探索信號與信息處理技術要點

張麗梅 山西工商學院

信號與信息處理技術主要是圍繞信號、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，不管是傳播技術還是網(wǎng)絡信息技術，信號與信息處理都是基礎技術。信號與信息處理通過對信息進行采集操作、處理加工及媒介傳播，從而使以信號為基礎的信息能夠得以廣泛擴散。基于信號與信息處理的重要性，著重分析通信領域信號與信息處理的技術要點，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的發(fā)展歷程、理論依據(jù)及應用范圍

信號與信息處理帶有濃厚的學術色彩與實踐價值，該技術隨著數(shù)學計算機的發(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。經(jīng)由FFT理論，數(shù)學邏濾波算法理論也得以長足發(fā)展。隨著時間的推移，在通用計算機領域中，集成電路得到了應用，其中的數(shù)學硬件部分能夠開始對信號加以處理操作。當單片機產(chǎn)生時，信號與信息處理技術的依托載體，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實際應用趨于及范圍較為廣泛，可以涵蓋工程領域及科學領域，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、醫(yī)學工程等諸多板塊。

在新時期，圍繞語音技術及圖像實時處理技術，相關專業(yè)熱度升溫，信號與信息處理開始更多地與計算機技術及理論融合，尤其是國家電網(wǎng)及電力網(wǎng)絡系統(tǒng)的升級改造，使信號與信息處理技術大有用武之地[2]。在信號與信息處理技術的研究范圍上，從基礎的信息集成管理、信號實時處理、圖像傳輸處理、DSP技術應用、特殊信號，主要是電力網(wǎng)絡系統(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域，都可尋到信號與信息處理技術的身影。

2 信號與信息處理技術要點探析

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、隨機信號、離散信號等諸多形式。信號與信息處理技術即是對信號的時間變換或域變換情況進行綜合分析處理。涉及到信號存在的時域變換性強，信號特征不明顯等情況時，較為常用Fourier變換技術加以輔助提高信號分析精度。具體到信號與信息處理技術實踐中，較為常見的技術形式及要點如下：

2.1 小波分析處理技術

小波，wavelet，最早由傅里葉在其論著中分析，在地質勘探領域中應用較為普及，經(jīng)由技術發(fā)展成熟，“正交小波基”，多分辨度分析理論等逐漸得到學術界重視。運用小波分析對信號與信息進行處理，主要是圍繞信號多變化的屬性，通過掌握其變化特點，然后將其應用到去除噪聲、壓縮數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)。在技術原理上，小波分析技術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、信號域分布等進行分析，進而實現(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時間的變化情況進行分析提取，能夠對信號的小波動情況實時了解。然后再通過對信號A，B進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。

小波分析處理技術全面應用于圖像壓縮、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

信號與信息處理技術應用領域，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。多分辨分析技術的發(fā)展以正交小波基構造為基礎，并與小波分析技術結構，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。多分辨技術與小波分解及小波基聯(lián)系較為緊密，各要素之間的關系如找下圖所示。

2.3 小波除燥技術

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算法對信號進行分析及分解后，對信號的小波系數(shù)進行確定，提取信號中的有用成分，最后經(jīng)由Mallat算法具備的重構功能，對信號再進行排序或重建，通過這一技術手段，信號的噪比能夠得到控制，信號在重建時也能夠保真。小波除燥技術在信號與信息處理中予以應用時，關鍵所在是要對門限做出好的設計及控制。

另外值得注意的一點是，在小波分析及小波除燥技術中，僅靠小波對信號進行分析，往往無法對信號的原始數(shù)據(jù)做出準確的直觀判定，這時通過對信號的特征來加以分析及表征，則能夠對信號進行更加細致的分析。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

現(xiàn)代信號處理技術已經(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、大容量設計、軟切換配置、抗多徑突出等多種技術優(yōu)勢。現(xiàn)代信號處理技術更多地開始與移動通信結合應用，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)模集成電路技術及片上系統(tǒng)技術形式的跨越式發(fā)展，在移動通信領域內，現(xiàn)代信號處理技術更彰顯其優(yōu)勢和長處。除了信號處理中的小波分析技術、多分辨分析技術、小波降噪技術等，神經(jīng)網(wǎng)絡理論和自適應信號處理方法也獲得了研究領域內的長足發(fā)展。更為復雜的信號處理技術趨于成熟，從而使信號與信息處理技術的研究方向具有極為廣闊的發(fā)展空間。

3 結束語

信號與信息處理技術在應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、小波除燥等技術手段，使信號處理更深更精。在現(xiàn)代信號處理技術的加成下，信號與信息處理技術將迎來新的發(fā)展空間。