5.1 什么是模拟信号,什么是数字信号

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，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。数字信号是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示；在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。

本教程操作环境：windows7系统、Dell G3电脑。

信息化时代已经不告而至，我们时时刻刻被各种各样的信号包围，信号的本质是表示消息（信息）的物理量，如常见的正弦电信号中，如果是不同的幅度、不同的频率，或不同相位则表示不同的消息（信息）。以信号为载体的数据可表示现实物理世界中的任何信息，如文字符号、图像等，从其特定的表现形式来看，信号可以分为：模拟信号和数字信号。

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，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

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。而数字信号是指在取值上是离散的、不连续的信号。

模拟信号的主要优点是其精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率。与数字信号相比，模拟信号的信息密度更高。由于不存在量化误差，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。

模拟信号的另一个优点是，当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单。模拟信号的处理可以直接通过模拟电路组件（例如运算放大器等）实现，而数字信号处理往往涉及复杂的算法，甚至需要专门的数字信号处理器。

什么是数字信号

数字信号，是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。

数字信号是指用一组特殊的状态来描述信号，典型的就是当前用最为常见的二进制数字来表示的信号，之所以采用二进制数字表示信号， 其根本原因是电路只能表示两种状态，即电路的通与断。在实际的数字信号传输中，通常是将一定范围的信息变化归类为状态0或状态1， 这种状态的设置大大提高了数字信号的抗噪声能力。不仅如此，在保密性、抗干扰、传输质量等方面，数字信号都比模拟信号要好，且更加节约信号传输通道资源。

数字信号的优点很多，首先是它抗干扰的能力特别强，它不但可以用于通讯技术，而且还可以用于信息处理技术，时髦的高清晰度电视、VCD、DVD激光机都采用了数字信号处理技术。其次，我们使用的电子计算机都是数字的，它们处理的信号本来就是数字信号。在通讯上使用了数字信号，就可以很方便地将计算机与通讯结合起来，将计算机处理信息的优势用于通讯事业。如电话通讯中采用了程控数字交换机，用计算机来代替接线员的工作，不仅接线迅速准确，而且占地小、效率高，省去不少人工和设备，使电话通讯产生了一个质的飞跃。再次，数字信号便于存储，现在流行的CD、MP3唱盘，VCD、DVD视盘及电脑光盘都是用数字信号来存储的信息。此外，数字通信还可以兼容电话、电报、数据和图像等多类信息的传送，能在同一条线路上传送电话、有线电视、多媒体等多种信息。数字信号还便于加密和纠错，具有较强的保密性和可靠性。

由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多；在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。

在数字电路中，数字信号只有0、1两个状态，它的值是通过中央值来判断的，在中央值以下规定为0，以上规定为1，所以即使混入了其他干扰信号，只要干扰信号的值不超过阈值范围，就可以再现出原来的信号。即使因干扰信号的值超过阈值范围而出现了误码，只要采用一定的编码技术，也很容易将出错的信号检测出来并加以纠正因此，与模拟信号相比，数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力，更远的传输距离，且失真幅度小。

数字信号在传输过程中不仅具有较高的抗干扰性，还可以通过压缩，占用较少的带宽，实现在相同的带宽内传输更多、更高视频等数字信号的效果。此外，数字信号还可用半导体存储器来存储，并可直接用于计算机处理。若将电话、传真、电视所处理的图像、文本、视频等数据及其他各种不同形式的信号都转换成数字脉冲来传输，还有利于组成统一的通信网，实现今天各界人士和电信工业者们极力推崇的综合业务数字网络(IS-DN)。从而为人们提供全新的，更灵活、更方便的服务。正因为数字信号具有上述突出的优点，它正在迅速而且已经取得了十分广泛的应用。

模拟信号和数字信号的区别

模拟信号和数字信号的最主要的区别是：数字信号是离散的，而模拟信号是连续的。

模拟信号是用一系列连续变化的电磁波或电压信号来表示；数字信号是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。

数字信号只有“0”和“1”两种状态，摸拟信号则可以是任意数值状态

数字信号是数字化的，在计算机系统中，CPU只认识“0”和“1”两个数字，所以数字信号需要由“0”和“1”构成的二制数来表示。而摸拟信号则是连续变化的物理量，它的频率、幅度、相位都可以随着时间连续的变化。