数字与模拟信号.docVIP

模拟信号(Analog signal)主要是与离散的数字信号相对的连续信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化。而数字信号是人为抽象出来的在时间上的不连续信号。电学上的模拟信号是主要是指振幅和相位都连续的电信号，此信号可以以类比电路进行各种运算，如放大、相加、相乘等。数字信号（Digital signal）是离散时间信号（discrete-time signal）的数字化表示，通常可由模拟信号（analog signal）获得。模拟是一组随时间改变的数据，如某地方的温度变化，汽车在行驶过程中的速度，或电路中某节点的电压幅度等。有些模拟信号可以用数学函数来表示，其中时间是自变量而信号本身则作为应变量。离散时间信号是模拟信号的采样结果：离散信号的取值只在某些固定的时间点有意义 （其他地方没有定义），而不像模拟信号那样在时间轴上具有连续不断的取值。若离散时间信号在各个采样点（samples）上的取值只是原来模拟信号取值（可能需要无限长的数字来表示）的一个近似，那么我们就可以用有限字长（字长长度因应近似的精确程度而有所不同）来表示所有的采样点取值，这样的离散时间信号成为数字信号。将一组精确测量的数值用有限字长的数值来表示的过程称为量化（Quantization）。从概念上讲，数字信号是量化的离散时间信号，而离散时间信号则是已经采样的模拟信号。随着电子技术的飞速发展，数字信号的应用也日益广泛。很多现代的媒体处理工具，尤其是需要和计算机相连的仪器都从原来的模拟信号表示方式改为使用数字信号表示方式。我们日常常见的例子包括手机、视频或音频播放器和数码相机等。一般情况下，数字信号是以二进制数来表示的，因此信号的量化精度一般以比特（bits）来衡量。 模拟信号与数字信号 (1)模拟信号与数字信号 不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。 当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。 (2)模拟信号与数字信号之间的相互转换 模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。 计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。 模拟信号与数字信号 一、模拟信号 　　模拟信号是一种不仅再时间上连续、数值上也连续的物理量，具有无穷多的数值，其数学表达是必较复杂，比如正弦函数、指数函数等。　　从自然界感知的大部分物理量都是模拟性质的，如速度、压力、温度、声音、重量以及位置等都是最常见的物理量。　　图1.1.1 是几种常见的模拟信号波形 　　正弦波：例如我们最经常接触到的声波。可能你有机会用一台示波器察看一个真实的声音波形，你将发现所看到的波形可不像这里所示范的这样清晰的正弦波，而是看起来非常杂乱的一种波形，确实如此，这只是因为真实的声音波形中包含了多种频率的正弦波。另一个例子由发条驱动的钟摆，将钟摆的运动轨迹延时间轴展开，得到的连续波形正好就是一个正弦波形。　　调幅波：自从发明收音机以来，普通百姓就开始与调幅波打交道了，这种波形是以一种频率很高的正弦波作为载波，在此基础上叠加一个频率较低的信号波就形成了入图所示得波形。阻尼振荡波：凡是自然界中可以看到的振荡运动，都可以观察到这种波形，比如弹簧的自由振动、钟摆的自由运动（不同于由发条驱动得钟摆运动）等，如果说这些还有人工的痕迹，那么水波的涟漪则是在自然不过的了。　　指数衰减波：许多发光物质都具有这种波形，也就是荧光寿命。我们平时使用的日光灯就是一个例子，当我们将一个点亮的日光灯的电源切断时，可以观察到日光灯不是一下子就熄灭，而是有一个短暂的熄灭过程，