探索信號與信息處理技術(shù)要點

張麗梅 山西工商學(xué)院

信號與信息處理技術(shù)主要是圍繞信號、文字、圖像、視頻及聲音等元素展開的分析及處理過程。現(xiàn)代科技中，不管是傳播技術(shù)還是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，信號與信息處理都是基礎(chǔ)技術(shù)。信號與信息處理通過對信息進(jìn)行采集操作、處理加工及媒介傳播，從而使以信號為基礎(chǔ)的信息能夠得以廣泛擴(kuò)散。基于信號與信息處理的重要性，著重分析通信領(lǐng)域信號與信息處理的技術(shù)要點，對提高國家信息現(xiàn)代化水平大有裨益。

1 信號與信息處理技術(shù)的發(fā)展歷程、理論依據(jù)及應(yīng)用范圍

信號與信息處理帶有濃厚的學(xué)術(shù)色彩與實踐價值，該技術(shù)隨著數(shù)學(xué)計算機(jī)的發(fā)展而逐漸興起，與FFT，即快速傅里葉變換理論的提出和發(fā)展緊密相關(guān)。經(jīng)由FFT理論，數(shù)學(xué)邏濾波算法理論也得以長足發(fā)展。隨著時間的推移，在通用計算機(jī)領(lǐng)域中，集成電路得到了應(yīng)用，其中的數(shù)學(xué)硬件部分能夠開始對信號加以處理操作。當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生時，信號與信息處理技術(shù)的依托載體，實現(xiàn)了體積及功能上的雙重優(yōu)化。信號與信息處理技術(shù)實際應(yīng)用趨于及范圍較為廣泛，可以涵蓋工程領(lǐng)域及科學(xué)領(lǐng)域，涉及到國家地震信號檢測、語音通信、儀表電器生產(chǎn)、聲納空間、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)工程等諸多板塊。

在新時期，圍繞語音技術(shù)及圖像實時處理技術(shù)，相關(guān)專業(yè)熱度升溫，信號與信息處理開始更多地與計算機(jī)技術(shù)及理論融合，尤其是國家電網(wǎng)及電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的升級改造，使信號與信息處理技術(shù)大有用武之地[2]。在信號與信息處理技術(shù)的研究范圍上，從基礎(chǔ)的信息集成管理、信號實時處理、圖像傳輸處理、DSP技術(shù)應(yīng)用、特殊信號，主要是電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的跟蹤處理、指紋語音識別、紅外熱像測溫、公共信息安全管控等諸多領(lǐng)域，都可尋到信號與信息處理技術(shù)的身影。

2 信號與信息處理技術(shù)要點探析

信號根據(jù)不同的分類，可分為平穩(wěn)信號、連續(xù)信號、周期信號、隨機(jī)信號、離散信號等諸多形式。信號與信息處理技術(shù)即是對信號的時間變換或域變換情況進(jìn)行綜合分析處理。涉及到信號存在的時域變換性強(qiáng)，信號特征不明顯等情況時，較為常用Fourier變換技術(shù)加以輔助提高信號分析精度。具體到信號與信息處理技術(shù)實踐中，較為常見的技術(shù)形式及要點如下：

2.1 小波分析處理技術(shù)

小波，wavelet，最早由傅里葉在其論著中分析，在地質(zhì)勘探領(lǐng)域中應(yīng)用較為普及，經(jīng)由技術(shù)發(fā)展成熟，“正交小波基”，多分辨度分析理論等逐漸得到學(xué)術(shù)界重視。運用小波分析對信號與信息進(jìn)行處理，主要是圍繞信號多變化的屬性，通過掌握其變化特點，然后將其應(yīng)用到去除噪聲、壓縮數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)。在技術(shù)原理上，小波分析技術(shù)主要是分解原始信號，分解工具為“小波基函數(shù)”。通過借助小波對信號的穩(wěn)定狀態(tài)、信號時頻狀況、信號域分布等進(jìn)行分析，進(jìn)而實現(xiàn)信號與信息的深層處理。

在“指定時間”、“指定頻率”變化狀況的分析上，小波基通過對A時間、B時間的變化情況進(jìn)行分析提取，能夠?qū)π盘柕男〔▌忧闆r實時了解。然后再通過對信號A，B進(jìn)行頻率的提取及鑒定，可以對信號的頻率高低、時間等作出判定。

小波分析處理技術(shù)全面應(yīng)用于圖像壓縮、視頻壓縮、圖像特征抽取、無損數(shù)據(jù)處理隱藏、圖像水印等多個方面。

2.2 多分辨分析處理技術(shù)

信號與信息處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，Mallat研究并提出了多分辨度分析理論，通過該理論，鏡向濾波、短時波形、金字塔圖像處理等多種信號處理形式得以發(fā)展。多分辨分析技術(shù)的發(fā)展以正交小波基構(gòu)造為基礎(chǔ)，并與小波分析技術(shù)結(jié)構(gòu)，使信號與信息處理實現(xiàn)了正交基于小波變換之間的快速運算。多分辨技術(shù)與小波分解及小波基聯(lián)系較為緊密，各要素之間的關(guān)系如找下圖所示。

2.3 小波除燥技術(shù)

信號與信息處理中，基于濾波方法與信號分辨率及信號噪比之間存在一定的矛盾，此時通過小波除燥技術(shù)的延展使用，可以使信號得到平滑抑制。通過使用高通濾波器裝置，信號的噪音能夠得到削弱。在采用Mallat算法對信號進(jìn)行分析及分解后，對信號的小波系數(shù)進(jìn)行確定，提取信號中的有用成分，最后經(jīng)由Mallat算法具備的重構(gòu)功能，對信號再進(jìn)行排序或重建，通過這一技術(shù)手段，信號的噪比能夠得到控制，信號在重建時也能夠保真。小波除燥技術(shù)在信號與信息處理中予以應(yīng)用時，關(guān)鍵所在是要對門限做出好的設(shè)計及控制。

另外值得注意的一點是，在小波分析及小波除燥技術(shù)中，僅靠小波對信號進(jìn)行分析，往往無法對信號的原始數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的直觀判定，這時通過對信號的特征來加以分析及表征，則能夠?qū)π盘栠M(jìn)行更加細(xì)致的分析。例如，信號具備的極值點、過零間隔及過零點，可視為信號的共同特征，通過對這類表征信號進(jìn)行小波分析，信號的奇異性能夠得到把握。

2.4 現(xiàn)代信號處理技術(shù)

現(xiàn)代信號處理技術(shù)已經(jīng)得到了成熟發(fā)展，在信號的分析及處理上實現(xiàn)了高頻譜利用、大容量設(shè)計、軟切換配置、抗多徑突出等多種技術(shù)優(yōu)勢。現(xiàn)代信號處理技術(shù)更多地開始與移動通信結(jié)合應(yīng)用，助推了信號處理的精度和深度。現(xiàn)代信號處理的要求愈來愈高，而以SOC，即超大規(guī)模集成電路技術(shù)及片上系統(tǒng)技術(shù)形式的跨越式發(fā)展，在移動通信領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)代信號處理技術(shù)更彰顯其優(yōu)勢和長處。除了信號處理中的小波分析技術(shù)、多分辨分析技術(shù)、小波降噪技術(shù)等，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和自適應(yīng)信號處理方法也獲得了研究領(lǐng)域內(nèi)的長足發(fā)展。更為復(fù)雜的信號處理技術(shù)趨于成熟，從而使信號與信息處理技術(shù)的研究方向具有極為廣闊的發(fā)展空間。

3 結(jié)束語

信號與信息處理技術(shù)在應(yīng)用范圍上逐漸趨于廣泛，信號研究與分析也具備了更為廣闊的實施空間。在處理信號信息時，要把握信號的共性及特性，綜合采用小波分析、多分辨分析、小波除燥等技術(shù)手段，使信號處理更深更精。在現(xiàn)代信號處理技術(shù)的加成下，信號與信息處理技術(shù)將迎來新的發(fā)展空間。