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。

圖一：模擬信號和數字信號圖像

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，如下圖所示1； 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：

圖二：模擬信號的量化圖

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。 圖三：非0.1數字信號圖 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。

圖四：廣義數字信號處理過程

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。