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数字信号处理中前沿技术分析

摘要:当前正处于数字化信息时代,数字信号处理技术成为最前沿的发展技术之一。数字化信号处理技术的发展前景广阔,尤其是在通信、图形图像、PC、仪器仪表、助听器以及汽车电子系统等多领域中有所应用。为了更好地对数字信号处理技术进行研究,本文将从数字信号的概念及特点入手,不断深入逐步探究数字信号处理前沿技术的具体内容。

关键词:数字信号处理;前沿处理;技术战略

一、数字信号处理的概念和特点

1.1概念

数字信号处理指的就是利用转换器将模拟状态转化为数字状态,并对真实世界的连续讯号进行模拟和测量,简而言之就是将真实可见或可听的物体转化为数字信号,例如声音、图片或者是视频就可以通过数字信号的处理转化为数字信号。作为数字信号处理理论应用技术,其在很多领域都有涉及。尤其是在下文将要叙述的通信、图像图形、仪器仪表、PC、助听器以及汽车电子系统等领域,数字信号处理都发挥出了巨大的作用。

1.2特点

数字信号处理技术开发和应用前景较为广阔,尤其是在创新技术和高新技术领域上,因此从整体上来看数字信号处理技术具有广泛性的巨大特点。其次无论是数字信号处理技术还是数字处理理论,在应用上更加节省成本且高稳定性特点非常明显,这是由于数字信号处理受环境温度的影响较小;数字信号处理容易做成大规模集成电路,这不仅可以减少调节点和调节量也可以保持长时间不变。最后数字信号处理技术相对于模拟信号处理更为精确,其能够进行多次重复计算保证数据的准确化。

二、数字信号处理技术的创新应用

1、通信领域。通信领域与人们的生活息息相关,因此其发展势必也会给人们的生活带来巨大的改变,而数字信号处理技术的出现促进了通信领域行业的开拓与发展。在通信领域中数字信号处理技术应用较多,例如可视电话、modem以及通讯扩频等这些都需要结合数字信号处理技术。由于数字信号处理技术发展前景较广且应用度较高,因此当前和未来都应该加大对通信领域的数字信号处理技术开发。

2、图像图形技术。图像图形处理技术在很多行业都有所应用,尤其是随着数字信号处理技术的发展更是将图像图形技术进一步扩展。数字信号处理技术在图像图形技术中也有所应用,例如在DVD中的活动图像压缩以及译码器等都在很多领域中加以运用。有线电视、卫星广播等存在数字信号处理技术的运用,同时在这些领域中数字信号处理技术显得更为高效、性能表现的更为优良。

3、仪器仪表。仪器仪表在日常生活中较为普遍,尤其是在测量仪表和仪器行业中开始采用数字信号处理技术,使得高档单片机的使用画上了句号。在仪器仪表的开发和设计中融入数字信号处理技术理念,可以不断提高产品的档次和层次感。测量精度和速度是仪器仪表效率高低的重要标志,而数字信号处理技术大大提高了仪器仪表的精准度和效率。由此可见数字信号处理技术的开发,为精度化仪器仪表的设计做了良好的铺垫。

4、PC领域。数字信号处理技术中在PC领域中也有所涉及,这主要体现在可编程多媒体数字信号处理技术,将高速通信技术与MPEG图像技术相互联系起来。一些带有高品位信息视频和音频的计算机数据之间进行来回切换,也可以通过数字信号处理技术来实现。相信在不久的将来数字信号处理技术能够给人们的生活带来巨大的便利,PC技术领域也会因此获得较大的发展空间。

5、助听器。由于传统的助听器在应用上有很多问题和瑕疵,因此给听力有障碍的人们带来了很多麻烦。为此全数码助听器应运而生,其解决了大部分听力障碍者的实际问题,满足了他们对声音的需求。全数码助听器结合数字信号处理技术,帮助听障患者听到想听的声音,屏蔽烦躁的吵闹声和杂音,因此全数码助听器更为科学和先进。数字信号处理技术在输入和输出频率响应时,可以进行灵活地调整,这也是全数码助听器的特点之一。

三、数字信号处理前沿技术

在了解了数字信号处理基本和创新式的功能后,本文将针对最前沿的数字信号处理技术进行分析和研究。从而促进功能消耗较低、效率更高、速度更快、性能更好地产品出现,为此要不断开发和研究数字信号处理技术。

3.1小波变换

小波变化是一种新变化分析方法,其是进行时频分析和处理最为理想的工具之一。小波变化在功能上有很多的创新,在特点上也有了一些改变,例如小波变化的分辨率相对较高,并且带通滤波器在不同的尺度下能够对信号作滤波功能。在信号瞬态的检测工作下可以通过采用基本小波,其能够在时频两域中发挥表征信号局部特征的作用。随着小波技术的应用不断扩增,在故障诊断、预测控制、机器人控制、软测量技术等方面,小波变化都有所运用。

3.2将小波变换分解成有限步

小波变换是建立在卷积运算的基础之上,因此这类小波变化不仅会产生较大的计算量而且对于存储的空间要求是会提高。再加上小波变换不能够满足傅里叶变换的实际要求,因此提升小波变换工作迫在眉睫。很多专家和学者利用小波变换分解为有限步,这样既可以摆脱傅里叶的限制,也可发挥同址计算的功能。除此之外变化后的系数不需要量化,也给无损压缩的实现创造了可能性。

3.3经验模态分解

经验模台分解可以应用在很多类型的信号分解,因此其在很多工程领域都有着较广的运用。其次非平稳和非线性数据的处理过程是十分复杂的,但是有了经验模态的分解就大大提高了对这类数据的分解效率,因此可以看出经验模态分解有着较大的信噪比。

3.4独立分量分析

在多个信号源中有效在混合信号中找到源信号,这种技术就叫做度量分量分析技术。独立分量分析技术主要是为了消除噪音,其对于其他信息不会产生什么负面影响。传统的滤波方式就是消除噪音的一种,而相对于独立分量分析来说就略逊一筹。通信、医学等工程都有用到独立分量分析,其在各领域的价值也是有目共睹的。

3.5模糊计算

模糊逻辑以及模糊集理论是模糊计算的基础和中心,其主要模拟人脑的一种非线性信息处理技术。模糊计算最开始是由美国的科学家设计出来的,其是数字信号处理前沿技术的一个重要部分。从长远的角度来看模糊计算有着较好的发展前景,同时其应用范围也是较为广阔的。

3.6神经计算

神经计算是以高级动物的神经系统作为开发对象,并在设计中融入神经智能的工作原理,再加上其发挥效用的组织和计算机制。机器开发可以依靠神经计算,使得机器能够实现人工智能。智能应用是当前社会最为关注的一个热点话题,若是能够将神经计算与信息技术理论相结合,相信能够在不久的将来对智能控制开发工作有所突破。

3.7进化计算

生物的遗传和进化在一定程度上也能促进技术的发展,例如人们利用生物遗传的知识和理论,再结合遗传算法、进化策略以及进化规则实现模拟进化计算。当前人们对遗传算法的研究已经有了初步的发展,信息科学、通信工程以及计算数学等,都充分利用了遗传算法。

4结束语

数字化的发展给人们的生活带来了巨大的变化,其次也给社会和国家带来了巨大的效益。数字信号处理技术在各行各业都有着广泛的应用,且促进了行业技术的不断发展,因此如何进一步促进数字信号处理技术,应当作为未来技术发展的重点工作。只有不断更新和拓展数字信号处理技术,才能够真正意义上实现技术的发展。

作者:李昌聪 单位:通信与信息工程学院

参考文献:

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[4]刘明亮,朱江淼.数字信号处理对电子测量与仪器的影响研究[J].电子测量与仪器学报,2014,10:1041-1046.

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