模拟信号和数字信号，本文主要内容关键词为：数字信号论文,信号论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
21世纪是信息时代。信息技术的迅猛发展和广泛应用为教学提供了丰富的学习资源，所以我们有必要了解信号的传输常用两种模式——模拟信号和数字信号，如图1所示；模拟信号指的是在时间上连续的（不间断），数值幅度大小也是连续不间断变化的信号（传统的音频信号、视频信号都是这种信号），数字信号指的是时间轴上是离散的（不连续）数值，但幅度却是固定不变的信号，即用二进制1、0记录信号，反映到图像上是用高、低电压表示的脉冲信号，如图2所示。
模拟信号传输过程中，先把信息信号转换成几乎“一模一样”的波动电信号（因此叫做“模拟”），再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接收下来后，通过接收设备还原成信息信号，如图3所示。
图3 音频模拟信号传输过程示意图
近百年以来，无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，很长的时间内都是用模拟信号来传递信号的。模拟信号同原来的信号在波形上几乎“一模一样”，似乎应该达到很好的传输效果，然而事实恰恰相反，过去我们打电话时常常遇到听不清、杂音大的现象；广播电台转播的交响乐与去现场听乐队演奏相比总有较大的欠缺；电视图像上也时有雪花点闪烁。这是什么原因呢？
原来，信号在传输过程中要经过许多处理和转送，这些设备难免要产生一些噪音和干扰；此外，如果是有线传输，线路附近的电气设备也要产生电磁干扰；如果是无线传送，则更加“开放”，天空中的各种干扰根本无法抗拒。这些干扰很容易引起信号失真，也会带来一些噪声。这些失真和附加的噪声还会随着传送的距离的增加而积累起来，严重影响通信质量。对此，人们想了许多方法：一种是采取各种措施来抗干扰，如提高信息处理设备的质量，尽量减少它产生的噪音；又如给传输线加上屏蔽；再如采用调频载波来代替调幅载波等；但是，这些办法都不能从根本上解决干扰的问题。另一种办法是设法去除信号中的噪声，把失真的信号恢复过来，但是，对于模拟信号来说，由于无法从已失真的信号准确地推知出原来不失真的信号，因此这种方法也是无效的。
20世纪70年代后，人们逐渐掌握了利用数字信号进行通信，近年来数字技术高速发展，当今社会已是名副其实的数字时代。数字信号进行通信与模拟信号通信有何不同呢？
从原始信号转换到数字信号一般要经过抽样、量化和编码这样三个过程，如图4所示。抽样是指每隔一小段时间，取原始信号的一个值。间隔时间越短，单位时间内取的样值也越多，这样取出的一组值也就越接近原来的信号。抽样以后要进行量化，正如我们常常把成绩80～100分以上归为优，60～79分归为及格，60分以下归为不及格一样，量化就是把取出的各种各样的样值仅用我们指定的若干个值来表示。在上面的成绩“量化”中，我们就是把0～100分仅用三个度“优”“及格”“不及格”来量化。最后就是编码，把量化后的值分别编成仅由“0”和“1”这两个数字组成的序列，由脉冲信号发生器生成相应的数字信号。这样就可以用数字信号进行传送了。
图4 模拟信号转化为数字信号过程的示意图
在上面的转换过程中，我们似乎损失了一些信息；我们不是取原始信号的全部值，而是隔一段时间取一个样值；在量化时又把这些样值归为指定的若干个值，这就好像做了四舍五入的近似一样，但这些损失是很值得的，因为最后形成的数字信号抗干扰能力特别强，何况我们一般都把时间间隔取得非常短，量化时指定的值又取得足够多而且很密集，信息损失其实很少。数字信号只有两种状态，即1和0，如果它受到了干扰，使得我们在某时收到了一个0.9，那么我们就有几乎绝对的把握认为原来的信号应该是1，于是予以恢复。除非干扰特别强，把原来的信号变到0.5左右。但我们考虑的干扰毕竟是偶然的、随机的，这种情况一般不会大量发生。如果大量发生，破坏了一段信号，那就得考虑是否设备出了故障或人为的有意破坏。
数字信号的优点很多，首先是抗干扰的能力特别强，它不但可以用于通信技术，而且还可以用于信息处理技术，目前时髦的高保真音响、高清晰度电视、VCD、DVD激光机都采用了数字信号处理技术。其次我们现在使用的电子计算机都是数字的，它们处理的信号就是数字信号。在通信上使用了数字信号，就可以很方便地将计算机与通信结合起来，将计算机处理信息的优势用于通信事业。如现在的电话通信中采用了程控数字交换机，用计算机来代替接线员的工作，不仅接线迅速准确，而且占地小、效率高，省去不少人工和设备，使电话通信产生了一个质的飞跃。再次，数字信号便于存储，现在流行的CD和MP[，3]唱盘，VCD和DVD视盘及电脑光盘都是用数字信号来存储信息的。此外，数字通信还可以兼容电话、电报、数据和图像等多类信息的传递，能在同一条线路上传送电话、有线电视、计算机等多种信息。数字信号还便于加密和纠错，具有较强的保密性和可靠性。