信號與信息處理的案例
01-numpy玩轉信號處理（生成信號）
摘要：眾所周知，scipy是python信號處理的重要第三方庫，但scipy也有其缺點，兼容性似乎不友好。筆者在使用pyinstaller打包scipy函數(shù)時，無法成功。所以萌生了一個念頭：在信號處理中，使用numpy替代scipy。
淺析信號處理：人們認識信號本質的大飛躍
信號處理從最早的時域統(tǒng)計到Fourier變換的頻域分析，是人們認識信號本質的一次巨大飛躍，信號分析的角度從時域轉變到頻域。傅里葉真正得到廣泛應用是在fft算法的出現(xiàn)后，關于Fourier變換理論，課程介紹的太多了，就不一一介紹了。
信號的傅里葉分析圖
下面，說說傅里葉變換的缺點，考慮下面一個信號s(t)：
信號s(t)，初始頻率較高，中間頻率較低，F(xiàn)ourier變換中包含了這些信息，但是卻無法指示高頻、低頻發(fā)生的時間。Fourier變換作為一個全局變換，天然的少了另一個維度（時域），如果將時間域信號比作一個平面中的物體的話，那么頻域信號也同樣是一個平面中的物體，只是給我們換了一個角度而已，而人們總是希望能對三維世界的物體更具有直觀了解。信號也一樣，工程人員總是想知道信號有哪些頻率，且這些頻率在何時產生，而這個需求就給分析方法提出了一個要求，必須多一個維度，也就是給出信號的時頻域信息。
需求促成技術的突破。這時短時傅里葉變換 (SIFT) 便出現(xiàn)了，這個信號分析帶來了時頻分析的概念，而其優(yōu)點是同時給了我們時間和頻率的信息。其方法的形象化的描述就是“把整個時域過程分解成無數(shù)個等長的小過程，每個小過程近似平穩(wěn)，再做Fourier變換，就知道在哪個時間點上出現(xiàn)了什么頻率了。”這就是短時傅里葉變換。時域上分成一段一段做FFT，不就知道頻率成分隨著時間的變化情況了嗎！用這樣的方法，可以得到一個信號的時頻圖了。
下面信號s(t) 被分解為4個時間段，其分別對應的fft結果如下。這樣，我們可以知道在每段時間信號的頻率信息。
短時Fourier變換選Gauss窗函數(shù)一般被稱為Gabor變換。
展開 數(shù)字信號處理 第一章 離散時間信號和系統(tǒng)（1）
信號如何分類？
確定性信號和隨機信號、連續(xù)信號和離散信號、能量信號和功率信號。重點看連續(xù)信號和離散信號！！！
如果信號的自變量和函數(shù)值都取連續(xù)值，則稱這種信號為模擬信號或者時域連續(xù)信號，例如語音信號、溫度信號等。
如果自變量取離散值，而函數(shù)值取連續(xù)值，則稱這種信號為時域離散信號，這種信號通常來源于對模擬信號的采樣。
如果信號的自變量和函數(shù)值均為離散值，則稱為數(shù)字信號。計算機或數(shù)字信號處理芯片的位數(shù)是有限的，用它們分析與處理信號，信號的函數(shù)值必須用有限位二進制表示，這樣的信號取值不再是連續(xù)的，而是離散值，這種用有限位二進制編碼表示的時域離散信號就是數(shù)字信號，數(shù)字信號就是幅度量化了的時域離散信號。
講了這么多，
同學們有沒有離散的概念呢？
原來圖像也是數(shù)字信號啊！
對的，就是一個二維數(shù)組。
matlab中很多操作圖像的函數(shù)。
例子如下：
fig_tif = imread('***.tif'); %輸入圖像J1_tif = mirror(fig_tif ,1);%原圖像的水平鏡像J2_tif = mirror(fig_tif ,2);%原圖像的垂直鏡像
J3_tif = mirror(fig_tif ,3);%原圖像的水平垂直鏡像
注意：mirror函數(shù)針對的是低級版本的MATLAB，目前高級版本的MATLAB已經(jīng)不支持mirror函數(shù)了.如果你用了mirror函數(shù)后，命令行窗口出現(xiàn)各種報錯，說明你的版本太高了。此時需要使用flipdim函數(shù)，參數(shù)設置跟mirror函數(shù)一樣。我當年學的是mirror函數(shù)，說明我老了。
來源：matlab仿真工匠
展開 數(shù)字信號處理 第一章 離散時間信號和系統(tǒng)（2）
也指把模擬信號轉成數(shù)字信號的過程。在數(shù)字圖像處理領域中，定義為圖像空間坐標的數(shù)字化操作。
每秒鐘的采樣樣本數(shù)叫做采樣頻率。采樣是將時間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號，在采樣脈沖的作用，轉換成時間上離散（時間上有固定間隔）、但幅值上仍連續(xù)的離散模擬信號。所以采樣又稱為信號的離散化過程。
在數(shù)字信號處理領域中，采樣定理是連續(xù)時間信號（通常稱為“模擬信號”）和離散時間信號（通常稱為“數(shù)字信號”）之間的基本橋梁。該定理說明采樣頻率與信號頻譜之間的關系，是連續(xù)信號離散化的基本依據(jù)。 它為采樣率建立了一個足夠的條件，該采樣率允許離散采樣序列從有限帶寬的連續(xù)時間信號中捕獲所有信息。后面我們會重點講解這個采樣定理。
來源：matlab仿真工匠
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數(shù)字信號處理 第一章 離散時間信號和系統(tǒng)（4）
判斷方法是，系統(tǒng)若滿足對任意激勵信號：先線性運算，后經(jīng)過系統(tǒng)=先經(jīng)過系統(tǒng)后經(jīng)過線性運算的結果。則為線性系統(tǒng)。然后判斷是否具有移不變特性？從輸入輸出關系上看，判斷方法是，系統(tǒng)若滿足對任意激勵信號：先時域移動、后經(jīng)過系統(tǒng)的結果=先經(jīng)過系統(tǒng)、在時域移動的結果，則系統(tǒng)是時不變系統(tǒng)，否則為時變系統(tǒng)。
來源： matlab仿真工匠
數(shù)字信號處理 第一章 離散時間信號和系統(tǒng)（3）
抽取可以在傳輸?shù)倪^程中減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，接收端進行恢復時進行插值，將信號恢復成原始抽樣率的信號。在數(shù)字信號處理中只需要改變數(shù)字采樣率，一般是先進行插值再進行抽取，以免造成頻率混疊，同時在抽取的前先進行預濾波，在插值后進行以個去鏡像濾波。
信號進行抽取時，原始信號的頻譜被周期拓展，如果原始信號最高頻率大于抽取之后采樣率的一半就會發(fā)生混疊（如果是復信號，則信號最高頻率大于抽取之后采樣率就會發(fā)生混疊）。若抽取率為D的話，則輸出的信號頻率將變?yōu)樵瓉眍l率的D倍，將信號的抽樣頻率減小D倍每D個抽樣中取一個，D為整數(shù)，稱為抽樣因子。
Matlab中進行抽取和插值的函數(shù)是什么呢？
downsample(x,d);
x為信號，D為抽取因子；
interp(x,i);
x為信號，i為插值因子；
后面章節(jié)會詳細講解！
來源： matlab仿真工匠
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1 什么是數(shù)字信號處理 （DSP）？
數(shù)字信號處理 （DSP） 是工程和應用數(shù)學的一個分支，涉及數(shù)字信號的處理和分析。數(shù)字信號是離散時間信號，由以固定間隔采樣的數(shù)字序列表示。DSP 涉及各種算法、技術和方法來處理這些數(shù)字信號，以檢索基本信息或改進特定功能。
目錄
? 數(shù)字信號處理
? 使用
? 方框圖
? 建筑
? 類型
? DSP 與微處理器
? DSP 基礎知識
2 什么是 DSP？
數(shù)字信號處理 （DSP） 用于處理數(shù)字信號分析，以通過算法和技術檢索重要信息或改進特定功能，這對于從電信和音頻處理到醫(yī)學成像和控制系統(tǒng)的應用至關重要。
數(shù)字信號處理 （DSP） 是工程和數(shù)學的一個專業(yè)分支，涉及數(shù)字信號的處理、分析和轉換，以通過使用算法和計算技術來檢索信息或更改其特征。它處理離散時間信號，這些信號由以固定間隔采樣的數(shù)字序列表示。
3 數(shù)字信號處理有什么用？
官方數(shù)據(jù)信號處理相當復雜。它可以標準化或解決數(shù)字信號，但也可以執(zhí)行各種其他功能，包括濾波、壓縮和調制。DSP 算法能夠區(qū)分有序信號和噪聲，盡管它們可能并不總是能獲得完美的結果。
通信系統(tǒng)涉及噪聲水平，無論信號是否同時傳輸模擬和數(shù)字信號，無論傳輸?shù)?em>信息類型如何。
噪聲在數(shù)字信號處理中表現(xiàn)出一個持續(xù)的挑戰(zhàn)，即提高數(shù)字信號處理中的信噪比 （S/N）。提高 S/N 比的效率，涉及提高傳輸信號功率和提高接收器靈敏度。
通過使用模數(shù)轉換器，模擬輸入信號被轉換為數(shù)字信號。最終的數(shù)字信號具有兩個或多個電平。電壓或電流的值是精確的，我們可以預測這些水平。因此，噪聲存在于輸入信號和電平中，這些信號和電平不是典型值。通過 DSP 電路配置電平，以便它們可以調整到正確的值。這種技術可以消除噪音。在最后的過程中，在數(shù)模轉換器的幫助下，數(shù)字信號被轉換回模擬信號。
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MATLAB 信號處理
作者：劉波，文忠，曾涯 編著
出版社：電子工業(yè)出版社
ISBN：7121022427
印次：1
紙張：膠版紙
出版日期：2006-1-1
字數(shù)：576000
版次：1
定價：35元 當當價：24.3元
折扣：69折 鉆石VIP價：24.30元
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內容提要：
本書結合MATLAB最新版本7.0系統(tǒng)地介紹信號處理及現(xiàn)代信號處理或者非平穩(wěn)信號處理（包括信號處理、陣列信號處理、時頻分析及高階譜分析）的基本理論及在工程應用中的一些基本方法；詳細地介紹MATLAB工具箱函數(shù)的用法；最后結合一些應用實例，說明基于MATLAB進行分析與設計的方法。本書首次將信號處理涉及的各種MATLAB工具箱全面加以說明分析，簡明扼要地介紹相關領域的基本概念和基本理論，重在講述有關基本理論和物理背景，避開繁復的推導和中間過程，結合編程應用介紹工具箱函數(shù)的功能及用法，并且通過各種應用實例闡述如何利用MATLAB工具箱來解決工程應用問題。
本書可作為信號處理等課程的教學參考書，對課程的學習可起到事半功倍的效果；對信號處理及相關領域的教師、研究生、高年級本科生和工程技術人員具有重要的參考價值，對其他領域的科技人員也將有一定的借鑒作用。
展開 MATLAB信號處理詳解
MATLAB信號處理詳解
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【全美經(jīng)典】數(shù)字信號處理1/4
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實時應變花信號的處理
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軟件定義無線電與信號處理（基于GNU Radio） ￥10
軟件定義無線電與信號處理（基于GNU Radio）
## 課程基礎信息
課程格式：MP4視頻（H264編碼，分辨率1280×720）+AAC音頻（44.1千赫，雙聲道）
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語言：英語（配備srt字幕）
課時：53講（總時長4小時51分鐘）
文件大小：2.22 GB
核心學習方向：實時射頻通信 | 實時數(shù)字信號處理 | 圖形化模塊編程精通 | 白帽黑客技術
## 核心學習目標
1. 能在SDR環(huán)境中實現(xiàn)**實時射頻（RF）通信**
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3. 精通GNU Radio中**圖形化模塊化編程**方法
4. 掌握無線射頻信號破解、信號攻擊及信號干擾技術
5. 針對信號失真、信號噪聲、弱信號問題實現(xiàn)**實時解決方案**
6. 熟練操作各類SDR硬件設備，精通SDR軟件包的使用
## 課程前置要求
1. 無任何基礎要求，課程從零基礎開始，逐步進階講解
2. 若需親自完成實操實驗，需自備SDR硬件：**HackRF One** 或 **RTL SDR 接收器**（可選）
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大家好，歡迎來到《精通軟件定義無線電（基于GNU Radio Companion）》課程！
軟件定義無線電（SDR）在科技與工程領域中，無疑是一門相對小眾、少被探討的學科，究其本質，這門技術就是學習如何對嵌入式系統(tǒng)進行編程，以實現(xiàn)無線電通信功能。坐在電腦前，就能親手完成無線電通信？這聽起來是不是超酷？
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隨機生成的白噪聲信號源
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本案例主要在于使用ncode如何對采集到的信號進行數(shù)據(jù)處理，以隨機生成的白噪聲作為信號源進行各種數(shù)據(jù)處理，涉及到的處理：信號的過濾篩選、信號的功率譜轉換、雨流計數(shù)、快速傅里葉變換等。
隨機生成的白噪聲信號源
信號源篩選（篩選出大于0的信號）
功率譜變換
雨流計數(shù)
快速傅里葉變換
具體操作方法、模型文件見附件。如購買本案例的朋友針對案例仿真操作實現(xiàn)有什么問題，請私信我。
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