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[讨论] 看到大牛讲解信号与系统以及数字信号处理的时候才知道大学专业是干嘛的!!(三)

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发表于 2013-12-20 17:59:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
第三课 抽样定理是干什么的

        1. 举个例子,打电话的时候,电话机发出的信号是PAM脉冲调幅,在电话线路上传的不是话音,而是话音通过信道编码转换后的脉冲序列,在收端恢复语音波形。那 么对于连续的说话人语音信号,如何转化成为一些列脉冲才能保证基本不失真,可以传输呢? 很明显,我们想到的就是取样,每隔M毫秒对话音采样一次看看电信号振幅,把振幅转换为脉冲编码,传输出去,在收端按某种规则重新生成语言。


       那么,问题来了,每M毫秒采样一次,M多小是足够的? 在收端怎么才能恢复语言波形呢?


       对于第一个问题,我们考虑,语音信号是个时间频率信号(所以对应的F变换就表示时间频率)把语音信号分解为若干个不同频率的单音混合体(周期函数的复利叶 级数展开,非周期的区间函数,可以看成补齐以后的周期信号展开,效果一样),对于最高频率的信号分量,如果抽样方式能否保证恢复这个分量,那么其他的低频 率分量也就能通过抽样的方式使得信息得以保存。如果人的声音高频限制在3000Hz,那么高频分量我们看成sin(3000t),这个sin函数要通过抽 样保存信息,可以看为: 对于一个周期,波峰采样一次,波谷采样一次,也就是采样频率是最高频率分量的2倍(奈奎斯特抽样定理),我们就可以通过采样信号无损的表示原始的模拟连续 信号。这两个信号一一对应,互相等价。


对于第二个问题,在收端,怎么从脉冲序列(梳装波形)恢复模拟的连续信号呢? 首先,我们已经肯定了在频率域上面的脉冲序列已经包含了全部信息,但是原始信息只在某一个频率以下存在,怎么做? 我们让输入脉冲信号I通过一个设备X,输出信号为原始的语音O,那么I(*)X=O,这里(*)表示卷积。时域的特性不好分析,那么在频率域 F(I)*F(X)=F(O)相乘关系,这下就很明显了,只要F(X)是一个理想的,低通滤波器就可以了(在F域画出来就是一个方框),它在时间域是一个 钟型函数(由于包含时间轴的负数部分,所以实际中不存在),做出这样的一个信号处理设备,我们就可以通过输入的脉冲序列得到几乎理想的原始的语音。在实际 应用中,我们的抽样频率通常是奈奎斯特频率再多一点,3k赫兹的语音信号,抽样标准是8k赫兹。


       2. 再举一个例子,对于数字图像,抽样定理对应于图片的分辨率----抽样密度越大,图片的分辨率越高,也就越清晰。如果我们的抽样频率不够,信息就会发生混 叠----网上有一幅图片,近视眼戴眼镜看到的是爱因斯坦,摘掉眼睛看到的是梦露----因为不带眼睛,分辨率不够(抽样频率太低),高频分量失真被混入 了低频分量,才造成了一个视觉陷阱。在这里,图像的F变化,对应的是空间频率。


      话说回来了,直接在信道上传原始语音信号不好吗? 模拟信号没有抗干扰能力,没有纠错能力,抽样得到的信号,有了数字特性,传输性能更佳。


       什么信号不能理想抽样? 时域有跳变,频域无穷宽,例如方波信号。如果用有限带宽的抽样信号表示它,相当于复利叶级数取了部分和,而这个部分和在恢复原始信号的时候,在不可导的点上面会有毛刺,也叫吉布斯现象。


        3. 为什么傅立叶想出了这么一个级数来? 这个源于西方哲学和科学的基本思想: 正交分析方法。例如研究一个立体形状,我们使用x,y,z三个互相正交的轴: 任何一个轴在其他轴上面的投影都是0。这样的话,一个物体的3视图就可以完全表达它的形状。同理,信号怎么分解和分析呢? 用互相正交的三角函数分量的无限和:这就是傅立叶的贡献。
此帖出自单片机论坛

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看到大牛讲解信号与系统以及数字信号处理的时候才知道大学专业是干嘛的!!(一) 第一课 什么是卷积 卷积有什么用 什么是傅利叶变换 什么是拉普拉斯变换 http://bbs.eeworld.com.cn/thread-421722-1-7.html  详情 回复 发表于 2013-12-20 18:01
哈喽,我是卡索KaSuo~~


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 楼主| 发表于 2013-12-20 18:01:00 | 显示全部楼层

回复 楼主季夏木槿 的帖子

看到大牛讲解信号与系统以及数字信号处理的时候才知道大学专业是干嘛的!!(一)

第一课 什么是卷积 卷积有什么用 什么是傅利叶变换 什么是拉普拉斯变换

http://bbs.eeworld.com.cn/thread-421722-1-7.html


第二课 到底什么是频率 什么是系统?


http://home.eeworld.com.cn/my/li ... %253D1%23pid1604835

[ 本帖最后由 季夏木槿 于 2013-12-20 18:02 编辑 ]
哈喽,我是卡索KaSuo~~


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一粒金砂(高级)

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发表于 2013-12-24 01:13:17 | 显示全部楼层
期待楼主的继续更新!


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 楼主| 发表于 2013-12-24 11:52:13 | 显示全部楼层
hjl240 发表于 2013-12-24 01:13
期待楼主的继续更新!

{:1_227:}
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