模拟信号的数字化处理过程共29页
声音信号的数字化
当D/A转换器从图4-2得到的数值中重构原来信号(xìnhào)时，
得到图4-3中蓝色(直线段)线段所示的波形。从图中可 以看出，蓝色线与原波形(红色线)相比，其波形的细节 部分丢失了很多。这意味着重构后的信号波形有较大的 失真。
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左图为采样率2000Hz，量化等级为20的采样量化过程 右图为采样率4000Hz，量化等级为40的采样量化过程
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数字信号
• 在时间和幅度上都是离散的信号(xìnhào) 称为数字信号(xìnhào)。
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2．数字音频
• 声波是随时间而连续变化的物理量，通 过 能量转换装置，可用随声波变化而改变 的电压或电流信号来模拟。以模拟电压 的幅度来表示(biǎoshì)声音的强弱。 为使计算机能处理音频，必须对声音信 号数字化。
模拟信号的数字化过程(guòchéng)
1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1
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采样与量化过程示例
以图4-1所示的原始模拟波形为例进行采样和量化。假设
采样频率(pínlǜ)为1000次/秒，即每1/1000秒A/D转换器 采样一次，其幅度被划分成09共10个量化等级，并将 其采样的幅度值取最接近0 9之间的一个数来表示， 如图4-2所示。图中每个长方形表示一次采样。
B、采样、压缩、量化、存储 C、采样、量化、存储、压缩
D、量化、采样、压缩、存储
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• 5分钟立体声32位采样位数、44.1KZ采 样频率的声音,不压缩(yā suō)的数据容量为 多少MB?
5*60*32*44.1/1024/1024=0.4M
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内容摘要
声音信号的数字化。以模拟电压的幅度来表示声音的强弱。当D/A转换器从图 4-2得到的数值中重构原来信号时，得到图4-3中蓝色(直线段)线段所示的波形。 这意味着重构后的信号波形有较大的失真。用三种：11.025KHz(语音效果)、 22.05KHz(音。乐效果)、44.1KHz(高保真效果)。量化位数也称“量化精度”，是描 述每个采样。个采样值可以用28即256个不同的量化值之一来表。声道数的增加 ，所占用的存储容量也成倍增加。存储量=采样频率(pínlǜ)×量化位数/8×声道数×时 间。化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其。44100×16／ 8×2×1=176400(字节)。1、在数字音频信息获取过程中，哪种顺序是正确的
数据采集与处理技术
*t * **
此时： fS > 2× 100 Hz, 但是： fS < 2× 900 Hz,
fS < 2× 400 Hz,
x ( t)
**
f 1 = 100Hz
f S = 500Hz
Ts
0.002s
*t **
1／100 s=0.01s
图2-5 高频与低频的混淆
数据采集与处理技术
28
2.4 频率混淆与消除频混的措施
输出一串在时间上离散的脉冲 信号xs(nTs )。
采样过程如图2-2所示。
数据采集与处理技术
11
2.2 采样过程
xt
xS nTS
δTs t
xt
xS nTS
t
K
τ
TS 2TS 3TS …
t
TS
图2-2 采样过程
图2-2中：
xs nTs — 采样信号; 0, TS , 2TS — 采样时刻
τ — 采样时间； TS — 采样周期。
数据采集与处理技术
37
2.6 模拟信号的采样控制方式
⑶ 直接存储器存取（DMA）方式 特点：由硬件完成数据的传送操作。
内存
CPU I／O
DMA控制器
外设
图2-10 DMA传送方式
数据采集与处理技术
38
2.6 模拟信号的采样控制方式
采样控制方式的分类归纳如下：
无条件采样
定时采样 变步长采样
采样
条件采样
量化器的位数n↑,量化单位q↓。
数据采集与处理技术
46
2.7 量化与量化误差
2. 量化方法
日常生活中,在计算某个货物的价值时， 对不到一分钱的剩余部分，
第四讲 信号的数字化过程
第四讲信号的数字化过程随着数字电子技术的飞速发展，特别是信息技术的发展与普及，数字电视、液晶屏、数字音频、网络视频等用数字电路处理模拟信号的应用越来越广泛。
自然界中存在的声音、电压、电流、温度、时间、速度、压力以及利用摄像机摄制的反映客观世界的图像都是连续变化的模拟量，为让计算机等数字设备能够识别这些自然物理量并保证模拟设备和数字设备之间的有效通信，则需要在连续的模拟量和离散的数字量之间进行转换。
本讲中，我们将要对模拟信号的数字化过程进行学习，了解模数转换和数模转换的原理和过程。
AV系统中，前端信号源设备最初多以模拟电信号形式生成音视频信号，在之后对信号的处理、传输和接收过程中则可能要进过一次或多次模数转换或数模转换。
信号的数字化实际上需要进过采样、保持、量化和编码四个过程，这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输，并在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。
信号的数字化过程又称为脉冲编码调制。
一、信号采样采样是对模拟信号进行周期性抽取样值的过程，即把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲（数码信号），采样间隔时间T称为采样周期，单位是秒，采样频率f=1/T，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，单位是赫兹（Hz）。
为了保证在采样之后数字信号能完整地保留原始信号中的信息，能不失真地恢复成原模拟信号，采样频率应不小于输入模拟信号频谱中最高频率的两倍。
一般实际应用中采样频率为信号最高频率的5至10倍。
显然，采样频率越高，采样输出的信号就越接近连续的模拟信号。
在数字音频领域，常用的采样率有：8,000 Hz 电话所用采样率；22,050 Hz 无线电广播所用采样率，称为广播音质；44,100 Hz 音频 CD, 电脑声卡，也常用于 MPEG-1 音频（VCD,SVCD, MP3）所用采样率；48,000 Hz 数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率；96,000 或192,000 Hz DVD-Audio、HD-DVD （高清晰度DVD）。
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
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。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
数字信号处理智慧树知到答案章节测试2023年山东工商学院
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。
数字媒体艺术(技术)相关理论名词解释和填空
一、名词解释（本大题共10小题，共28分。
）1、数字媒体艺术（3分）数字媒体艺术专业是一个宽口径的以技术为主，艺术为辅，技术与艺术相结合的新专业。
本专业的毕业生需要掌握信息与通信领域的基础理论与方法，具备数字媒体制作、传输与处理的专业知识和技能，并具有一定的艺术修养，能综合运用所学知识与技能去分析和解决实际问题。
2、流媒体（5分）流媒体使之以流的方式在网络中传输音频、视频和多媒体文件的形式。
流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。
流式传输方式是将视频和音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由服务器向用户计算机连续、实时传送。
在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需要经过几秒钟或几十秒的启动延时即可在用户计算机上利用相应的播放器对压缩的视频或音频等流式媒体文件进行播放，剩余的部分将继续进行下载，直至播放完毕。
3、Pr（2分）Professional，意译为“职业的；专业的”。
4、角色蒙皮（2分）对游戏中一切可活动的游戏角色进行模型和骨骼的匹配联结。
5、SD（2分）Standard Definition，标准解析度。
6、帧（2分）就是影像动画中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上的每一格镜头。
7、CG（3分）英文缩写，多指计算机图形。
计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
8、APPLE Ⅱ（2分）世界第一台有彩色图像的计算机电脑。
9、HD（2分）High Definition ，高解析度。
10、光效应艺术（5分）光效应艺术亦称“光学艺术”或“视觉艺术”。
它是20世纪60年代流行于欧美的一种利用光学的感觉加强绘画效果的抽象艺术。
这种艺术是建立在对抽象派和波普艺术反叛的基础之上的。
它认为抽象派艺术太依赖画面偶然性的效果和任凭感情的冲动，而波普艺术又过于鄙俗和缺乏艺术的感染力。
模拟信号数字化的基本原理及编码技术
模拟信号数字化的基本原理及编码技术一、模拟信号数字化的基本原理模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。
因此，模拟信号数字化的过程就是将连续的模拟信号变为离散的数字信号。
这个过程主要包括采样、量化和编码三个步骤。
1. 采样采样是指将模拟信号在时间上进行离散化的过程。
具体来说，就是以一定的时间间隔对模拟信号进行取样，得到一系列的离散样本。
这些样本虽然在时间上是离散的，但在幅度上仍然是连续的。
采样定理指出，如果采样频率高于信号最高频率的两倍，就能够无失真地恢复出原始信号。
2. 量化量化是指将连续的幅度值转换为离散的数字量的过程。
具体来说，就是将取样得到的连续样本进行幅度上的离散化，将其转换为有限个离散的数字量。
这个过程会产生一定的量化误差，因此量化等级越高，误差就越小。
3. 编码编码是指将量化后的离散数字量转换为二进制代码的过程。
具体来说，就是将量化后得到的离散数字量转换为相应的二进制代码，实现模拟信号的数字化。
编码完成后，就可以进行数字信号的传输、存储和处理了。
二、模拟信号数字化的编码技术1. 脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（PCM）是一种常见的模拟信号数字化编码技术。
PCM通过对模拟信号进行采样、量化和编码，将其转换为数字信号。
PCM编码具有较高的压缩比，能够实现较高的音频和视频质量。
2. 增量脉冲编码调制（ΔPCM）增量脉冲编码调制（ΔPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对相邻样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
ΔPCM编码具有较低的压缩比，适用于一些对音频和视频质量要求较低的应用场景。
3. 增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）是一种结合了ΔPCM和PCM的编码技术，它通过对模拟信号进行过采样和噪声成形，提高了对微弱信号的检测和识别能力。
ΣΔPCM编码适用于一些对信号质量要求较高的应用场景，如高保真音频等。
4. 差分脉冲编码调制（DPCM）差分脉冲编码调制（DPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对当前样本与前一个样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
通信原理 第四章 模拟信号的数字化
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 mi a iv
q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理
线性预测基本原理
线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性
折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17
13折线法中采用的折叠码
模拟信号的数字化(通信原理)
目录
• 模拟信号与数字信号的概述 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与处理 • 模拟信号数字化在通信系统中的应用
01
模拟信号与数字信号的概 述
模拟信号的定义与特性
定义
模拟信号是连续变化的物理量， 其幅度随时间连续变化。
特性
模拟信号具有连续性和时间上的 无限可分性，可以表示任何连续 变化的物理量。
数字信号的定义与特性
定义
数字信号是离散的物理量，其幅度只 有有限个取值。
特性
数字信号具有离散性和时间上的有限 可分性，只能表示有限的离散值。
模拟信号与数字信号的比较
优点比较
模拟信号具有直观、易于理解的特点，而数字信号具有抗 干扰能力强、传输质量高、可进行加密处理等优点。
缺点比较
模拟信号在传输过程中容易受到干扰和损失，而数字信号 需要更高的采样率和数据传输速率，对硬件要求较高。
广播
数字广播利用模拟信号数字化技术将 音频信号转换为数字信号，实现了广 播节目的高质量传输和接收，提高了 广播的抗干扰能力和音质。
数据传
01
计算机网络
模拟信号数字化技术可以将数据信号转换为数字信号，实现数据的快速
传输和存储，提高了计算机网络的传输速度和稳定性。
02 03
数字电视
数字电视利用模拟信号数字化技术将视频和音频信号转换为数字信号， 实现了高质量的视频和音频传输和接收，提高了电视节目的清晰度和稳 定性。
详细描述
量化是将取样后的信号幅度进行近似的过程。由于取样后的信号仍然是连续的，我们需 要将其转换为离散的数字值。在量化过程中，我们选择一个适当的量化级别，将每个取 样点的幅度近似到最近的量化级别，并将这些量化值转换为数字码。通过这种方式，我
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文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0、倚来自南窗以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
模拟信号的数字化处理过程
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散