數(shù)字信號在電子信息工程中的應用

宋詞

摘 要：近幾年來，電子信息工程的數(shù)字信號處理幫助工業(yè)產(chǎn)業(yè)進行了改革。因此，數(shù)字信號在電子信息工程中的應用便頗具研究性。以電子信息工程的數(shù)字信號為例，結合數(shù)字信號的應用現(xiàn)狀，對數(shù)字信號在電子信息工程中的實際運用進行了整合，并得出其應用意義及建議，從而充分發(fā)揮電子信息工程數(shù)字化處理的應用效果。

關鍵詞：數(shù)字信號；電子信息工程；應用效果；應用原則

中圖分類號：TN911.72 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.092

隨著現(xiàn)代社會對數(shù)字通訊依賴程度的提高，數(shù)字信號處理技術也在不斷地被重視。視頻、圖片、聲音等都可以作為數(shù)字信號處理的模擬信息。而DPS則是數(shù)字信號處理的核心處理器，用于模擬信息與處理信息之間的交換使用。數(shù)字信號處理屬于現(xiàn)代企業(yè)所熱衷的應用技術，而由數(shù)字信號處理所引申出的其他應用產(chǎn)物也逐漸成為電子信息工程中炙手可熱的東西。為了掌握時域離散信號、z變換和離散傅里葉變換、快速傅立葉變換、數(shù)字濾波器的應用，數(shù)字信號處理需在電子信息工程中充分體現(xiàn)其實用價值。

1 數(shù)字信號的發(fā)展歷程

數(shù)字應用普遍采取的應用方式就是數(shù)字信號處理。所謂“數(shù)字信號處理”，就是在負責接收數(shù)學信號的芯片的處理下，將數(shù)學信號以數(shù)學計算的方法識別、分析并加以改造，使其可以被運用的一種手段。國際上用DSP來代表其與數(shù)字信號處理器，由于兩者之間密不可分，數(shù)字信號處理器本身就是對信號進行數(shù)學計算的元件，因此直至21世紀，DSP代表的這兩層意思仍未改變。人類對數(shù)字信號的關注始于20世紀60年代。當時，數(shù)字信號處理理論被提出。該理論提出過后20年，世界第一臺DSP誕生。該DSP是由德州儀器TI公司所發(fā)明，它的發(fā)明意味著DSP正式進入人們生活當中。之后，TI公司加大了對DSP研究力度，其結果是各種性能的DSP應運而生。一些小型公司也紛紛開始效仿，DSP的發(fā)展勢頭勢不可擋。截至20世紀90年代，與DSP相關的公司已由美國擴展到西歐，日本及北美一帶。對數(shù)字信號的相關認識也由青澀走向成熟。經(jīng)過發(fā)展，DSP各方面的處理功能和運算速度都有了質的飛躍，比如最初C1X運算速度為20 MIPS，而現(xiàn)在C8X系列的運算速度高達2 000 MIPS，能夠對信號傳遞作出快速反應，數(shù)字信號的提出本身就是為通信工程和電子信息工程等應用而服務的。在電子信息工程方面，數(shù)字信號處理所發(fā)揮的作用和要求越發(fā)明顯。

2 應用原則

2.1 客觀性原則

在數(shù)字信號處理的項目中，相關執(zhí)行者務必遵守電子信息工程中的客觀性原則，對信號處理的真實性、準確性進行偵測?？陀^性原則可供數(shù)字信號處理工作的決策使用。在編制過程中，用數(shù)字信息化技術對電子信息工程的建設條件、組建模式、經(jīng)濟效益、運營管理等各方面進行全面、客觀的反映，多方面分析對比，為工業(yè)產(chǎn)業(yè)提供全面、客觀的決策依據(jù)。

2.2 綠色節(jié)能原則

綠色節(jié)能原則主要是瞄準電子信息工程的綠色環(huán)保指標，務必做到數(shù)字信號處理所采用的相關產(chǎn)品的環(huán)保性，例如數(shù)字照相機、數(shù)字視頻光盤機和數(shù)字化的電視電腦和電腦電視等數(shù)字產(chǎn)品的節(jié)能使用。因此，數(shù)字信號應該遵循電子信息工程節(jié)能減排、資源綜合利用和可持續(xù)發(fā)展的應用理念，嚴格執(zhí)行環(huán)境保護法規(guī)，構建數(shù)字信息化處理體系，做到既節(jié)約資源，又節(jié)能環(huán)保。

2.3 科學性原則

電子信息工程的科學性原則主要是對信號處理的科研成果進行拓展?？茖W性原則是數(shù)字信號處理進行科研拓展的其中一個守則。可發(fā)展、可研發(fā)性屬于數(shù)字信號處理的基本要求。因此，根據(jù)自身特點、建設背景和發(fā)展趨勢，依據(jù)有關政策法規(guī)、標準規(guī)范和設計范圍，數(shù)字信號采用科學方法論證，充分依托工業(yè)產(chǎn)業(yè)的設施和技術條件，在滿足國家法規(guī)要求的前提下，保證電子信息工程可行性研究的可靠性、合理性和科學性。

3 數(shù)字信號處理的應用

3.1 短波通信中的應用

所謂“短波通信”，是指由數(shù)字信號所發(fā)出的信號通信，應用內容包含信道掃描、探測，自適應呼叫，鏈路質量分析和音頻處理等。短波通信主要是通過模擬前端的射頻信號處理，用其中頻信號對應用模塊進行整合。其中，在該信號傳播過程中，有3種指示信號輔助，即音頻信號、數(shù)字量化基帶信號和AGC控制信號。對此，我們可綜合其不同的信號特征，對模擬信號進行量化使用。信號可用AD+PDC+DSP模式進行逐層分解與設計。短波信號的應用主要是以控制信號為主，對收到信號和發(fā)出信號進行有效的信號維護。然而，短波通信的應用仍存在一定的不確定性，例如濾波、頻譜搬移之后輸出 I/O的分量是否正確。

3.2 MATLAB在信號與系統(tǒng)中的應用

應用內容涵蓋信號及其表示信號處理工具箱中的常用信號產(chǎn)生函數(shù)、線性時不變系統(tǒng)的常用表示方法、線性時不變系統(tǒng)的時域響應、濾波器設計。而信號及其表示內容有單位脈沖信號、單位階躍信號、均勻分布的隨機信號和高斯分布的隨機信號。單位脈沖信號的形式為x=zeros（1，N），x（1）=1（MATLAB下標從1開始）；單位階躍信號的形式為x=ones（1，N）（MATLAB下標從1開始）。均勻分布的隨機信號的形式為x=rand（1，N）（產(chǎn)生[0，1]上均勻分布的隨機信號）；高斯分布的隨機信號的形式為x=randn（1，N）（產(chǎn)生均值為0，方差為1的高斯分布的隨機信號，即白噪聲信號）。信號處理工具箱中的常用信號產(chǎn)生函數(shù)有sawtooth函數(shù)、square函數(shù)、sinc函數(shù)、數(shù)字信號的基本運算。sawtooth函數(shù)主要產(chǎn)生鋸齒波或三角波，square函數(shù)主要產(chǎn)生矩形波，sinc函數(shù)主要產(chǎn)生sinc波形或sin（πt）/（πt）波形，數(shù)字信號的基本運算（在MATLAB中，向量的下標從1開始，不能取0或負值，因此在MATLAB中，對數(shù)字信號進行基本運算時，應適當對信號補0）。

線性時不變（LTI）系統(tǒng)的常用表示方法有傳遞函數(shù)表示法、零-極點模型表示法、狀態(tài)空間模型表示法、線型系統(tǒng)模型的變換函數(shù)。在MATLAB中，傳遞函數(shù)表示法用于傳遞函數(shù)用分子、分母兩個多項式的系數(shù)表示，系數(shù)為降冪排列；而零-極點模型表示法主要用增益系數(shù)、零點向量、極點向3個列向量表示；狀態(tài)空間模型表示法用矩陣A，B，C，D表示系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型（包含狀態(tài)向量、輸出向量、激勵向量）；線型系統(tǒng)模型的變換函數(shù)則用作補充。線性時不變系統(tǒng)的時域響應的應用內容主要是impulse函數(shù)（連續(xù)系統(tǒng)的單位沖擊響應）、impz函數(shù)（離散系統(tǒng)，比如數(shù)字濾波器的單位沖擊響應）。濾波器用IIR濾波器（butter函數(shù)的Butterworth濾波器設計和cheby函數(shù)的Chebyshev濾波器設計）和FIR數(shù)字濾波器設計。FIR數(shù)字濾波器設計是基于窗函數(shù)的FIR濾波器設計和基于頻率采樣的FIR濾波器設計。該濾波器屬于標準頻率響應和任意頻率響應。

3.3 其他應用

除了上述數(shù)字信號處理在短波通信中的應用外，還有許多其他方面的應用?，F(xiàn)在讓我們再舉幾個例子說明。在測量儀表和測試儀器領域中，隨著數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，原來的高檔單片機逐漸被取代。將數(shù)字信號處理技術運用于測試儀器和測量儀表之中，可以大幅度提高產(chǎn)品的功能和檔次。新型的數(shù)字信號處理技術有豐富的內部資源，可以使儀器上硬件電路得到簡化，提升儀器儀表SOC速度和測量精度的準確度?？删幊痰臄?shù)字信號處理技術在PC領域中占據(jù)著主流的位置，它將MPEG與高速通信技術相聯(lián)系，用來實現(xiàn)視頻形式與音頻形式的轉換。在以后的PC中，人們可以根據(jù)自己的需求，用多樣式的DSP機處理各種多功能。

4 應用意義

4.1 提高電子信息工程的可持續(xù)發(fā)展能力

電子信息工程在組建過程中，通過提高電子信息工程研發(fā)實力，構建一個數(shù)字信號處理新技術推廣和科技成果轉化的經(jīng)營平臺，不僅能夠解決研發(fā)平臺科研投入不足的難題，還能夠通過新技術的推廣和科技成果轉化實現(xiàn)利潤，形成以利潤推動科技研發(fā)、以科技成果轉化獲取收益的良性循環(huán)，提高電子信息工程可持續(xù)發(fā)展的能力。

4.2 有助于數(shù)字信號處理行業(yè)的健康發(fā)展

現(xiàn)階段，數(shù)字信號處理受到各級部門的高度重視，相關單位開展了科技攻關以及國外先進MATLAB技術的引進應用，解決了數(shù)字信號處理的一些問題。雖然MATLAB技術取得了一定的進步，但是也存在一些亟待解決的問題：①MATLAB技術引進和推廣應用研究不系統(tǒng)、不完善，沒有進行跟蹤評估；②由于信號結構形式、厚度、氣候、設計荷載等因素與國外的差異，部分引進的MATLAB技術不一定適合我國國情；③MATLAB檢測設備落后，限制了數(shù)字信號處理對策制訂的合理性和質量的可靠性；④MATLAB技術人才儲備不足，急需一批MATLAB技術和MATLAB管理的高素質人才。

為解決以上問題，迫切需要開展以下技術難題的研究：①數(shù)字信號處理行業(yè)需要開展MATLAB技術的研究與開發(fā)，針對行業(yè)中的共性技術、關鍵技術以及應用難題進行攻關研究，創(chuàng)建成果轉化所需系統(tǒng)集成的工程化驗證環(huán)境；②開發(fā)一批符合技術和市場發(fā)展趨勢、具有自主知識產(chǎn)權的高科技含量的產(chǎn)品，并推動具有市場前景的重大成果產(chǎn)業(yè)化；③搭建數(shù)字信號處理技術研究與應用的平臺，為全國數(shù)字信號處理提供一流的人才、技術、裝備和管理；④增強數(shù)字信號處理產(chǎn)業(yè)的自主開發(fā)能力和市場競爭力，提高科技成果的成熟性、配套性和工程化水平，加強科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉化的關鍵技術環(huán)節(jié)，為我國數(shù)字信號處理提供技術支撐。

4.3 有利于電子企業(yè)的轉型和發(fā)展

數(shù)字信號處理對電子企業(yè)有正面的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

4.3.1 結構轉型和產(chǎn)業(yè)升級的需要

電子企業(yè)雖然在智能化MATLAB方面作了一些試驗和探索，但是目前仍然以常規(guī)MATLAB為主，很難與大型電子企業(yè)競爭。為此，必須進行以下幾方面的產(chǎn)業(yè)轉型與升級：①進一步探索智能化MATLAB技術，確保設計具有特色。②開展技術含量高的數(shù)字信號處理工程，只有做出特色和亮點，才能有更好的效益。③不斷研發(fā)新技術，培育新市場，提高技術和品牌的經(jīng)濟含量。這是國內外優(yōu)秀企業(yè)所走的道路。

4.3.2 可持續(xù)發(fā)展的需要

低碳環(huán)保是產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的方向，電子企業(yè)可結合工程建設和MATLAB的需要，保持技術的先進性，做引領技術發(fā)展的“排頭兵”，加大市場宣傳和培育的力度，逐步樹立電子企業(yè)的品牌形象。

4.3.3 提高電子企業(yè)綜合實力的需要

綜合實力來源于硬實力和軟實力，在硬實力方面，除了設備、資質和工作環(huán)境以外，關鍵是人才的引進和培養(yǎng)，發(fā)揮人才的作用，促進電子企業(yè)技術實力的提升；軟實力關鍵是管理和企業(yè)文化，與硬實力是相輔相成的，在加強硬實力建設的同時加強軟實力將會使電子企業(yè)日益強大。通過電子信息工程建設加大人才培養(yǎng)力度，擴大業(yè)務范圍和深度，具有使電子企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)和技術，才能使硬實力和軟實力得到全面協(xié)調和提升，提高電子企業(yè)核心競爭力。這也是電子企業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的迫切需要。

5 結論

在數(shù)字化電子信息工程的影響下，數(shù)字信號處理技術得到了跨越式的發(fā)展，其應用價值隨著時間的推移、技術的升級優(yōu)化而越來越高。數(shù)字信號處理在電子信息工程的應用可追溯到20年前。那時的信號處理性能僅為現(xiàn)在的1/1 500.在本文的研究中，數(shù)字信號處理應遵循電子信息工程的客觀性原則、綠色節(jié)能原則和科學性原則。應用內容主要包括短波通信中的應用、MATLAB在信號與系統(tǒng)中的應用、MPEG與高速通信技術和其他應用等。數(shù)字信號在電子信息工程的應用中具有一定的意義，比如有助于提高電子信息工程的可持續(xù)發(fā)展能力，有助于數(shù)字信號處理行業(yè)的健康發(fā)展，有利于電子企業(yè)的轉型和發(fā)展。因此，未來的研究中，數(shù)字信號處理在電子信息工程中的應用將會越來越廣泛，而研究者們需結合國內外先進技術不斷改善，從而創(chuàng)造更好的數(shù)字化處理工程與技術。

參考文獻

[1]李影.淺析數(shù)字信號處理的發(fā)展與應用[J].科技與企業(yè)，2015（13）.

[2]孫炳.關于數(shù)字信號處理技術的應用與發(fā)展研究[J].信息通信，2015（07）.

[3]趙思琦.數(shù)字信號處理技術的發(fā)展與思考[J].智富時代，2016（01）.

〔編輯：劉曉芳〕