6800Hz的抽样频率对 3003400Hz的 信号抽样，那么抽样后的样值序列可不失 真地复原成原来的话音信号，话音信号的抽样频率通常取8

5、000Hzo接下来介绍量化抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲 的幅度仍然是模拟的，还必须开展离散化处理，才能最终用 数码来表示。这就要对幅值开展舍零取整的处理，这个过程 称为量化。量化有两种方式，量化方式中，取整时只舍不入， 即01伏间的所有输入电压都输出0伏，12伏间所有输 入电压都输出1伏等。采用这种量化方式，输入电压总是大 于输出电压，因此产生的量化误差总是正的，最大量化误差 等于两个相邻量化级的间隔八。量化方式在取整时有舍有入, 即00.5伏间的输入电压都输出0伏，0. 51?5伏间的输 出电压都输出1伏等等。采用这种量化方式量化误差有正有 负，量化误差的绝对值最大为4/

6、2。因此，采用有舍有入法 开展量化，误差较小。实际信号可以看成量化输出信号与量化误差之和，因此 只用量化输出信号来代替原信号就会有失真。一般说来，可 以把量化误差的幅度概率分布看成在-4/2+A/2之间的 均匀分布。可以证明，量化失真功率？，即与最小量化间隔 的平方成正比。最小量化间隔越小，失真就越小。最小量化 间隔越小，用来表示一定幅度的模拟信号时所需要的量化级 数就越多，因此处理和传输就越复杂。所以，量化既要尽量 减少量化级数，又要使量化失真看不出来。一般都用一个二 进制数来表示某一量化级数，经过传输在接收端再按照这个 二进制数来恢复原信号的幅值。所谓量化比特数是指要区分 所有量化级所需几

7、位二进制数。例如，有8个量化级，那么 可用三位二进制数来区分，因为，称8个量化级的量化为3 比特量化。8比特量化那么是指共有个量化级的量化。最后介绍编码抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成 数字编码脉冲，这一过程称为编码。最简单的编码方式是二 进制编码。具体说来，就是用n比特二进制码来表示已经量 化了的样值，每个二进制数对应一个量化值，然后把它们排 列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。编码过程在接收端, 可以按所收到的信息重新组成原来的样值，再经过低通滤波 器恢复原信号。用这样方式组成的脉冲串的频率等于抽样频 率与量化比特数的积，称为所传输数字信号的数码率。显然, 抽样频率越高，量化比特数越大，数码率就越高，所需要的 传输带宽就越宽。除了上述的自然二进制码，还有其他形式 的二进制码，如格雷码和折叠二进制码等。在通信理论中，编码分为信源编码和信道编码两大类。 所谓信源编码是指将信号源中多余的信息除去，形成一个适 合用来传输的信号。为了抑制信道噪声对信号的干扰，往往 还需要对信号开展再编码，编成在接收端不易为干扰所弄错 的形式，这称为信道编码。为了对付干扰，必须花费更多的 时间，传送一