Понятие сигнала

Понятие о ЦОС. Преимущества и недостатки ЦОС по сравнению с аналоговыми методами.

Понятие сигнала

Словарь Webster'а New Collegiate Dictionary определяет сигнал как "обнаруживаемое или измеряемое физическое количество или импульс (как напряжение, ток, сила магнитного поля) посредством которого может быть передано сообщение или информация".

С инженерной точки зрения сигнал представляет собой функцию, зависящую от одного и более параметров, содержит информацию о каком-либо явлении, событии, состоянии и, в принципе, может быть определен с помощью некоторой последовательности данных. Если мы модифицируем эту последовательность данных или как-то реагируем (предпринимаем ответные действия) на нее, то можно сказать, что мы выполняем обработку сигнала.

В зависимости от области определения говорят о временной, частотной, пространственной форме представления сигнала. Если область определения непрерывна, то говорят о непрерывном, или аналоговом сигнале. В противном случае сигнал – дискретный.

Название "аналоговый" дано непрерывным сигналам, потому что они "аналогичны" физическим процессам, встречающимся в действительности. Наибольший интерес для нас представляет класс аналоговых сигналов, ограниченный электрическими сигналами с такими их параметрами как напряжение, сила тока, энергия, уровень мощности и т.п. Для преобразования сигналов других видов, которые представляют собой изменение таких физических характеристик, как давление или температура, в изменение электрических параметров, используются устройства, называемые сенсорами или датчиками (например, микрофон).

Примером дискретного сигнала может служить, например, совокупность значений напряжения, измеряемых с секундным интервалом. В этом случае сигнал определен лишь в дискретные, то есть отдельные моменты времени.

Область значений сигналов также может быть непрерывной или дискретной. Стрелочный вольтметр – пример прибора, измеряющего непрерывную величину. Записывая его показания с определенной точностью, мы, тем самым, дискретизируем сигнал напряжения по уровню. Процесс дискретизации сигнала по уровню называется квантованием. Сигнал, у которого область определения и область значений дискретны, называется цифровым. Именно с такими сигналами обычно имеют дело в цифровой обработке сигналов (ЦОС) – науке, изучающей методы и алгоритмы обработки цифровых сигналов.

По своей природе практически все сигналы являются аналоговыми и предполагают для своей обработки использование сенсоров, устройств выделения и усиления полезного сигнала, электронных схем обработки.

С другой стороны, сигнал можно рассматривать как совокупность (одномерную или многомерную последовательность) цифровых отсчетов – такие сигналы называют цифровыми. Одни цифровые сигналы могут являться отображением реальных аналоговых сигналов (например, цифровое представление звука, видео и т.п.), другие не имеют прототипов в реальном мире и являются "чисто" цифровыми (например, передаваемые по компьютерным сетям пакеты данных, управляющие команды для роботов и т.п.).

Базовым принципом ЦОС является тот факт, что любой реальный сигнал может быть с необходимой степенью точности представлен в цифровом виде. Суть процессов цифровой обработки сигналов состоит в выполнении в реальном или близком к реальному масштабе времени большого количества числовых операций над массивами (в том числе бесконечными).