信号分析与处理的基本概念.ppt

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1、第1章信号分析与处理的基本概念1.1信号的概念1.2信号处理的概念1.3信号分析与处理方法1.1信号(signal)的概念1.1.1典型信号举例1.1.2信号的描述1.1.3信号的分类1、消息（message）：来自外界的各种报道统称为消息2、信息（information）：消息中有意义的内容称为信息3、信号（signal）：信号是信息的表现形式，信息则是信号的具体内容为了有效的传播和利用信息常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号光信号：古代烽火台、十字路口的红绿灯声音信号：上下课的铃声、电话、广播、音乐文字信号：书刊、杂志、广告、信件图像信号：电视、绘画、照片、录像电信

2、号：随时间变化的电压、电流、电荷、磁通及电磁波电信号最容易产生、传输、控制和处理本课程只研究电信号1.1.1典型信号举例医生通过心电图获取心脏病人的信息。心电图是与人的心脏跳动有关的生物电位信号。它表示血液从心脏到动脉传输的一个循环。这部分波形由来源于心脏右心房的窦房结的电冲激产生。冲激引起心房收缩，使得心房中的血液被压到对应的心室里。产生信号称为P波。窦房结冲激激励延时直到血液从心房到心室的传送完成，得到心电图波形的P-R间隔。然后冲激激励引起心室的收缩，压迫血液到动脉，从而产生了心电图波形的QRS部分。在这个阶段心房松弛并充入血液。波形的T波表示心室的松弛。整个过程周期

3、性地重复，产生心电图迹线。心电图波形的每一部分携带着不同类型的信息，用于医生分析患者的心脏状况。每一个工厂、企业都有它不同的用电特点和规律。要做到经济合理地用电，就需要掌握这些特点和规律。下图是某工厂的典型日负荷曲线，代表某一天24小时实际使用电力负荷的信号。从这条曲线可以得到1天中的最大负荷和时间，最小负荷和时间，以及平均负荷。工厂的管理人员根据这条负荷曲线和供电条件可以作出切实可行的、合理的用电计划。每个钢琴键弹奏的音对应一个基波频率和许多谐波频率。下图是钢琴CEG位置和对应的和弦信号的频谱。该频谱中有三个尖峰，信号中每个音对应一个，中音C的尖峰位于262赫兹，右边的E

4、和G对应的尖峰位于较高频率处，分别为330赫兹和392赫兹。这种情况下，用信号频域的频谱比用信号时域的波形更能直观、清晰的体现信号的信息。“信号”与“函数”两词相互通用。数学描述是为了把不同物理量的共同特征抽象出来便于分析、运算和变换。2、数学描述：信号是一个或几个自变量的函数，一般都具有各自的物理属性，其自变量一般为：时间、空间、频率。本书中信号的自变量为时间和频率。如：1、物理描述：信号是信息寄寓变化的物理体现，它一般是随时间或空间变化的物理量。如：电流、压力、温度、速度等。3、图形描述：随时间变化的波形和随频率变化的频谱。1.1.2信号的描述物理描述：简谐振荡、正弦交

5、流电压数学描述：图形描述：波形频谱振幅周期初相位例1：正弦信号1、确定性信号与随机信号2、连续时间信号与离散时间信号3、因果信号与非因果信号4、周期信号与非周期信号5、能量信号与功率信号1.1.3信号的分类（根据信号取值是否确定来分类）确定性信号：信号可以被表示为一确定的时间函数。即给定一个时刻可以确定一相应的函数值。例如：研究确定信号是研究随机信号的基础本课程只研究确定性信号随机信号：信号不能用确定的时间函数描述。给定一个时刻，只知道信号的某一数值的概率。例如：雷电干扰、海浪起伏、电子器件的热噪声等1.1信号的概念1.1.3信号的分类1、确定信号与随机信号（根据信号自变量

6、取值是否连续来分类）连续时间信号：信号存在的时间范围内任意时刻都有定义（即都可以给出确定的函数值），用t表示连续取值的时间自变量。离散时间信号：信号在时间上取值是离散的，其他时间没定义。若用等时间间隔取值，用n表示离散取值的时间自变量。n叫序号，只取整数。值域连续（模拟信号）值域不连续1.1信号的概念1.1.3信号的分类2、连续时间信号与离散时间信号模拟信号的两种处理方式数字系统处理模拟系统处理1.1信号的概念1.1.3信号的分类模拟信号时间和函数值均连续(因为计算机精度有限)量化(因为计算机存储空间有限)抽样把模拟信号变成数字信号是为了利用计算机进行数字信号处理数字信号时

7、间离散，函数值离散抽样信号时间离散，函数值连续1.1信号的概念1.1.3信号的分类通常将对应某序号k的序列值称为第k个样点的“样值”。离散信号的表示形式2、闭合数学表达式3、逐个列出的序列1、图形表示的序列固定，n取整数1.1信号的概念1.1.3信号的分类因果信号反因果信号（根据信号在计时起点之前取值是否为零来分类）有始信号有终信号右边信号左边信号1.1信号的概念3、因果信号与非因果信号非周期信号：信号在时间上不具有周而复始的特性，或者说信号的周期趋于无穷大。如：（根据信号在某一区间内是否重复出现来分类）周期信号：