信号与线性系统课件-第一章

信号与系统

April 1, 2014

0.800.20.40.6-2

-1.5-1-0.500.51 1.52

-0.8

-0.6-0.4-0.2

本讲内容

●《信号与系统》课程简介

?课程的作用和地位

?学习方法与要求

?成绩评定

●信号与系统入门

?信号的描述与分类

?信号的简单处理

2014/4/9Lecture 01-绪论2

信息、消息和信号

●信息(Information):传送、交换、存储和提取的抽象内

容，能消除某些知识的不确定性，使受信者的知识状态

容能使受信者的知识状态

●事物运动或状态变化的直接反映待

消息(Message):事物运动或状态变化的直接反映，待传

像和数据中包含的内容

●信号(Signal):信号是消息的表现形式，一般表现为依

附某一物理量的变化。消息是信号的具体内容。广义讲，切运动或状态的变化都可以用数学抽象的方式表现为

一切运动或状态的变化都可以用数学抽象的方式表现为

的函数，有一维或多维之分

●数据大数据（Big data）

2014/4/9Lecture 01-绪论3

声音信号

请听两段乐器的声音

纵坐标纵坐标横坐标：时间横坐标：时间

幅度幅度

什么是声音信号的音调和音色呢？

2014/4/9Lecture 01-绪论

4

图像信号

2014/4/9Lecture 01-绪论5

视频信号

T (时间)

Foreman 视频序列的多个帧

2014/4/9Lecture 01-绪论

6

信号的传输－通信

●古老通信方式:烽火、旗语、信号灯

●近代通信方式:电报、电话、无线通信

●现代通信方式:计算机网络通信、卫星传输、移

动通信、光纤通信

●21世纪通信革命

三网技术的融合（电信网计算机网广播

电视网）

通信网的智能化

2014/4/9Lecture 01-绪论7

数字视频广播(DVB

)

Digital Video Broadcast

i t t e r

i v e r

T r a n s m R e c e 输入信号

输出信号

传感发送接收传感信息源

有用信息

器设备

信道

设备

器

2014/4/9Lecture 01-绪论

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电视广播通信系统框图

信号的处理

●基本问题是分析收到的信号或数据，从中提取

出有用的信息

●例如，信号传输过程中不可避免地会受到噪声

的干扰，需要借助于信号处理技术进行消噪，

的干扰需要借助于信号处理技术进行消噪

从而提取所需要的确切信息

●现代信号处理技术:滤波、变换、增强、估计和

现代信号处理技术:滤波变换增强估计和

识别等

2014/4/9Lecture 01-绪论9

图像降噪

( Image Denoising)

From X Li http://www ee princeton edu/~lixin/denoising htm 2014/4/9Lecture 01-绪论

10

From X.Li https://www.wendangku.net/doc/328625563.html,/~lixin/denoising.htm

图像增强(Image Enhancement)

2014/4/9Lecture 01-绪论11

图像去模糊(Image Deblurring)

Blurred &noisy image Restored image

2014/4/9Lecture 01-绪论

12

https://www.wendangku.net/doc/328625563.html,/access/helpdesk/help/toolbox/images/deblurr7.shtml

图像压缩(Image Compression)

Color image of 600x800pixels

●Color image of 600x800 pixels

Without compression 600×800

×24 bits/pixel= 11.52K bits= 1.44M bytes

After JPEG compression

(popularlyused on web)only 89K bytes compression ratio ~ 16:1

●Movie

–720x480 per frame, 30 frames/sec,24 bits/pixel Raw video ~ 243M bits/sec DVD ~about 5M bits/sec DVD about 5M bits/sec

Compression ratio ~ 48:1

2014/4/9Lecture 01-绪论

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“Library of Congress” (600×800)

两个典型系统的方框图

传感发送道

接收

传感信息源

输入信号

输出信号

有用信息

器设备

信道设备

器

电视广播通信系统框图

防混迭A/D

数字处D/A

平滑滤输出

输入f (t )

滤波器

理系统

波器

2014/4/9Lecture 01-绪论

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信号处理系统

共同特征与理论基础

●系统是由若干相互作用和相互依赖的事物合成的有特定功能的整给组合而成的具有特定功能的整体，总是对给定的信号作出响应而产生另外的信号或是某些所需要的特性

◆信号必定是由系统产生、发送、传输与接收，离开系统没有孤立存在的信号

◆系统的重要功能就是对信号进行加工、变换与处理。没有信号没有信号,

系统的存在就没有意义共同的理论基础是“”

●共同的理论基础是信号与系统◆研究信号的特性、系统的分析方法、实现系统各组成2014/4/9Lecture 01-绪论

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部分的具体构成方式以及其对信号产生何种影响等问题

信号与系统的广泛应用

●工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、

地震预报、人工智能、高效农业、交通监控

●宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、

指挥系统

●经济预测、财务统计、市场信息、股市分析

●电子出版、新闻传媒、影视制作

远程教育远程医疗远程会议

●远程教育、远程医疗、远程会议

●虚拟仪器、虚拟手术

2014/4/9Lecture 01-绪论16

《信号与系统》要解决的问题

?

研究信号与系统及其内在联系的一门课程。

它主要

讨论信号的分析方法以及线性时不变系统对信号的各种求解方法，此外，通过一定的实例分析，介绍一些工程应用中非常重要的概念、理论和方法

?什么是信号？

约瑟夫·斯法科思（Joseph Sifakis ）

2 0 0 7 年A C M 图灵奖获得者，法国V e r i m ag ?什么是系统？

?

信号作用于系统产生什么响应？

V e r i m ag 实验室创始人和研究总监。CCF CNCC2011大会特邀报告人。?

既有严格的数学理论,又有现代技术的实践背景本课程是应用数学不介绍如何制造背景。本课程是应用数学，不介绍如何制造有用设备，但这些知识对于成功设计实际设2014/4/9Lecture 01-绪论

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备非常重要！

《信号与系统》课程的地位

●是电子信息大类专业本科生的一门重要的、起到

承上启下作用的基础课程。它一般开设于本科生

基础课程它一般开设于本科生

门专业基础课程《电路分析》之后

门专基础课程《电路分析》后

●

本课程对于电子信息与电气类本科生的许多后续

可以为学生今后进步学习信号处理、图像处理、

可以为学生今后进一步学习

控制理论等课程打下良好的基础。同时对电子信

息与电气专业学生今后进入研究生阶段学习许多

课程也有很重要的作用

2014/4/9Lecture 01-绪论18

学习目标：知识的掌握和技能的提高

●掌握基本的信号分析的基本理论和方法

●掌握线性时不变系统的各种描述方法

●掌握线性时不变系统的时域和频域分析方法

●稳定性、频响、因果性等工程应

掌握有关系统的等程应

用中的一些重要概念和结论

●同时，通过这门课程的学习，分析问题和利用所

学的知识解决问题的能力也应该在原来的基础上

有较大提升

2014/4/9Lecture 01-绪论19

本课程与有关课程的联系与分工

1.电路分析基础(着眼点，侧重面，分析方

1电路分析基础(着眼点侧重面分析方

法，激励源)

2.电子线路（模拟和数字，线性和非线性）

3.计算机通信与网络(确定信号和随机信号)

4.数字信号（音频、图像、视频、多媒体）

处理、存储与传输(本课程为其基础课)

处理存储与传输(本课程为其基础课)

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