《信息科学技术导论》课件05 信息处理.ppt

1、23.5.221需要特别关注的问题需要特别关注的问题1，什么是信息处理？，什么是信息处理？2，为什么需要信息处理？，为什么需要信息处理？3，有哪些重要的信息处理方法？，有哪些重要的信息处理方法？4，信息处理的一般原理是什么？，信息处理的一般原理是什么？23.5.222什么是信息处理？什么是信息处理？笼统地说，为了一定目的而对信息进行的任何合理操作笼统地说，为了一定目的而对信息进行的任何合理操作都称为信息处理。都称为信息处理。值得注意的是，信息要由信号来表示，信号是携带信息值得注意的是，信息要由信号来表示，信号是携带信息的载体。对信息的处理通常会涉及到信号载体；同样，对信的载体。对信息的处理通常

2、会涉及到信号载体；同样，对信号的处理也可能涉及到它所携带的信息。号的处理也可能涉及到它所携带的信息。因此，更确切地说，以信息为目标的处理（即使这种处因此，更确切地说，以信息为目标的处理（即使这种处理会涉及到信号）称为信息处理；以信号为目标的处理（即理会涉及到信号）称为信息处理；以信号为目标的处理（即使这种处理会涉及到信息）则称为信号处理。使这种处理会涉及到信息）则称为信号处理。23.5.223为什么需要信息处理？为什么需要信息处理？直接的目的是使信息更便于被利用；进一步的目的是希望直接的目的是使信息更便于被利用；进一步的目的是希望从信息提炼知识和解决问题的策略。从信息提炼知识和解决问题的策略。

3、按照信息处理的深度和处理的目标，信息处理可以分为三按照信息处理的深度和处理的目标，信息处理可以分为三个深浅不同的层次：个深浅不同的层次：（1）预处理（计算机）预处理（计算机）（2）由信息提炼知识（人工智能）由信息提炼知识（人工智能）（3）由知识和目标制定策略（人工智能）由知识和目标制定策略（人工智能）23.5.224信息处理在信息过程中的地位信息处理在信息过程中的地位信息传递信息传递通信通信信息处理信息处理计算计算策略传递策略传递通信通信策略执行策略执行控制控制信息获取信息获取传感传感信息源信息源-宿宿外部世界外部世界知识生成知识生成人工智能人工智能策略制定策略制定人工智能人工智能认识世界认识

4、世界改造世界改造世界信号特性信号特性 信号通常是以电信号的形式反映信息的各种物理量。电信号通常是时间变量t的函数。信号随时间变化的函数曲线称为信号的波形。信号的特性可从三方面来描述：时域特性 频域特性 空域特性时域特性时域特性信号的形式持续时间的长短随时间变化的快慢和大小重复周期空域特性空域特性:信号幅度、相位在空间位置的分布范围边界轮廓形态频域特性频域特性频率结构频谱的宽度频率成分的强度分度示例：时域特性示例：时域特性常见人体生理信号常见人体生理信号:EEG(脑电脑电)ECG(心电心电)示例：时域特性火车鸣笛信号示例：时域特性一段语音信号信号时域与频域描述示例心电信号及其频谱心电信号及其频谱

5、 语音信号时域波形及其频谱语音信号时域波形及其频谱 土星多光谱图像及其土星多光谱图像及其2 2维频谱维频谱 空域图像空域图像频域描述频域描述信号时域与频域描述示例为什么进行信号处理为什么进行信号处理 信号被淹没在噪声里；信号被淹没在噪声里；信号与干扰混合在一起；信号与干扰混合在一起；要从信号中提取有用特征（谱分析）；要从信号中提取有用特征（谱分析）；将信号构建成易于有效传输的形将信号构建成易于有效传输的形式式为什么进行数字信号处理为什么进行数字信号处理（1）计算机操作的是二进制数码信号）计算机操作的是二进制数码信号二进制数码的信号波形二进制数码的信号波形（2）只有数字信号才能精确表示物理量）只

6、有数字信号才能精确表示物理量模拟万用表模拟万用表模拟量根模拟量根据表的指据表的指针读数，针读数，一般只能一般只能精确到三精确到三位数。位数。数字万用表数字万用表二进制数字可表二进制数字可表示物理量所要求示物理量所要求的精度。目前可的精度。目前可精确到精确到10位数以位数以上（对应采用上（对应采用32位二进制数码表位二进制数码表示一个数值）。示一个数值）。逻辑电路有两个状态，分别对应逻辑电路有两个状态，分别对应“1”和和“0”，计算机通过逻辑电路实现运算。，计算机通过逻辑电路实现运算。二进数二进数码波形码波形实际信号波形实际信号波形受干扰后受干扰后的波形的波形定时信号定时信号再生信号再生信号为什

7、么进行数字信号处理为什么进行数字信号处理（3）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响受干扰后的信号经再生受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。定时判决可正确恢复。3、Why digital signal processing?（续2）（4）数字信号可采用时间复用提高传输效率）数字信号可采用时间复用提高传输效率例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传通道内，可以同时传48路数字电视节目（这涉及较路数字电视节目（这涉及较多概念，在多概念，在通信原理通信原理课程中会详细讲授）。课程中会详细

8、讲授）。（5）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方便，体积小，）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方便，体积小，重量轻重量轻数字电路数字电路高频模拟电路高频模拟电路模拟与数字信号示例1:模拟与数字信号示例2:模拟与数字信号示例3:数字化优点数字化优点性能稳定、性能稳定、生产方便生产方便（五）（五）便于计算机便于计算机操作操作（一）（一）传输效率传输效率高高（四）（四）抗干扰抗干扰能力强能力强（三）（三）精确表示精确表示物理量物理量（二）（二）为什么进行数字信号处理为什么进行数字信号处理23.5.2225信号预处理信号预处理 信息的预处理包括：信息的预处理包括：信号信号处理。例如：处理。

9、例如：-有效性编码（为了提高信号含信率但不改变信息）；有效性编码（为了提高信号含信率但不改变信息）；-可靠性编码（为了提高信号抗扰力但不改变信息）；可靠性编码（为了提高信号抗扰力但不改变信息）；-调制（为了频谱迁移和提高信号能量效率）；调制（为了频谱迁移和提高信号能量效率）；-安全性编码（安全性编码（为了保护信息而不改变信息）；为了保护信息而不改变信息）；-滤波（为了节约频带和减少噪声）；滤波（为了节约频带和减少噪声）；-放大（为了使信号不被噪声淹没）；放大（为了使信号不被噪声淹没）；23.5.2226信息的预处理信息的预处理 信息的预处理包括：信息的预处理包括：浅层信息浅层信息处理。处理。浅

10、层信息处理（浅层信息处理（基于语法信息基于语法信息）的例子包括：）的例子包括：-对信息进行分类（模式分类）；对信息进行分类（模式分类）；-对信息进行排序（也是一种分类）对信息进行排序（也是一种分类）；-压缩信息（消除次要信息，提高信息效率）压缩信息（消除次要信息，提高信息效率）；-计算信息的参数（以便有效地表示信息）计算信息的参数（以便有效地表示信息）；-提取信息的特征（以便更有效地识别信息）。提取信息的特征（以便更有效地识别信息）。23.5.2227 深层信息处理（智能信息处理）之一深层信息处理（智能信息处理）之一 由信息生成知识由信息生成知识举例：由信息样本归纳概念（知识的基元）举例：由信

11、息样本归纳概念（知识的基元）大规模大规模信息样本库信息样本库 信息处理的信息处理的 归纳算法归纳算法概念概念23.5.2228由信息生成知识的算法由信息生成知识的算法例：由信息样本归纳概念（知识的基元）例：由信息样本归纳概念（知识的基元）（1）给定信息样本给定信息样本 x(1),提取它的特征提取它的特征 f(1);（2）给定信息样本给定信息样本 x(2),提取特征提取特征 f(2)，检验检验 f(2):若若 f(2)=f(1)，则，则保留保留 x(2)；否则，丢弃否则，丢弃 x(2);（3）给定信息样本给定信息样本 x(n),重复步骤重复步骤2 2的做法的做法;（4）当当 n 足够大时足够大时

12、,必存在某个正整数必存在某个正整数 k n 使得使得 k 个样本特征个样本特征 f(1)=f(k)=f(x);（5）这这 k 个信息样本（特征均为个信息样本（特征均为 f(x)）形成一个特殊集合）形成一个特殊集合,称为称为概念概念。其中其中 f f(x)就是这个概念的内涵，而所有这就是这个概念的内涵，而所有这 k 个样本则是它的外延。个样本则是它的外延。23.5.2229 深层信息处理（智能信息处理）之二深层信息处理（智能信息处理）之二 由知识制定策略由知识制定策略知识库知识库目标目标知识知识信息处理的信息处理的 演绎算法演绎算法问题问题策略策略例：深蓝计算机（国际象棋弈棋机）例：深蓝计算机（

13、国际象棋弈棋机）物联网：深层信息处理（人工智能）的应用之一物联网：深层信息处理（人工智能）的应用之一23.5.223023.5.2230 问题问题-目标目标 传感传感 计算计算计算计算控制控制 通信通信 通信通信 知识库知识库计算决策计算决策 智能决策智能决策 智能控制智能控制智能机器人：深层信息处理（人工智能）典型应用智能机器人：深层信息处理（人工智能）典型应用23.5.2231 问题问题在目标引导下在目标引导下 制定策略制定策略解决问题解决问题 的行动的行动知识库知识库面临面临问题问题检索检索知识知识理解理解问题问题获得获得知识知识23.5.2232信号处理与信息处理的关系信号处理与信息处

14、理的关系操作对象操作对象侧重侧重处理方式处理方式目的目的信号处理基于波形对信号操作形式波形常规处理提高效率提高信噪比等性能信息处理基于内容对信息操作内容意义智能处理学习功能获取知识获得智能23.5.2233常规信息处理与智能信息处理的关系常规信息处理与智能信息处理的关系模式模式输入输入输出输出分类分类举例举例1信号信号常规信息处理（信号处理）滤波，放大2信号信息检测，分类，估计3信息信息编码，压缩4信息知识识别，融合，神经网络，推理系统5知识智能智能信息处理智能决策，智能机23.5.2234信息处理的一般原理信息处理的一般原理1，任何信息处理都必须具有明确的目的，否则将无所遵循。，任何信息处理

15、都必须具有明确的目的，否则将无所遵循。2，信号处理的目的是为了改进信号的特性；不涉及或很少，信号处理的目的是为了改进信号的特性；不涉及或很少 涉及信息的改变。涉及信息的改变。3，浅层信息处理的目的是使信息更便于利用，通常是在语法，浅层信息处理的目的是使信息更便于利用，通常是在语法 信息层次上所进行的处理。信息层次上所进行的处理。4，深层信息处理的目的是要把信息转换为知识和解决问题的，深层信息处理的目的是要把信息转换为知识和解决问题的 智能策略，因此需要全信息和相关知识的支持。智能策略，因此需要全信息和相关知识的支持。本章思考题本章思考题1，什么是信息处理？，什么是信息处理？2，为什么需要信息处理？，为什么需要信息处理？3，什么是深层信息处理？它和浅层信息处理有什么区别？，什么是深层信息处理？它和浅层信息处理有什么区别？4，怎样才能从信息中提炼出知识？，怎样才能从信息中提炼出知识？5，怎样由知识制定策略？，怎样由知识制定策略？