信號(hào)處理發(fā)展及目的

信號(hào)處理(signal processing) 是對(duì)各種類型的電信號(hào)，按各種預(yù)期的目的及要求進(jìn)行加工過程的統(tǒng)稱。對(duì)模擬信號(hào)的處理稱為模擬信號(hào)處理，對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理稱為數(shù)字信號(hào)處理。所謂"信號(hào)處理"，就是要把記錄在某種媒體上的信號(hào)進(jìn)行處理，以便抽取出有用信息的過程，它是對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取、變換、分析、綜合等處理過程的統(tǒng)稱。

人們?yōu)榱死眯盘?hào)，就要對(duì)它進(jìn)行處理。例如，電信號(hào)弱小時(shí)，需要對(duì)它進(jìn)行放大;混有噪聲時(shí)，需要對(duì)它進(jìn)行濾波;當(dāng)頻率不適應(yīng)于傳輸時(shí)，需要進(jìn)行調(diào)制以及解調(diào);信號(hào)遇到失真畸變時(shí)，需要對(duì)它均衡;當(dāng)信號(hào)類型很多時(shí)，需要進(jìn)行識(shí)別等等。

與信號(hào)有關(guān)的理化或數(shù)學(xué)過程有：信號(hào)的發(fā)生、信號(hào)的傳送、信號(hào)的接收、信號(hào)的分析(即了解某種信號(hào)的特征)、信號(hào)的處理(即把某一個(gè)信號(hào)變?yōu)榕c其相關(guān)的另一個(gè)信號(hào)，例如濾除噪聲或干擾，把信號(hào)變換成容易分析與識(shí)別的形式)、信號(hào)的存儲(chǔ)、信號(hào)的檢測(cè)與控制等。也可以把這些與信號(hào)有關(guān)的過程統(tǒng)稱為信號(hào)處理。在事件變化過程中抽取特征信號(hào)，經(jīng)去干擾、分析、綜合、變換和運(yùn)算等處理，從而得到反映事件變化本質(zhì)或處理者感興趣的信息的過程。分模擬信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理。

數(shù)字信號(hào)處理是20世紀(jì)60年代才開始發(fā)展起來的，開始是貝爾實(shí)驗(yàn)室及麻省理工學(xué)院用電子計(jì)算機(jī)對(duì)電路與濾波器設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，奠定了數(shù)字濾波器的發(fā)展基礎(chǔ)。60年代中期，發(fā)明了快速傅里葉變換，使頻譜分析的傅里葉分析的計(jì)算速度提高了百倍以上，從而達(dá)到了可以利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行譜分析的目的，奠定了信號(hào)與系統(tǒng)分析的實(shí)用基礎(chǔ)，形成了以數(shù)字濾波及快速傅里葉變換為中心內(nèi)容的數(shù)字信號(hào)處理的基本方法與概念。70年代開始，數(shù)字信號(hào)處理這個(gè)專用名詞在科技領(lǐng)域問世。

削弱信號(hào)中的多余內(nèi)容;濾出混雜的噪聲和干擾;或者將信號(hào)變換成容易處理、傳輸、分析與識(shí)別的形式，以便后續(xù)的其它處理。

人們最早處理的信號(hào)局限于模擬信號(hào)，所使用的處理方法也是模擬信號(hào)處理方法。在用模擬加工方法進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)"信號(hào)處理"技術(shù)沒有太深刻的認(rèn)識(shí)。這是因?yàn)樵谶^去，信號(hào)處理和信息抽取是一個(gè)整體，所以從物理制約角度看，滿足信息抽取的模擬處理受到了很大的限制。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，信號(hào)處理的理論和方法也得以發(fā)展。在我們的面前出現(xiàn)了不受物理制約的純數(shù)學(xué)的加工，即算法，并確立了信號(hào)處理的領(lǐng)域。現(xiàn)在，對(duì)于信號(hào)的處理，人們通常是先把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后利用高效的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP: Digital Signal Processor)或計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。那么，如何進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理呢?一般地講，數(shù)字信號(hào)處理涉及三個(gè)步驟：(一) 模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)：把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，是一個(gè)對(duì)自變量和幅值同時(shí)進(jìn)行離散化的過程，基本的理論保證是采樣定理。(二) 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)：包括變換域分析(如頻域變換)、數(shù)字濾波、識(shí)別、合成等。(三) 數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)：把經(jīng)過處理的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)。通常，這一步并不是必須的。作為DSP的成功例子有很多，如醫(yī)用CT斷層成像掃描儀的發(fā)明。它是利用生物體的各個(gè)部位對(duì)X射線吸收率不同的現(xiàn)象，并利用各個(gè)方向掃描的投影數(shù)據(jù)再構(gòu)造出檢測(cè)體剖面圖的儀器。這種儀器中FFT(快速傅里葉變換)起到了快速計(jì)算的作用。以后相繼研制出的還有：采用正電子的CT機(jī)和基于核磁共振的CT機(jī)等儀器，它們?yōu)獒t(yī)學(xué)領(lǐng)域作出了很大的貢獻(xiàn)。