一文详细了解数字信号与模拟信号

数电模电是电子信息类专业的专业基础课。但是由于比较难，所以很多人学的并不是很好，今天阿斌就来带大家先简单的了解一下数电模电，后面会出一个系列关于数字信号的处理和DSP技术，大家敬请期待，点赞关注不迷路，下面正式开始!

一、信号是什么?

信号是信息传递的载体，是信息的物理表现形式。信号可以表现为多种形式，如电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号等。

信号在数学上可表示为一个或多个自变量的函数，或表示成一个或几个独立变量的函数。数字信号：时间上离散的信号，通过电压脉冲的变化来表示要传输的数据。计算机处理的信号是数字信号。模拟信号：指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

二、信号的分类

信号可以从不同角度进行分类，下面列举几个不同的分类方式。

1、按照自变量个数分：可以分为一维信号、二维信号、多维信号。信号的自变量可以是时间、频率、空间位置、或者其他物理量。如声音信号就可以看作以微信号;图像信号可以看做二维信号;

2、按照信号取值是否确定分：周期信号：若信号满足f(t) = f(t+mT)，m = 。。。-3，-2，-1，0，1，2，3.。。或者f(k) = f(k+mN)，m = 。。。-3，-2，-1，0，1，2，3.。。则信号为周期信号，否则为非周期信号。

3、按照信号取值是否确定不变分：确定信号：信号在任意时刻的取值都是精确确不变的;不确定信号：信号在任意时刻的取值都是不能确定的而是随机变化的;4、按照信号的能量有限分：能量信号、功率信号。

5、按照自变量和幅度连续或离散分：模拟信号、离散时间信号、数字信号。

三、模拟信号

在连续时间范围内有定义且幅值也连续的信号称为连续时间信号，连续时间信号也称为模拟信号。

如果用数学函数表示信号，则模拟信号是自变量和因变量都可以连续取值的信号。如果用函数x(t)来表示一维模拟信号，其中t表示自变量，则模拟信号x(t)的可以在自变量内取到任意值，且函数x(t)也可以在值域范围内连续取值;模拟信号存在于生活中的各个角落，如温度的变化，声音信号等。

但是大家有没有想过模拟信号为什么叫模拟信号呢?为什么不叫连续信号或者其他的名字呢?其实我也不知道[手动狗头] 开个玩笑，关于他为什么叫模拟信号目前比较能接受的一个说法就是：把被测参量的物理变化用电信号来模拟，然后变换为标准的输出形式，发生给执行测控的电路去做进一步的处理。

将模拟信号的幅度离散，即幅度取离散的值，而时间取连续的值，由此得到的信号称为量化信号。

四、数字信号

首先数字信号和模拟信号最大的一个区别就是数字信号不是连续的，即数字信号是离散的;自然界中的数字信号的例子实在是太少了，因为很多的事物或者信号都是连续的，不连续的自然信号少之又少，尽管如此，数字信号在我们的生活中还是存在的，比如数字有线电视信号，手机信号，宽带信号等都是数字信号。

只有0和1的信号是不是数字信号?数字信号是不是只有0和1?如果这个问题放在最开始，估计会有很多人回答错误，但是上面我们已经介绍过数字信号和模拟信号了，相信小伙伴们已经不会再回答错误了!

首先数字信号是只有0和1吗?答案很明显不是，如下图这个数字信号，就不只是有0和1，数字信号的关键在于他的离散性，而不是在他的取值范围上。

数字信号是指用一组特殊的状态来描述信号，典型的就是当前用最为常见的二进制数字来表示的信号，之所以采用二进制数字表示信号，其根本原因是电路只能表示两种状态，即电路的通与断。

在实际的数字信号传输中，通常是将一定范围的信息变化归类为状态0或状态1， 这种状态的设置大大提高了数字信号的抗噪声能力。不仅如此，在保密性、抗干扰、传输质量等方面，数字信号都比模拟信号要好，且更加节约信号传输通道资源。数字信号抗干扰能力强、通信的保密性好算法复杂模拟信号分辨率高保密性差、抗干扰能力弱优点缺点数字信号一般以“1.0”的方式进行传播的，比如规定0.8V～1.3V之间的电平为高电平，虽然高电平被干扰信号叠加，但是仍然在这个门限以内，一样会被识别为1，而不会被识别为0。

在经过放大之后，干扰信号就会被剔除，信号会重新生成标准信号。

五、数字信号的处理

实际生产生活中的各种物理量，如摄相机摄下的图像、录音机录下的声音、车间控制室所记录的压力、流速、转速、湿度等等都是模拟信号。数字信号是在模拟信号的基础上经过采样、量化和编码而形成的。

换句话说，就是把输入的模拟信号按一定的时间间隔得到各个时刻的样本值。再把经采样测得的各个时刻的值用二进码制来表示，编码则是把时间化生成的二进制数排列在一起形成顺序脉冲序列。

实际中遇到的信号大多为模拟信号，模拟信号可以经过加法器、乘法器和逻辑元件的数字硬件或专用微处理器进行处理。

说明：

(1)模拟低通滤波器是模拟系统，通过对输入的模拟信号进行处理，输出模拟信号;

(2)取样是对连续时间信号的时间离散化;

(3)保持是将取出的时间离散信号维持一段时间不变; (4) A/D变换器是将离散信号的幅度变为数字信号; (5) D/A变换器是将数字信号变为时间连续的阶梯信号的系统，阶梯信号再通过低通模拟滤波器就可以得到复制平滑的模拟信号了;

六、数字信号处理的实现方法

数字信号处理总体上可以分为通过软件、通过硬件、软件硬件结合的方式实现。

1、通过软件实现 在计算机上使用通用软件实现对数字信号的处理。列入使用matlab软件进行数字信号处理。这种方法慢，一般用于处理算法模拟。

2、专用加速处理方式 借助软件开发工具和开发语言设计出处理软件。这种系统专用性较强，开发成本大。3、软硬结合处理 采用数字信号处理器结合嵌入式软件进行数字信号处理。列入采用TMS320C55XX进行数字语音信号处理，这种方法使用广泛。也可以使用单片机进行处理，但是只能处理不太复杂的数字信号。

4、硬件方法 采用数字集成电路实现数字信号的处理，列入数字集成电路实现语音编解码，用FPGA实现数字调制，此方法专用性较强。

七、数字信号处理的应用

在各种高新技术发展的今天，数字信号处理在生活中得到了广泛应用。基于数值数据通讯的互联网应用非常广泛，在互联网中传输的是数字信号，信号在传输和转化过程中经过压缩、编码等数字处理，也可以以数字方式储存。数字信号处理在数字语音、汽车多媒体、MP3/MP4/MP5、数字扫面仪、数字电视机顶盒、医院监视系统、生物指纹系统等领域都有大量应用。

数码相机、数字电视、数字计算机都是数字信号的处理系统。数码相机将外界的模拟图像变换成数字图像，根据一定的数字压缩算法处理，获得占用存储空间较小的数字文档。数字电视则是将模拟视频转换为数字视频后进行数字压缩编码，再经过数字广播发送出去，接收方获得数字电视信号后再进行逆变换。

计算机中的文档、表格、图片、歌曲、视频等多媒体都是经过数字处理的结果。这些文档、表格等媒体是在专用的处理软件或编码方法下进行，可以存储、传输、编辑、转化等并可以通过输出设备进行输出。另外，数字语音中的语音分析、合成、识别、增强、编码，数字图像中图像的增强、恢复、去噪、压缩，都需要用到数字信号处理。

原文标题：一文给你讲明白什么是数字信号模拟信号

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审核编辑：汤梓红