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1、第四讲,信息处理,作业,举例说明信号与信息的概念与区别 信息处理与信号处理的概念及二者的联系与区别 信息处理的模式 举例说明智能信息处理在文字识别、图像检索等方面的用途 “信息处理无处不在”的含义是什么？,本讲主要内容：,一、概述 二、信号的基本概念 三、信号处理主要内容与方法 四、信息处理的基本概念 五、信号处理与信息处理的区别与联系 六、信息处理的发展趋势,获取和传输信息的目的是为了应用信息来解决问题。为达此目的通常需要对所获取的信息进行适当地处理。应用的目的不同，处理的方式也不同。因此信息处理可理解为: 针对一定的目的对信息进行的加工、处理、操作、运算的过程。,信息处理的意义：,一、概述
2、,1. 信号与信息 信号是信息的载体。人们听到的声音，看到的图像、表格、文本，问到的气味，测量到的身高、血压，地震仪记录的波形等，都可称为信号。它们是信息的表现形式、是传感器的输出、是探测到的物理量。如前所述，各种物理量都可通过传感器转换成电信号。因此信号处理主要是电信号的处理。,2. 信号处理与信息处理 信号是信息的载体和外壳。因此可分为两种不同的处理层次：通过对信号处理达到对信息本身处理的目的；二是仅仅对信号（电信号）进行处理。前者是深层的处理，触及信息本身，是真正意义上的“信息处理”；后者是浅层处理，只改变信号（原则上）而不会影响信息本身，因此称为“信号处理”。,基于信号本身的处理称为信
3、号处理，,基于内容并以获得信息和知识的处理,为信息处理。,3. 信息的主要媒介 人类传输信息的主要媒介是语音和图像。语音是人类发音器官发出的具有区别意义功能的声音，它是最直接记录思维活动的符号体系，是语言交流的声音形式。图像是能为人类视觉所感知的信息形式或人们心目中的有形想象。人们感知的信息大约80是图像形式的信息。,二、信号的基本概念,信号处理可分为模拟信号处理（ASP）和数字信号处理（DSP）。 所谓信号处理就是指对信号的各种参数进行的各种调整，如滤波、提取、变换、分析和综合等运算或加工的过程，在时域中是基于信号/波形的处理，频域中是对频谱的处理。 信号处理的目的包括以下几个方面： 信号增
4、强： 特征抽取： 编码解码：,问题:,1、如何描述信号-信号特性?2. 2、Why signal processing? 3、Why digital signal processing? 4、What is signal processing,1.信号特性,信号通常是以电信号的形式反映信息的各种物理量。电信号通常是实践变量t的函数。信号随时间变化的函数曲线称为信号的波形。信号的特性可从三方面来描述： 时域特性 频域特性 空域特性,时域特性,空域特性,频域特性,示例：时域特性 常见人体生理信号:,EEG(脑电),ECG(心电),示例：时域特性 火车鸣笛信号,示例：时域特性 一段语音信号,信号时域
5、与频域描述示例,心电信号及其频谱,语音信号时域波形及其频谱,土星多光谱图像及其2维频谱,空域图像,频域描述,信号时域与频域描述示例,2、Why signal processing,信号被淹没在噪声里； 信号与干扰混合在一起； 要从信号中提取有用特征（谱分析）； 将信号构建成易于有效传输的形式,3、Why digital signal processing?,（1）计算机操作的是二进制数码信号,二进制数码的信号波形,（2）只有数字信号才能精确表示物理量,模拟万用表,模拟量根据表的指针读数，一般只能精确到三位数。,数字万用表,二进制数字可表示物理量所要求的精度。目前可精确到10位数以上（对应采用3
6、2位二进制数码表示一个数值）。,逻辑电路有两个状态，分别对应“1”和“0”，计算机通过逻辑电路实现运算。,3、Why digital signal processing?（续1）,（3）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响,受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。,3、Why digital signal processing?（续2）,（4）数字信号可采用时间复用提高传输效率,例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传48路数字电视节目（由于这涉及较多概念，在通信原理课程中才会详细讲授）。,（5）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方便，体积小，重量轻,数字电路,高
7、频模拟电路,模拟与数字信号示例1:,模拟与数字信号示例2:,模拟与数字信号示例3:,数字化优点,3、Why digital signal processing?（续3）,数字化的实现 -A/D、D/A简介,（1）A/D转换器原理,A/D的原理简化框图,A/D是专用集成电路成熟产品，以A/D的位数标明它能达到的转换精度。 固定电话使用8位A/D，移动通信使用13位A/D。由A/D实现语音数字化。 目前高精度A/D可达32位。,模拟量（信号）通过A/D转换器变为数字量（信号）。,- signal？ 信号是信息（Information)的载体。 常见信号：电压, 电流, 温度, 压力, 压强, 磁通
8、, 光, 机械振动, 人体生理信号等等 非电信号 电信号,传感器,4、What is signal processing,传感器：将非电信号转化为电信号 转化后的信号是连续时域模拟信号，可以用 表示。 产生、处理和传输模拟信号所使用的器件： R，L，C， OP(运算放大器) 缺点： 体积大，精度低，不灵活 也可将转换后的信号转变为数字信号 产生、处理和传输数字信号所使用的器件： 乘法器、加法器、延时器、存储器等,4、What is signal processing（续1）,信号处理的目的是: 信号增强 特征提取 编码解码 信号处理是信息技术的基础理论和技术之一，它建立在数学理论与分析基础上，
9、主要依靠器件、电路、系统分析、合成以及计算机技术加以实现。根据所处理的信号类型可分为：语音信号处理、图像信号处理、通信信号处理、雷达信号处理、生物医学信号处理、地球物理信号处理、光信号处理等。,4、What is signal processing（续2）,(c) 中值滤波(33)滤波输出 (d) 中值滤波(55)滤波输出 (e)自适应算法滤波输出,示例:从被噪声污染的信号中检测出信号,4、What is signal processing（续3）,示例:从混合信号中检测出正弦信号,4、What is signal processing（续4）,示例：胎儿心电信号的提取,三、信号处理的主要内容
10、与方法,信号运算 常规运算 （线性运算 乘除运算） 数学运算 （微分运算 积分运算） 波形变换 （反转运算 时移运算 压扩运算） 关联运算 （卷积运算 相关运算） 信号变换 信号滤波,四、信息处理的基本概念,信息处理的分类 第一类 简单的数据处理：对信息进行检测、排序、分类； 第二类 对信息进行分析、概括和综合，目的是产生出能够辅助决策的信息。 第三类 应用数学模型，经过复杂的计算和推理之后产生决策信息。常用的数学模型：预测系统、决策模型、仿真模型。,第四类 运用智能理论和技术。系统处理信息的能力能像人的眼睛一样 “看见”周围的事物,”看”懂文字和图像。使它能像人的耳朵一样，“听见”声音，“听
11、”动人的语言。像人一样会“讲话”。 ”,信息处理的应用举例,文字理解：手写文字识别，机器翻译； 语音信息处理：语音识别，语音控制打印机，机器主持； 音乐信息处理：影视音乐编辑，音乐压缩； 视觉信息处理：机器视觉，战场监视； 雷达信息处理：目标检测与目标自动识别； 多媒体信息处理：多媒体视、听、触机器人系统。,五、信号处理与信息处理的区别与联系,信号处理着重对信息载体信号（而不是信息本身）在时间、空间和频率域进行加工处理，其目的主要是增强信号中的感兴趣部分或滤除信号中的其他部分。信号处理侧重于信号采集、降噪、放大、增强、分离等处理。,信号处理与信息处理的区别,信息处理无所不在,当我们享受手机带来
12、的便捷、欣赏高清晰电视节目的舒畅、体验汽车自动巡航的潇洒、观看神7载人飞船遨游太空的神秘画面时，信息处理在默默地工作。信息处理无所不在，每一个电子产品都可以打上（information processing inside 内置信息处理）。,五、智能信息处理的应用,智能识别,文字识别（OCR 手写体和印刷体的识别） 语音识别（手机人名声控拨号系统，声控自动售票系统等） 图像识别： 从遥感图像分辨农作物、森林资源、矿产资源；从气象云图预报天气；从医学X光图像分析各种病变；复杂背景下军事目标的自动识别；身份验证系统中的人脸识别、指纹识别、虹膜识别；智能交通系统中的车牌识别等。,返回,智能信息交互,自
13、然语言理解（句法分析、语意理解、语言生成等） 机器翻译（汉译英、英译汉等） 语音合成（文语转换技术） 虚拟现实（利用计算机生成一种模拟环境如飞机座舱、操作环境、各种游戏软件都有此功能）,返回,智能决策与控制,智能控制系统 智能决策专家系统（地质勘探专家系统拥有15种矿藏知识，MYCIN专家系统能识别51种病菌。）,返回,六、信息处理的发展趋势,信号与信息处理技术发展经历了如下几个阶段： 模拟信号处理 简单数字信号处理 可编程信号处理 小规模集成电路信号处理 中规模集成电路信号处理 大规模集成电路信号处理 模拟/数字混合信号处理 并行信号处理 神经网络信息处理 综合智能信息处理,信号与信息处理技术的发展,信息处理技术主要特点与发展趋势：实时化（高速算法）、综合化（多媒体、多种技术）、网络化（信息高速公路）、智能化。,信息处理所涉及的后续课程,信号与系统 数字信号处理 数字图像处理 神经网络原理与应用 信号检测与估计 人工智能 模式识别,
