數電模電是電子信息類專業的專業基礎課。但是由于比較難，所以很多人學的并不是很好，今天阿斌就來帶大家先簡單的了解一下數電模電，后面會出一個系列關于數字信號的處理和DSP技術，大家敬請期待，點贊關注不迷路，下面正式開始！

一、信號是什么？

信號是信息傳遞的載體，是信息的物理表現形式。信號可以表現為多種形式，如電信號、磁信號、聲信號、光信號、熱信號等。

信號在數學上可表示為一個或多個自變量的函數，或表示成一個或幾個獨立變量的函數。

數字信號：時間上離散的信號，通過電壓脈沖的變化來表示要傳輸的數據。計算機處理的信號是數字信號。

模擬信號：指用連續變化的物理量表示的信息，其信號的幅度，或頻率，或相位隨時間作連續變化，或在一段連續的時間間隔內，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現為任意數值的信號。

二、信號的分類

信號可以從不同角度進行分類，下面列舉幾個不同的分類方式。

1、按照自變量個數分：可以分為一維信號、二維信號、多維信號。信號的自變量可以是時間、頻率、空間位置、或者其他物理量。如聲音信號就可以看作以微信號；圖像信號可以看做二維信號；

2、按照信號取值是否確定分：周期信號：若信號滿足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.。。則信號為周期信號，否則為費周期信號。

3、按照信號取值是否確定不變分：確定信號：信號在任意時刻的取值都是精確確不變的；不確定信號：信號在任意時刻的取值都是不能確定的而是隨機變化的；

4、按照信號的能量有限分：能量信號、功率信號。

5、按照自變量和幅度連續或離散分：模擬信號、離散時間信號、數字信號。

三、模擬信號

在連續時間范圍內有定義且幅值也連續的信號稱為連續時間信號，連續時間信號也稱為模擬信號。 如果用數學函數表示信號，則模擬信號是自變量和因變量都可以連續取值的信號。 如果用函數x（t）來表示一維模擬信號，其中t表示自變量，則模擬信號x（t）的可以在自變量內取到任意值，且函數x（t）也可以在值域范圍內連續取值；

模擬信號存在于生活中的各個角落，如溫度的變化，聲音信號等。 但是大家有沒有想過模擬信號為什么叫模擬信號呢？為什么不叫連續信號或者其他的名字呢？其實我也不知道［手動狗頭］ 開個玩笑，關于他為什么叫模擬信號目前比較能接受的一個說法就是：

把被測參量的物理變化用電信號來模擬，然后變換為標準的輸出形式，發生給執行測控的電路去做進一步的處理。 將模擬信號的幅度離散，即幅度取離散的值，而時間取連續的值，由此得到的信號稱為量化信號，量化信號的圖像如下圖所示：

四、數字信號

首先數字信號和模擬信號最大的一個區別就是數字信號不是連續的，即數字信號是離散的； 自然界中的數字信號的例子實在是太少了，因為很多的事物或者信號都是連續的，不連續的自然信號少之又少，盡管如此，數字信號在我們的生活中還是存在的，比如數字有線電視信號，手機信號，寬帶信號等都是數字信號。 只有0和1的信號是不是數字信號？

數字信號是不是只有0和1？如果這個問題放在最開始，估計會有很多人回答錯誤，但是上面我們已經介紹過數字信號和模擬信號了，相信小伙伴們已經不會再回答錯誤了！ 首先數字信號是只有0和1嗎？答案很明顯不是，如下圖這個數字信號，就不只是有0和1，數字信號的關鍵在于他的離散性，而不是在他的取值范圍上。

數字信號是指用一組特殊的狀態來描述信號，典型的就是當前用最為常見的二進制數字來表示的信號，之所以采用二進制數字表示信號，其根本原因是電路只能表示兩種狀態，即電路的通與斷。 在實際的數字信號傳輸中，通常是將一定范圍的信息變化歸類為狀態0或狀態1， 這種狀態的設置大大提高了數字信號的抗噪聲能力。不僅如此，在保密性、抗干擾、傳輸質量等方面，數字信號都比模擬信號要好，且更加節約信號傳輸通道資源。

數字信號抗干擾能力強、通信的保密性好算法復雜

模擬信號分辨率高保密性差、抗干擾能力弱

優點缺點

數字信號一般以“1.0”的方式進行傳播的，比如規定0.8V～1.3V之間的電平為高電平，雖然高電平被干擾信號疊加，但是仍然在這個門限以內，一樣會被識別為1，而不會被識別為0。在經過放大之后，干擾信號就會被剔除，信號會重新生成標準信號。

五、數字信號的處理

實際生產生活中的各種物理量，如攝相機攝下的圖像、錄音機錄下的聲音、車間控制室所記錄的壓力、流速、轉速、濕度等等都是模擬信號。 數字信號是在模擬信號的基礎上經過采樣、量化和編碼而形成的。換句話說，就是把輸入的模擬信號按一定的時間間隔得到各個時刻的樣本值。

再把經采樣測得的各個時刻的值用二進碼制來表示，編碼則是把時間化生成的二進制數排列在一起形成順序脈沖序列。 實際中遇到的信號大多為模擬信號，模擬信號可以經過加法器、乘法器和邏輯元件的數字硬件或專用微處理器進行處理。

說明： （1）模擬低通濾波器是模擬系統，通過對輸人的模擬信號進行處理，輸出模擬信號; （2）取樣是對連續時間信號的時間離散化; （3）保持是將取出的時間離散信號維持一段時間不變; （4） A/D變換器是將離散信號的幅度變為數字信號; （5） D/A變換器是將數字信號變為時間連續的階梯信號的系統，階梯信號再通過低通模擬濾波器就可以得到復制平滑的模擬信號了；

六、數字信號處理的實現方法

數字信號處理總體上可以分為通過軟件、通過硬件、軟件硬件結合的方式實現，具體方法如下：

圖五：數字信號處理過程

1、通過軟件實現 在計算機上使用通用軟件實現對數字信號的處理。列入使用MATLAB軟件進行數字信號處理。這種方法慢，一般用于處理算法模擬。

2、專用加速處理方式 借助軟件開發工具和開發語言設計出處理軟件。這種系統專用性較強，開發成本大。

3、軟硬結合處理 采用數字信號處理器結合嵌入式軟件進行數字信號處理。列入采用TMS320C55XX進行數字語音信號處理，這種方法使用廣泛。也可以使用單片機進行處理，但是只能處理不太復雜的數字信號。

4、硬件方法 采用數字集成電路實現數字信號的處理，列入數字集成電路實現語音編解碼，用FPGA實現數字調制，此方法專用性較強。

七、數字信號處理的應用

在各種高新技術發展的今天，數字信號處理在生活中得到了廣泛應用。基于數值數據通訊的互聯網應用非常廣泛，在互聯網中傳輸的是數字信號，信號在傳輸和轉化過程中經過壓縮、編碼等數字處理，也可以以數字方式儲存。 數字信號處理在數字語音、汽車多媒體、MP3/MP4/MP5、數字掃面儀、數字電視機頂盒、醫院監視系統、生物指紋系統等領域都有大量應用。

數碼相機、數字電視、數字計算機都是數字信號的處理系統。數碼相機將外界的模擬圖像變換成數字圖像，根據一定的數字壓縮算法處理，獲得占用存儲空間較小的數字文檔。 數字電視則是將模擬視頻轉換為數字視頻后進行數字壓縮編碼，再經過數字廣播發送出去，接收方獲得數字電視信號后再進行逆變換。

計算機中的文檔、表格、圖片、歌曲、視頻等多媒體都是經過數字處理的結果。這些文檔、表格等媒體是在專用的處理軟件或編碼方法下進行，可以存儲、傳輸、編輯、轉化等并可以通過輸出設備進行輸出。 另外，數字語音中的語音分析、合成、識別、增強、編碼，數字圖像中圖像的增強、恢復、去噪、壓縮，都需要用到數字信號處理。

編輯：jq