信号的基本特征.ppt

绪 论 (INTRODUCTION) 生物体本身既是很好的信号发生系统又是很好的信号处理系统。对生物体的信号发生和处理功能的模仿形成了一门称为“仿生学”的学科。直到现在还有很多生物体的功能的原理未弄清楚，仿生科学任重而道远。蝙蝠的声纳系统，人类的语言发生和处理、思维信息的处理、遗传信息的处理都具有高超的信息处理能力。例如生物体是一个很好的带通光学滤波器，只能让400-700nM的波长的光线通过，并进行非线性处理。没有人类对这一段电磁波的特异的感觉，就没有光学可言，可能就只有电磁波谱学。五光十色的斑斓世界，将可能什么颜色也没有。颜色就是人体对特定电磁波的感觉的描写。没有视觉就没有光学，没有听觉就没有声学。人们为了生存，对外界信号（刺激）的处理，一般都是非线性的，如进行对数压缩。就是说，作为信号处理系统而言，人体是一个非线性系统。因此在叙述现有的各种信号处理技术之前，必须对作为信号发生的生物体（信号源）及其所发出的信号特征有一个起码的了解。这是本书首先需要完成的任务。这一点的重要性在于：没有对生物体系统（信号源）及其所发出的信号特征有一个起码的了解，一切信号处理方法的应用都可能是盲目的。 生物医学信号数字处理技术（不管是硬件处理还是软件处理）是现代医学诊断和治疗设备的一种核心技术。由于生物医学信号的产生系统、传输介质、信号性质都有一些独特的性质，而使之成为一门独立的应用学科。在叙述处理生物医学信号方法之前，首先对信号、信号的类型、生物医学信号的特点和生物医学信号处理的目的作一些简单的介绍。 一、信号 信号是携带客观物体（如人体）的状态或特性(status or features)的载体(carrier)。这种说法叫信号的概念模型(conceptual model)。信号的数学模型(mathematical model)是一些函数，包括模拟的（即连续的:continuous）和数字的函数或方程。信号的物理模型(physical model)是包括力、声、热、电、光等各种形式的有色有声的客观存在：物质或能量（matter or energy）。生物医学信号是携带生物体（organism）的状态或特性的载体。 当前，信号处理的对象主要是各种各样的物理信号，包括力学的( mechanic )﹑声学的( sonic )﹑热学的( thermal )﹑电磁学的(electromagnetic)﹑光学的(optical)信号，这些信号还可分为一维的(one-dimensional)﹑二维的(bidimensional)﹑三维的(tridimensional)信号。以计算机为工具的信号数字处理技术处理的信号只能是数字化了的电信号。因此人体发出的各种信号除了电信号以外，都必须经过两次转换：（1）非电信号转为电信号，（2）电信号的数字化。担任第一项任务的器件（device）叫换能器（transducer ）。如果待处理的信号已经是电信号，则获得此信号的器件叫传感器(sensor )。完成第二项任务的器件叫模数转换器( ADC: analog-digital converter )。 （一）信号的基本特征 这里按经典的傅立叶（Fourier）观点描述信号的基本特征。关于信号的傅立叶观点是：任何信号都是由一系列正、余弦成分（ 或称为分量：component ）组成的。因此信号按分量的最基本特征是：幅度（amplitude）、频率(frequency)和初相（initial phase）。如正弦信号: x(t) = ASIN( 2πft + θ ) （0-1） 式中x(t)为任意时刻的信号值。A为信号的幅度，f为信号的频率，θ为信号的初相：决定信号的初始状态的物理量。 （二）信号分类 根据不同的着眼点，可将信号划分为不同的类型, 正如可按年龄、性别、民族、身高、体重、职业等将人进行分类一样。 1.按被探测信号的产生方式分类 (1) 内源信号（internal source signal ） 被探测的信号是由人体内发出的内源信号，如心电﹑脑电﹑心音﹑语音，血压等都属内源信号。探测对象是有源（信号源）的，探测系统是无源的。生物医学信号处理所涉及的大量的是内源信号。 (2) 外源信号（external source signal ） 探测系统是有源的，人体是无源的。系统探测的是与人体相互作用后的外源信号（通过人体透射、反射、折射、或散射的外源信号），如超声诊断仪、x射线仪等所处理的信号即为外源信号。 (3) 感生信号（induced signal or evoked signal） 被探测的信号是外源信号感生的内源信号。施感信号（inducing si