模拟信号的数字化
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第2章信道与噪声模拟信号数字化技术第5章5.25.15.45.3引 言模拟信号的抽样抽样信号的量化脉冲编码调制(PCM)5.5增量调制(DM)5.6差分脉冲编码(DPCM)5.7音视频编码技术目录5.1引 言•将模拟信号转换成数字信号要经过抽样( sampling ,也称取样或采样)、量化(quantization)和编码(coding)三个过程。
•抽样的目的:实现时间的离散,但抽样后的信号(PAM信号)的幅度取值仍然是连续的,仍是模拟信号;•量化的目的:实现幅度的离散,故量化后的信号已经是数字信号,但它一般为多进制数字信号,不能被常用的二进制数字通信系统处理;•编码的目的:将量化后的多进制数字信号编码成二进制码。
5.2模拟信号的抽样假设模拟信号为f(t) ,梳状函数为δT (t),抽样后信号为f s (t)。
则1.低通抽样定理假设模拟信号为f(t)的频谱为F(ω),梳状函数的频谱为δT (ω),抽样后信号为f s (ω)。
则1.低通抽样定理1.低通抽样定理1.低通抽样定理5.2.1 低通与带通抽样定理2.带通抽样定理可以证明:假设带通信号f(t)的下限频率为f L,上限频率为f H,带宽为B。
当抽样频率f s满足f(t)可以由抽样点值序列f s(nT s)完全描述。
n为商(f H/B)的整数部分,n=l,2,…;k为商(f H/B)的小数部分,0<k<l。
1.自然抽样假设抽样脉沖序列为其中p(t)为任意形状的脉沖(脉冲宽度为τ),模拟信号为f(t),抽样后的信号为f s(t),则对于周期脉冲序列可利用傅里叶级数展开,即1.自然抽样1.自然抽样1.自然抽样1.自然抽样2.平顶抽样模拟信号f(t)和非常窄的周期性脉冲(近似冲激函数)δT(t)相乘,得到乘积f s(t),然后通过一个冲激响应是矩形的保持电路,将抽样电压保持一定时间。
2.平顶抽样2.平顶抽样5.3抽样信号的量化5.3.1 量化的基本原理设模拟抽样信号的取值范围在-V~V之间,量化电平数为L,则在均匀量化时的量化间隔Δv为为量化区间的端点mi若输出的量化电平q取为量化间隔的中点,则i对于给定的信号最大幅度V,量化电平数L越多,量化区间Δv越小,量化误差(噪声)越小,量化噪声具体可表示为压缩特性曲线A律压缩特性曲线1.A律压缩特性2.A律压缩的近似算法——13折线法3.μ律压缩特性μ律压缩特性曲线3.μ律压缩特性5.4脉冲编码调制(PCM)5.4.1 脉冲编码调制的基本原理PCM系统的原理图三种4位二进制码组折叠二进制码与自然二进制码相比,有两个突出的优点:(1)对于双极性的信号,若信号的绝对值相同,而只是极性不同,折叠二进制码就可以采用单极性的编码方法,这样可以简化编码电路。
简述数字化的基本原理数字化是指将模拟信号转化为数字信号的过程。
在数字化中,模拟信号被离散成为多个离散数据点,并用数字方式表示。
数字化的基本原理包括采样、量化和编码三个步骤。
1. 采样采样是指将连续的模拟信号在时间上离散化,取样得到一系列的采样值。
采样的频率决定了离散点的数量,也称为采样率。
采样率越高,离散点越多,信号的信息更完整,但同时也会增加数据量。
采样的基本原理是根据奈奎斯特采样定理,即采样频率至少要是被采样信号最高频率的两倍。
2. 量化量化是指将采样得到的连续信号幅度离散化,转化为一系列离散的幅度值。
量化的目的是将连续信号的无限可能性转化为有限的离散值,以便于数字存储和处理。
量化的基本原理是将连续信号的幅度范围划分为多个离散级别,将每个采样点映射到最接近的幅度级别上。
3. 编码编码是指将量化后的离散信号转化为二进制编码,以便于数字系统的存储和处理。
编码的基本原理是将每个离散幅度值用一个固定的二进制位数表示。
常用的编码方式有二进制编码、格雷码等。
编码后的数字信号可以方便地进行传输、存储和处理。
数字化的基本原理可以用以下示意图表示:采样 -> 量化 -> 编码数字化的优点在于它能够提高信号的稳定性和可靠性,减少信号传输中的干扰和失真。
数字信号可以经过编码后以二进制形式存储和传输,不易受到噪声、衰减等干扰的影响。
同时,数字信号可以进行复制、粘贴、剪切等操作,方便进行各种数字处理和分析。
数字化在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域,数字化使得信息的传输更加高效和可靠。
在音频和视频领域,数字化使得音乐、影视等媒体可以以数字形式存储和传播。
在计算机领域,数字化使得计算机可以对数据进行处理和分析。
在医学领域,数字化使得医学影像可以进行数字处理和诊断。
然而,数字化也存在一些问题和挑战。
其中一个问题是数字化带来的数据量增加。
数字化信号通常需要更多的存储空间和传输带宽。
另一个问题是数字化带来的精度损失。
第6 章模拟信号的数字化本章教学要求:1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。
掌握均匀量化原理、非均匀量化原理(A 律13折线)和编码理论。
2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。
3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。
§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化?就是把模拟信号变换为数字信号的过程,即模数转化。
这是本章欲解决的中心问题。
二、为什么要进行模数转换?由于数字通信的诸多优点,数字通信系统日臻完善。
致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车;先将模拟信号转化为数字信号,借数字通信方式(基带或频带传输系统)得到高效可靠的传输,然后再变回模拟信号。
三、怎样进行数字化?就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制(PCM)为典型,它包含三大步骤:1.抽样(§2 和§3);2.量化(§4);3.编码(§5)1.抽样:每隔一个相等的时间间隙,采集连续信号的一个样值。
2.量化:将量值连续分布的样值,归并到有限个取值范围内。
3.编码:用二进制数字代码,表达这有限个值域(量化区)。
2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到,能用低通滤波器完整地分割出一个F(ω)的关键条件是ωs≥2ωm,或f s≥2f m。
这里2f m 是基带信号最大频率,2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。
抽样定理告诉我们,只要抽样频率不小于2f m,从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。
二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L,且B<<f H,抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中,K=f H/B-N,N 为不超过f H/B 的最大整数。
由于0≤K<1,所以f s在2B~4B 之间。
当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。
当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象(这一点是与基带信号不同的)例:f H= 5MHz,f L = 4MHz,f S =2MHz 或3MHz 时,求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制(PAM)理想抽样采用的单位冲击序列,实际中是不存在的,实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。
绪论单元测试1.如果想要实现模拟信号的数字化,以便后续处理,须经过:()。
A:数字滤波器B:D/A转换C:A/D转换D:抗混叠模拟滤波答案:CD2.以下属于数字信号处理技术的是()。
A:语音识别B:视频编码C:图像压缩D:谱分析答案:ABCD3.数字信号处理系统具有()的优点。
A:可靠性高B:精度高C:易于大规模集成D:灵活性高答案:ABCD4.数字信号处理系统可以采用如下方法实现()。
A:通用微处理器B:DSPC:通用计算机D:FPGA答案:ABCD5.序列经过()成为数字信号。
A:量化B:编码C:采样D:保持答案:AB6.数字信号在时间和振幅上都是离散的。
()A:错B:对答案:B7.周期信号和随机信号是功率信号。
()A:错B:对答案:B8.数字信号处理只对数字信号进行处理。
()A:对B:错答案:B9.与模拟系统相比,数字系统精度高、复杂度低。
()A:对B:错答案:B10.与模拟系统相比,数字系统可靠性更高。
()A:对B:错答案:A第一章测试1.从奈奎斯特采样定理得出,要使实信号采样后能够不失真还原,采样频率fs与信号最高频率fmax关系为:。
()A:fs≥ 2fmaxB:fs≤2 fmaxC:fs≥ fmaxD:fs≤fmax答案:A2.序列x1(n)的长度为4,序列x2(n)的长度为3,则它们线性卷积的长度是。
()A:7B:5C:6D:6答案:C3.若正弦序列x(n)=sin(30nπ/120)是周期的,则周期是N= 。
()A:2B:4πC:2πD:8答案:D4.一LTI系统,输入为 x(n)时,输出为y(n);则输入为2x(n)时,输出为;输入为x(n-3)时,输出为。
()A:2y(n),y(n+3)B:y(n),y(n-3)C:2y(n),y(n-3)D:y(n),y(n+3)答案:C5.下列关系正确的为()。
A:B:C:D:答案:C6.设系统的单位抽样响应为h(n),则系统因果的充要条件为()A:当n>0时,h(n)≠0B:当n<0时,h(n)≠0C:当n>0时,h(n)=0D:当n<0时,h(n)=0答案:D7.下列哪一个单位抽样响应所表示的系统不是因果系统?( )A:h(n)=δ(n)B:h(n)=u(n)-u(n+1)C:h(n)=u(n)-u(n-1)D:h(n)=u(n)答案:B8. LTI系统,输入x(n)时,输出y(n);输入为3x(n-2),输出为()A:y(n)B:3y(n)C:y(n-2)D:3y(n-2)答案:D9.下列哪一个系统是因果系统()A:y(n)= cos(n+1)x (n)B:y(n)=x (- n)C:y(n)=x (n+2)D:y(n)=x (2n)答案:A10.10设因果稳定的LTI系统的单位抽样响应h(n),在n<0时,h(n)= ( )A:0B:-∞C:∞D:1答案:A11.x(n)=cos(w0n)所代表的序列一定是周期的。
模拟信号的数字化一、 实验原理与目的模拟信号的数字化包括:抽样,量化和编码。
本文主要是对模拟信号从采样到量化再到编码的整个过程做一个比较全面的matlab仿真,同时也对不同的采样频率所采取的信号进行了比较。
模拟信号首先被抽样,通常抽样是按照等时间间隔进行的,虽然在理论上并不是必须如此的。
模拟信号抽样后,成为了抽样信号,它在时间上离散的,但是其取值仍是连续的,所以是离散的模拟信号。
第二步是量化,量化的结果使抽样信号变成量化信号,其取值是离散的。
故量化信号已经是数字信号了,它可以看成多进制的数字脉冲信号。
第三步是编码,最基本的和最常用的编码方法是脉冲编码调制(PCM ),它将量化后的信号变成二进制码。
由于编码方法直接和系统的传输效率有关,为了提高传输效率,常常将这种PCM 信号进一步作压缩编码,再在通信系统中传输。
二、 抽样抽样:在等时间间隔T 上,对它抽取样值,在理论上抽样可以看作是用周期单位冲激脉冲和模拟信号相乘,在实际上是用周期性窄脉冲代替冲激脉冲与模拟信号相乘。
对一个带宽有限的连续模拟信号进行抽样时,若抽样速率足够大,则这些抽样值就能够完全代替原模拟线号,并且能够由这些抽样值准确地恢复出原模拟信号。
因此,不一定要传输模拟信号本身,可以只传输这些离散的抽样值,接受端就能恢复原模拟信号。
描述这一抽样速率条件的定律就是著名的抽样定律,抽样定律为模拟信号的数字化奠定了理论基础。
抽样定律指出采样频率是:2sH ff对于本文中的信号定义为()(sin)s t A t 其中2ft 。
三、 量化模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号,但是仍然是模拟信号,这个抽样信号必须经过量化后成为数字信号。
本文主要采用的是均匀量化,设模拟信号的取值范围是在a 和b 之间,量化电平时M,则在均匀量化时的量化间隔为b a M且量化区间的端点为i a i m若量化输出电平是i q取为量化间隔的中点,则:12i i im m q显然,量化输出电平和量化前信号的抽样值一般不同,即量化输出电平有误差。
将模拟信号数字化的三个步骤一、模拟信号与数字信号的区别模拟信号是连续的信号,其数值可以在任意时间和数值范围内变化。
模拟信号的值可以通过物理量的大小来表示,例如电压、电流等。
而数字信号是离散的信号,其数值只能在有限的时间和数值范围内变化。
数字信号一般以二进制形式表示,只能取有限个数值。
二、模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
这个过程分为三个步骤:采样、量化和编码。
1. 采样采样是将模拟信号在时间上进行离散化的过程。
采样过程中,需要以一定的采样频率对模拟信号进行采样,将连续的模拟信号转换为一系列的离散样本点。
采样频率需要满足奈奎斯特采样定理,即采样频率要大于模拟信号中最高频率的两倍,以保证采样后的数字信号能够还原原始的模拟信号。
2. 量化量化是将采样得到的连续样本点的振幅值转换为有限个离散数值的过程。
量化的目的是将连续的模拟信号离散化,将其振幅值映射到一组有限的数值上。
量化过程中,需要确定量化级数,即将模拟信号的振幅范围等分为若干个离散的量化水平。
每个样本点的振幅值将被映射到最接近的量化水平上,从而得到离散的量化数值。
3. 编码编码是将量化后的离散数值表示成二进制形式的过程。
编码的目的是将量化后的离散数值转换为可以用二进制表示的数字信号。
编码过程中,需要确定编码规则,即将每个量化数值映射到一个二进制码字上。
常用的编码规则有自然二进制编码、格雷码编码等。
三、应用与总结模拟信号的数字化在现代通信、音视频处理等领域有着广泛的应用。
通过将模拟信号数字化,可以实现信号的高保真传输和存储。
数字信号可以进行数字信号处理,如滤波、压缩等操作,以提高信号的质量和效率。
模拟信号的数字化过程包括采样、量化和编码三个步骤。
采样将模拟信号在时间上离散化,量化将采样得到的样本点的振幅值离散化,编码将量化后的离散数值转换为二进制形式。
这个过程使得模拟信号可以以数字形式进行表示、传输和处理,广泛应用于各个领域。
电信模拟信号的数字传输引言电信模拟信号是指连续变化的信号,其数值在一定时间和幅度范围内连续变化,例如声波信号和视频信号。
然而,随着科技的进步和数字技术的发展,数字信号成为了主流。
数字信号通过将连续变化的模拟信号转换成离散的数字形式,使得信号的处理和传输更加稳定和可靠。
本文将介绍电信模拟信号通过数字传输的基本原理和常见方法。
模拟信号的数字化和样点化在数字传输中,首先需要对模拟信号进行数字化和样点化。
数字化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号,而样点化则是将连续信号在一定的时间间隔内进行采样。
数字化的过程中,一个常用的方法是使用模数转换器(ADC)。
ADC将连续的模拟信号按照一定的采样率进行采样,并将每个采样值转换为对应的数字表示。
采样率决定了取样的频率,通常以每秒采样次数(赫兹)来表示。
样点化是将连续信号在一定的时间间隔内进行采样,并将每个采样值表示为数字形式。
采样间隔决定了模拟信号在时间领域中离散化程度的密集程度。
常用的采样间隔是每秒采样次数(赫兹)的倒数。
数字信号的压缩和编码在模拟信号转换为数字信号后,接下来需要对数字信号进行压缩和编码。
压缩是指通过减少数字信号中的冗余信息来减小信号的数据量。
常用的压缩算法有无损压缩和有损压缩。
无损压缩保持信号的完整性,减小大小,但不会影响信号的质量。
而有损压缩则会牺牲一部分信号的质量来减小信号的数据量。
编码是将数字信号转换为特定的编码形式,以便在传输过程中进行解码。
常见的编码方法包括脉冲编码调制(PCM)和差分脉冲编码调制(DPCM)。
PCM将每个样本值按照一定的规则编码为固定长度的二进制数,而DPCM则根据当前样本值与前一样本值的差异来编码。
数字信号的传输和解码在数字信号的传输中,需要通过信道将数字信号从发送端传输到接收端。
由于信道存在噪声和其他干扰,可能会引起信号失真。
因此,传输过程中需要对信号进行调制和解调。
调制是将数字信号转换为适合传输的模拟信号。
模拟信号数字化步骤嘿,咱今儿个就来聊聊模拟信号数字化的那些步骤,这可有意思啦!你想想啊,模拟信号就像是一条弯弯曲曲的小河,流淌着各种连续变化的信息。
那怎么把它变成数字信号呢,就像是要把这条小河里的水一滴一滴地装进小瓶子里。
首先呢,得采样呀!这就好比从那小河里舀出一瓢水来看看。
采样的频率可重要啦,就像你舀水的速度,太慢了可就漏了好多信息,太快了又好像有点浪费精力。
咱得恰到好处地把那一个个瞬间的信号值给记录下来。
然后呢,就是量化啦!这一步就像给舀出来的水定个标准,是多还是少呀,得有个明确的说法。
把那些连续的信号值划分成一段段的,给它们贴上标签,让它们变得有规有矩的。
再接下来就是编码啦!这就像是给每个小瓶子编个号,让我们能清楚地知道每个瓶子里装的是什么样的水。
把量化后的信号值用特定的代码表示出来,这样数字世界就能轻松识别和处理啦。
你说这神奇不神奇,就这么几步,就能把那弯弯曲曲的模拟信号变得整整齐齐的数字信号啦!这就好像把一团乱麻理得顺顺溜溜的。
你看啊,在我们的生活中,到处都有这样的例子。
比如说音乐,以前的唱片那放出来的就是模拟信号,声音会随着唱片的磨损啥的变得不太一样。
但是现在通过数字化,那音乐就能一直保持清晰好听,就像永远不会变老一样。
还有那些老照片,以前的照片时间长了可能会褪色啥的,但是数字化后就能一直保存下去,随时都能拿出来看看,回忆回忆过去的美好时光。
这不就像是给我们的记忆也进行了数字化吗?把那些珍贵的瞬间都变成了一个个数字代码,永远不会丢失。
所以说呀,模拟信号数字化的步骤可太重要啦!它让我们的信息能够更准确、更方便地传输和存储。
让我们的生活变得更加丰富多彩。
咱就这么一说,你是不是对模拟信号数字化步骤有了更清楚的认识啦?哈哈!。
将模拟信号转化为数字信号的方法将模拟信号转化为数字信号的方法1. 什么是模拟信号和数字信号?模拟信号是连续变化的信号,它的数值可以在一定范围内任意取值。
而数字信号是离散的信号,它的数值只能取有限个值。
2. 模拟信号转数字信号的原理将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换。
其基本原理是通过一个称为模数转换器的设备,将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换可以分为两个步骤:采样和量化。
采样采样是指将连续信号在时间轴上离散化。
采样过程中,模拟信号的数值只在一些特定的时间点上进行测量,得到一系列的样本值。
量化量化是指对采样得到的样本值进行离散化。
量化过程中,采样得到的样本值被映射为有限个数值中的一个。
常见的量化方法有均匀量化和非均匀量化。
3. 模拟信号转数字信号的方法采样定理(奈奎斯特定理)奈奎斯特定理指出,要保证模拟信号在转换为数字信号过程中不发生失真,采样频率必须大于模拟信号频谱的最高频率的两倍。
脉冲编码调制(PCM)PCM是将模拟信号转换为数字信号的一种常用方法。
它通过对模拟信号进行采样和量化,将采样和量化结果编码为数字形式。
PCM在通信、音频和视频等领域得到广泛应用。
Δ-调制(Delta Modulation)Δ-调制是一种简化的模拟信号转换为数字信号的方法。
它通过比较模拟信号的当前值与前一个采样的预测值之间的差异,并将差值编码为数字信号。
Δ-调制相比PCM更为简单,但对高频信号的响应性能较差。
调频调幅调制(FM/AM调制)调频调幅调制是一种将模拟信号转换为数字信号的方法。
它通过改变载波频率或幅度,将模拟信号的信息编码到载波信号中,然后进行数字化处理。
总结模拟信号到数字信号的转换是现代通信和媒体技术中的基本过程。
采样和量化是实现模拟信号转换为数字信号的核心步骤,而奈奎斯特定理则提供了采样频率的理论基础。
各种方法如PCM、Δ-调制和FM/AM调制都在不同的领域得到广泛应用,为实现模拟信号的数字化提供了多样的选择。