数字信号处理技术在各个领域(电信、音频、图像、雷达、声呐等)的用途
生活随笔
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数字信号处理技术在各个领域(电信、音频、图像、雷达、声呐等)的用途
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電信領域
電信,即電子通信。
電信公司的基本盈利模式就是:為用戶創建信道,用戶再來使用這些信道,電信公司以此向用戶收費,類似先修路再收過路費。當然,電信公司也可以為用戶提供更多的服務,再進行收費。
信道的概念可能比較抽象,稍微具體化一點,它在物理實物上分為有線和無線,在資源上分為時域、頻域、空域。在有線通信中,信號在線纜中占據某一頻段某一時間,即信號在信道中傳輸。在無線通信中,信號在空間中占據某一頻段某一時間,也是信號在信道中傳輸。
電信公司的主要成本在于創建和維護信道。 在一個信道中傳輸的有效信息越多,他們賺的錢就越多。一個信道能夠傳輸的最大信息量,在數學上已經被香農公式限定。眾多技術只是幫助逼近香農極限。
DSP在電信領域產生的影響可以從三個例子中看出:
- 復用: 對數字信號進行處理,可以將多路信號合并在一起進行發送,在接收時再被拆分開,這是模擬信號電路做不到的。這樣做有許多好處,它可以用一路信號服務多個用戶,可以減少模擬交換機,也可以減少電線電纜。
- 壓縮: 如果對信號進行采樣,大部分情況下會存在很多冗余信息,此時可以先將采樣信號壓縮為二進制數據流,這就是數據壓縮算法,當然,對應也存在解壓縮算法。不同程度的壓縮會影響信號的質量。
- 回聲控制:長距離通信時,我們往往會在電話中聽到自己的回聲,這是因為從對方的聽筒上發出我們的聲音時,對方的麥克風也會接收到這些聲音,進而返回到我們的聽筒。這種回聲效應隨通信距離變長而變得明顯。而數字信號處理技術可以通過測量返回信號,并產生一個抵消信號來抑制這種效應。
音頻處理領域
- 音樂 :通過分軌道錄制,可以為音樂創造留下巨大的靈活性。DSP技術在多個音軌合成時(即混音)提供了重要工具。DSP技術既可以為創作者提供高保真的音樂,也可以為創作者提供音樂的失真玩法。可謂靈活多變。
- 語音產生 :語音產生存在兩種手段:數字記錄后還原和聲音模擬。前者即為錄音,將語音存儲為二進制文件,后者試圖模仿人類的發聲機制。
- 語音識別 :語音識別問題分為兩步:特征量提取和特征量匹配。常規的方法是將輸入語音的每個單次進行分離,然后分析其特征,最后利用此特征與特征庫進行匹配。
回聲定位
我們可以通過向目標發射波,通過接收反射信號,來估算目標的方位和距離。這種方法被用在雷達、聲吶、地質探測等領域中。
圖像處理
圖像信號相對特殊:
它是一種對空間參數的測量,而其他信號則是對時間參數的測量。
它包含的信息量是較大的。
它的質量好壞暫時沒有客觀的標準,通常是人的主觀評價。
- 醫療 :X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)技術的應用。都得力于數字信號處理技術。
- 空間 :恢復衛星或者空間探測器得到的低質量圖片,也離不開數字信號處理技術。
- 商業化圖像產品 :這個不用多說了,當前手機上的美顏、濾鏡,電視上的動態插幀技術,以及圖像壓縮技術,都是建立在數字信號處理的基礎上的。
總結
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