模拟信号与数字信号的区别.docx
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模拟信号与数字信号的区别
主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。
模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化，而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。
电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。
模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等。
模拟信号与数字信号的区别
（1）模拟信号与数字信号
不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：
模拟数据一般采用模拟信号（AnalogSignal），例如用一系列连续变化的电磁波（如无线电与电视广播中的电磁波），或电压信号（如电话传输中的音频电压信号）来表示；数字数据则采用数字信号（DigitalSignal），例如用一系列断续变化的电压脉冲（如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0），或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
（2）模拟信号与数字信号之间的相互转换
模拟信号和数字信号之间可以相互转换：
模拟信号一般通过PCM脉码调制（PulseCodeModulation）方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相（PhaseShift）的方法转换为模拟信号。
计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。
但是更具应用发展前景的是数字信号。
模拟信号的数字传输
图所示为一简单增量调制的仿真实验原理图。
图中的话音信号源采用了一个高斯噪声源经过3KHz低通滤波器后的输出来模拟。
调整图中的图符5的增益可以改变差值Δ的大小。
在接收端，解调器未使用与本地解调器一致的电路，直接使用积分器解调输出。
如果希望输出波形平滑，可在积分器和输出放大器之间加入一个低通滤波器，以滤除信号中的高频成分。
所示是输入的模拟话音信号波形。
是增量调制后的输出波形。
为经过积分器解调后的输出波形。
观察可以比较输入输出波形之间的失真。
由理论分析可知，ΔM的量化信噪比与抽样频率成三次方关系，即抽样频率每提高一倍则量化信噪比提高9dB。
通常ΔM的抽样频率至少16KHz以上才能使量化信噪比达到15dB以上。
32KHz时，量化信噪比约为26dB左右，可以用于一般的通信质量要求。
如果设信道可用的最小信噪比为15dB，则信号的动态范围仅有11dB，远远不能满足高质量通信要求的35-50dB的动态范围，除非抽样频率提高到100KHz以上采用实用价值。
上述理论分析的结论读者可以通过改变仿真实验的信号抽样频率观察到。
当抽样频率低于16KHz时，信号失真已十分明显，当抽样频率为128KHz时失真较小。
改进ΔM动态范围的方法有很多，其基本原理是采用自适应方法使量阶Δ的大小随输入信号的统计特性变化而跟踪变化。
如量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩ΔM，记作ADM。
若量阶Δ随音节时间问隔（5一20ms）中信号平均斜率变化，则称为连续可变斜率增量调制，记作CVSD。
由于这种方法中信号斜率是根据码流中连“1”或连“0”的个数来检测的，所以又称为数字检测、音节压扩的自适应增量调制，简称数字压扩增量调制。
图9.20给出了数字压扩增量调制的方框图。
数字压扩增量调制与普通增量调制相比，其差别在于增加了连“1”连“0”数字检测电路和音节平滑电路。
由于CVSD的自适应信息（即控制电压）是从输出码流中提取的，所以接收端不需要发送端传送专门的自适应信息就能自适应于原始信号，电路实现起来比较容易。
对于数字压扩增量调制感兴趣的读者可以在上述仿真实验的基础上加入连“1”连“0”数字检测电路和音节平滑电路，重新仿真并观察改善情况。
模拟数据（AnalogData）是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
数字数据（DigitalData）则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
目前，ASCII美国信息交换标准码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码，使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号；图形、音频与视频数据则可分别采用多种编码格式。
模拟信号与数字信号
（1）模拟信号与数字信号
不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：
模拟数据一般采用模拟信号（AnalogSignal），例如用一系列连续变化的电磁波（如无线电与电视广播中的电磁波），或电压信号（如电话传输中的音频电压信号）来表示；数字数据则采用数字信号（DigitalSignal），例如用一系列断续变化的电压脉冲（如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0），或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
（2）模拟信号与数字信号之间的相互转换
模拟信号和数字信号之间可以相互转换：
模拟信号一般通过PCM脉码调制（PulseCodeModulation）方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相（PhaseShift）的方法转换为模拟信号。
计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。
但是更具应用发展前景的是数字信号。
模拟信号常识
PCB雕刻机，自动钻孔、刻线路，省心！
对于神奇而精彩的数字音频世界而言，古老而传统的模拟世界则显得简单而直白。
你所要做的似乎就是插上音频线，旋动音量旋钮，然后准备开始。
但实际上，有很多因素和方法会对声音产生影响，使得你的音乐听起来很美妙或者很糟糕，这就要依赖于你的经验和技巧了。
声音的一个首要因素是信号电平。
麦克风以及电吉它的输出信号为mic-level（麦克电平）信号。
这是一种低电平信号，它需要前置放大器将信号电平提升至line-level（线性电平）。
通常情况下，合成器的音频输出及调音台的音频输出都是线形电平，这种电平一般标定为-10dBV，但实际上合成器的输出都围绕在0dBu左右，专业设备的音频输出甚至可以达到+4dBu。
“dB”为“decibel”的简写，即分贝。
它是度量单位（Bel）贝尔的十分之一，贝尔是以科学家Alexander Graham Bell的名字命名的，它实际上是两个参数的比例值，而不是一个绝对的单位，如英镑、厘米等等。
如果你将一个+4dBu的信号输入到一个为-10dBu设计的输入口中，那么信号就会过强，如果信号没有经过一个用于衰减的按钮、开关或旋钮就进入其它电路，那么肯定会造成失真。
相反，如果一个-10dBu的信号输入到一个为+4dBu设计的输入口中，则同样会出现相反的问题：
由于信号太弱，需要一种装置对它进行提升，但这样会同时增加背景噪音。
在实际应用中，你一般不用为这种信号与接口的匹配问题担心。
如果你有1/4英寸的插头，那么尽管将其插到同样插口的调音台的输入上去。
绝大多数调音台上都配备有衰减按钮用于修剪输入的信号（在很多调音台上，这个装置被称为trim，即修剪的意思，你可以将输入信号看成是参差不齐的树篱，通过衰减器就会变得非常整齐）。
具备+4dB专业电平的信号经常是通过XLR型卡侬接口（三芯连线）传输的，常应用于平衡的音频信号系统。
从电子学的角度来说，这种三根电缆的平衡信号比非平衡信号的抗噪能力要强。
非平衡信号一般都通过两芯的1/4英寸插头或RAC莲花插头传送。
有些时候，平衡信号还通过TRS规格的立体声插头（三芯，1/4英寸）传输，传输线的三根电缆分别连接在插头的Tip头-Ring环-Sleeve套三个部分。
尽管使用的是立体声插头，这种TR
"模拟信号" 英文对照
analogsignal;
simulatedsignal;
analoguesignal;
"模拟信号" 在学术文献中的解释
1、模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息,如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等,我们通常又把模拟信号称为连续信号,它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值
文献来源
2、模拟信号是指声音、图像等物理量,通过非电量传感器转化为模拟信号,通常为了显示、处理或传递这个模拟量则需要把它转换成数字量,而把这模拟量转为数字量的转化过程就是模／数转换
文献来源
3、所谓模拟信号,是指幅流随时间连续变化的信号...所谓数字信一号,是指在时间上和取值上都是离散的、不连续的信号
文献来源
4、模拟信号是指与泡塑模成型有关的一些连续变化信号例如温度信号它由装在型腔上的热电偶感应测出所测的温度包括若干个点的温度反映了泡塑模成型过程的温度变化及其相应模具的温度变化
文献来源
5、所谓“模拟信号”是指其强度模仿声音随时间作连续变化的电信号.它与数字信号不同在时间上和电强度上都是不间断的
文献来源
6、模拟信号是指连续的信号,在数学上是以正弦波来表示.与它相反的数字信号则不是连续性的,以位（bit）来表示,它只有二种可能形式:
开及关（或1和O）,在数学上表示,它代表方波
文献来源
7、所谓模拟信号,就是指幅值连续、时间上也是连续的信号,如常见的正弦波信号.同时,我们也知道,计算机只对“0”和八一川分口,’1”感冒.因此,模拟信号计算机是不可能处理的
文献来源
8、用这种方式得到的连续变化信号,通常称为模拟信号.还有一种信号是二进制信号,即是一否型信号.它们反映的是某一系统的两种状态中之一,如起落架是否放下,襟翼是否收起
文献来源
9、2 数字信号基础2.1 模拟信号信号波形随信息的变化而变化,如图3所示的信号被称为模拟信号,其特点是幅度连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）
文献来源
10、比如电话通信中,用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的,这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的,这种信号称为模拟信号,在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”
文献来源
什么是模拟信号?
模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化。
模拟信号主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。
模拟信号分布于自然界的各个角落，而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。
电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算和处理，如放大，相加，滤波等。
数字信号的基本概念
网友：
sense5发布于：
2007.04.2821:
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数字信号
电子系统中一般含有模拟和数字两种构件，通常使用的收音机等
，其中的电路结构主要是模拟电路，比如功率放大器，不过现在有许多音响系统中不仅包含模拟电路，而且已经有了数字模块，比如CD机
，其中主要的部件就是数字模块；而像电脑这样一类的电子系统，则主要就是建立在数字技术上的，但即使是所谓的纯数字系统，仍然离不开模拟电路，因为数字电路实事上可以说是模拟电路的一种特例，比如说在模拟电路中我们采用晶体管的线性工作区间，而数字电路则采用晶体管的非线性工作区间，因此说模拟电路是电子系统中必须的组成部分。
人们发现在对信号的存储、分析和传输中，数字电路更具优越性
。
为了能够处理存储连续变化的模拟信号，数字电路采用二进制数首先对其进行量化处理后，再使用复杂的数字系统来实现信号的存储、分析和量化。
1.二值数字逻辑和逻辑电平
二进制数正好是利用二值数字逻辑中的０和１来表示的。
二值数字逻辑是BinaryDigitalLogic的译称。
与模拟信号相反，数字数字信号在时间上和数值上均是离散的，而离散信号的值只有真或假，是与不是，因此可以使用二进制数中的０和１来表示。
需要注意的是这里的０和１并非通常意义上的０和１
，也就是说并不像在十进制中０和１有大小之分，这里的０和１指的是逻辑０和逻辑１。
因此我们可以将其称之为二值数字逻辑或简称为数字逻辑。
二值数字的产生，是基于客观世界中存在许多可以用彼此相关又互相对立的两种状态来描述的事物，比如人的性别，不是男的就是女的，开关的开与关等，就是这样一种关系。
很显然，这些都具有明显的二值特性，因此完全可以用电子器件的开关特性来表示。
比如，利用晶体管的非线性特性制作成的开关二极管，工作时仅有两种状态，不是导通就是关断，也是一个二值特性，因此可以用其来表示人的性别等。
当开关器件起作用时，电路中只可能出现两种电压值，当开关器件导通时，开关后的电路中将有电流流过（比如串联于三极管发射极的负载），因而将可得到一个较高的电压值，而当开关器件关断时，开关后的电路中将没有电流流过，因而将只能得到一个较低的电压值
，从而在电路中将形成离散的电压信号，也叫数字电压，通常称之为逻辑电平。
应该注意的是逻辑电平不是一个具体的物理量，而是物理量的相对表示。
比如，当使用示波器测量一个音响设备的输出时，你可观察到一个输出电压幅值连续变化的波形，但是将该输出信号量化成二值信号后，你观察到的只是一系列电压值不是５Ｖ就是０Ｖ的离散电压值，很显然我们不能因此就说该音响设备的输出就是５Ｖ。
电压/V
二值逻辑
逻辑电平
正逻辑
负逻辑
＋５
１
０
H（高电平）
０
０
１
L（低电平）
表1.1.1逻辑电平与电压值的关系
从表中可以看到，+5V的电压值可以用二值逻辑中的1或0来表示，就看你使用的是正逻辑还是负逻辑。
在逻辑电平中则使用高电平来表示。
事实上高电平并非就只等于+5V，可以是3V，还可以是其它任何值。
图1.1.3表示用逻辑电平描述的数字波形，其中图1.1.3a的逻辑0表示0V，逻辑1表示5V；图1.1.3b的逻辑0表示5V，逻辑1表示0V；图1.1.3c则是一个16位长数据的图形表示。
1数字通信的特点
（1）抗干扰能力强、无噪声积累。
在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在
信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大，如图2－1（a）所示。
随着传输距离的增加，噪声
累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。
对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值（通常取两个幅值），在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适
当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，见图2－1（b），所以可实现长距离高质量的传输。
（2）便于加密处理。
信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。
（3）便于存储、处理和交换。
数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
（4）设备便于集成化、微型化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。
（5）便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。
（6）占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电
话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。
随着宽频带信道（光缆、数字微波）的大量利用（一对光缆可开通几千路电话）以及数字信号处理技
术的发展（可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率），数字电话的带宽问题已不是主要问题了。
以上介绍可知，数字通信具有很多优点，所以各国都在积极发展数字通信。
近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。
2数字信号的产生
2.1模拟信号和数字信号
（1）模拟信号
信号波形模拟着信息的变化而变化，如图2
－2所示的信号称为模拟信号。
其特点是幅度连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）。
图2－2（a）所示的信号是模拟信号，其信号
波形在时间上也是连续的，因此它又是连续信号。
图2－2（b）所示的信号是对图（a）所示的模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，由于其波形在
时间上是离散的，它又叫离散信号。
但此信号的幅度仍然是连续的，所以仍然是模拟信号。
电话、传真、电视信号都是模拟信号。
（2）数字信号
（2）数字信图2－３是数字信号，其特点是幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。
图2－３（a）是二进码，每一个码元只取两个幅值（0，A）：
图（b）是四进码，每个码元取四（3、1、－1、－3）中的一个。
这种幅度是离散的信号称数字信号。
2.2信号的数字化过程
信号的数字化需要三个步骤：
抽样、、量化和编码。
抽样是指用每隔一定时间
的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。
量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变
为有限数量的有一定间隔的离散值。
编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。
这样得到的数字信号可以通
过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。
在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。
上述数字化的过程又
称为脉冲编码调制
2.2.1抽样
话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续
的。
要使话音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取话音
信号的一个瞬时幅度值（抽样值），抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列，如图2－４所示。
抽样后的样值序列在时间上是离散的，可进
行时分多路复用，也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。
理论和实践证明，只要抽样脉冲的间隔T≤12fm（或≥2fm）（fm是话音
信号的最高频率），则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号。
例如，一路电话信号的频带为300～3400Hz，fm=3400Hz，则抽样频
率fs≥2×3400=6800Hz。
如按6800Hz的抽样频率对300～3400Hz的电话信号抽样，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来
的话音信号，话音信号的抽样频率通常取8000Hz/s。
对于PAL制电视信号。
视频带宽为6MHz，按照CCIR601建议，亮度信号的抽样频率为
13.5MHz，色度信号为6.75MHz。
2.2.2量化
抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是模拟的，
还必须进行离散化处理，才能最终用数码来表示。
这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。
量化有两种方式，示于图2－5中。
图2－5（a）
所示的量化方式中，取整时只舍不入，即0～1伏间的所有输入电压都输出0伏，1～2伏间所有输入电压都输出1伏等。
采用这种量化方式，输入电压总是
大于输出电压，因此产生的量化误差总是正的，最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔Δ。
图（b）所示的量化方式在取整时有舍有入，即0～0.5伏间的
输入电压都输出0伏，0.5～15伏间的输出电压都输出1伏等等。
采用这种量化方式量化误差有正有负，量化误差的绝对值最大为Δ/2。
因此，采用有
舍有入法进行量化，误差较小。
实际信号可以看成量化输出信号与量化误差之和，因此只用量化输出信号来代
替原信号就会有失真。
一般说来，可以把量化误差的幅度概率分布看成在-Δ/2～+Δ/2之间的均匀分布。
可以证明，量化失真功率，即与最小量化间隔
的平方成正比。
最小量化间隔越小，失真就越小。
最小量化间隔越小，用来表示一定幅度的模拟信号时所需要的量化级数就越多，因此处理和传输就越复杂。
所以，量化既要尽量减少量化级数，又要使量化失真看不出来。
一般都用一个二进制数来表示某一量化级数，经过传输在接收端再按照这个二进制数来恢复原信
号的幅值。
所谓量化比特数是指要区分所有量化级所需几位二进制数。
例如，有8个量化级，那么可用三位二进制数来区分，因为，称8个量化级的量化为3比
特量化。
8比特量化则是指共有个量化级的量化。
量化误差与噪声是有本质的区别的。
因为任一时刻的量化误差是可以从输入信号求出，而噪声与信号之间就没有这种关系。
可以证明，量化误差是高阶非线性失真的产物。
但量化失真在信号中的表现类似于噪声，也有很宽的频谱，所以也被称为量化噪声并用信噪比来衡量。
上面所述的采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化，这
种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。
如果使小信号时量化级间宽度小些，而大信号时量化级间宽度大些，就可以使小信号时和
大信号时的信噪比趋于一致。
这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。
数字电视信号大多采用非均匀量化方式，这是由于模拟视频信号要经过
校正，而校正类似于非线性量化特性，可减轻小信号时误差的影响。
对于音频信号的非均匀量化也是采用压缩、扩张的方法，即在发送端对输入的信号进行压缩处理再均匀量化，在接收端再进行相应的扩张处理，如图2－6所示。
目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。
我国规定采用A律13折线压扩特性。
采用13折线压扩特性后小信号时量化信噪比的改善量可达24dB，而这是靠牺牲大信号量化信噪比（亏损12dB）换来的。
2.2.3编码
抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过
程称为编码。
最简单的编码方式是二进制编码。
具体说来，就是用n比特
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