信息科学与技术导论是信息处理第四讲.ppt

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 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 信号增强 特征抽取 编码解码 问题 1 如何描述信号 信号特性 2 2 Whysignalprocessing 3 Whydigitalsignalprocessing 4 Whatissignalprocessing 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 Whysignalprocessing 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 Whydigitalsignalprocessing 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32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 Whydigitalsignalprocessing 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 Whydigitalsignalprocessing 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4 8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 Whydigitalsignalprocessing 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 光 机械振动 人体生理信号等等非电信号电信号 传感器 4 Whatissignalprocessing 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 Whatissignalprocessing 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 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 Whatissignalprocessing 续2 c 中值滤波 3 3 滤波输出 d 中值滤波 5 5 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 Whatissignalprocessing 续3 示例 从混合信号中检测出正弦信号 4 Whatissignalprocessing 续4 示例 胎儿心电信号的提取 三 信号处理的主要内容与方法 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 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 informationprocessinginside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