电子信息工程概论.ppt

1信息工程学科导论信息工程学科导论II电气与新能源学院电子工程系主讲：万钧力2一、“导论”课背景二、“导论”课的教学内容与教学思想三、电子信息工程专业规范第一讲、导论课与专业规范3一“导论”课背景1，学生的困惑2，当前的“导论”课状况3，电子信息科学技术的发展导致专业融合4，电子信息科学技术的学科领域交叉5，学科领域与产业的交叉6,“导论”课的教学目标45678910111213141516二、“导论”课的教学内容与教学思想1，学科定位2，主要知识领域定位3，以知识领域为背景侧重介绍应用4，介绍未来的发展走向171819202122三、电子信息科学与工程类本科专业指导性专业规范(试行)1、专业规范研制背景和指导思想2、电子信息科学与工程类专业的历史和现状3、电子信息工程的知识结构体系231、专业规范研制背景和指导思想u教育部立项研究课题。教育部立项研究课题。u20102010年年8 8月正式出版。月正式出版。u涵盖电子信息工程（电子信息科学与涵盖电子信息工程（电子信息科学与技术）和通信工程两个本科指导性专技术）和通信工程两个本科指导性专业规范。业规范。u为不同类型学校的相关专业建立自己为不同类型学校的相关专业建立自己的课程体系提供指导。的课程体系提供指导。242、电子信息科学与工程类专业的历史和现状1998年年电子信息工程子信息工程专业在国家指在国家指导下，将原来的十一个下，将原来的十一个专业合并合并为一个一个专业：电子工程、子工程、应用用电子技子技术、信息工程、信息工程、电磁磁场与微波技与微波技术、广、广播播电视工程、工程、电子信息工程、无子信息工程、无线电技技术与信息技与信息技术、电子与子与信息技信息技术、摄影影测量与遥感（部分）、公共安全量与遥感（部分）、公共安全图像技像技术n原来由理科院校的无原来由理科院校的无线电物理学、物理学、电子学与信息系子学与信息系统和信息与和信息与电子科学等子科学等专业调整而来的整而来的电子信息科学与技子信息科学与技术已已经淡化了理淡化了理工的差工的差别，而通信工程和（，而通信工程和（电子）信息工程的子）信息工程的专业内涵相互交内涵相互交融，通信工程融，通信工程侧重于通信系重于通信系统和网和网络方面的技方面的技术，电子信息工子信息工程程则更更侧重于信息系重于信息系统方面的技方面的技术。n电电子信息工程与通信工程、子信息工程与通信工程、电电子信息科学与技子信息科学与技术术是是紧紧密密结结合的，合的，具有很具有很强强的共源性和相互依的共源性和相互依赖赖性。性。253、电子信息工程的知识结构体系综综合合教教育育课课程程专业方向课程专业方向课程学科基础平台课程学科基础平台课程通识教育课程通识教育课程专业知识结构体系三个平台专业知识结构体系三个平台263、电子信息工程的知识结构体系n规范了学科基础的知识领域和核心知识单元，对“电磁场与电磁波”等知识单元明确为核心知识单元。n给出了相关知识领域的可选知识单元，供各校选择。n对于核心知识单元给出了他们的基本知识点和可选知识点。学科基础学科基础273、电子信息工程的知识结构体系计算机计算机知识领域知识领域电磁场电磁场知识领域知识领域学科基础知识结构体系学科基础知识结构体系信号系统与控制信号系统与控制知识领域知识领域电路与电子学电路与电子学知识领域知识领域电路分析基础电路分析基础模拟电子技术模拟电子技术数字电路与数字逻辑数字电路与数字逻辑通信电子线路通信电子线路VLSI设计基础设计基础专用集成电路设计专用集成电路设计信号与系统信号与系统自动控制原理自动控制原理数字信号处理数字信号处理随机信号处理随机信号处理计算机基础计算机基础数字电路与数字逻辑数字电路与数字逻辑微机原理与微机原理与接口技术接口技术计算机组成原理计算机组成原理计算机网络计算机网络电磁场与电磁波电磁场与电磁波电磁波工程电磁波工程学科基础知识结构体系283、电子信息工程的知识结构体系电路分析基础电路分析基础电路分析基础电路分析基础模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术专用集成专用集成专用集成专用集成电路设计电路设计电路设计电路设计通信通信通信通信电子电路电子电路电子电路电子电路VLSIVLSIVLSIVLSI设计基础设计基础设计基础设计基础微波电路微波电路微波电路微波电路数字电路与数字逻辑数字电路与数字逻辑数字电路与数字逻辑数字电路与数字逻辑电路与电子学知识领域电路与电子学知识领域 293、电子信息工程的知识结构体系信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统自动控制原理自动控制原理自动控制原理自动控制原理数字信号处理数字信号处理数字信号处理数字信号处理随机信号处理随机信号处理随机信号处理随机信号处理信号系统与控制知识领域信号系统与控制知识领域信号系统与控制知识领域信号系统与控制知识领域信息论基础信息论基础信息论基础信息论基础303、电子信息工程的知识结构体系电磁场与电磁波电磁场与电磁波电磁场与电磁波电磁场与电磁波微波网络微波网络微波网络微波网络天线技术天线技术天线技术天线技术电磁波工电磁波工电磁波工电磁波工程程程程微波电路与器微波电路与器微波电路与器微波电路与器件件件件电磁场理论知识领域电磁场理论知识领域313、电子信息工程的知识结构体系计算机基础计算机基础计算机基础计算机基础（理工科通识教育）（理工科通识教育）（理工科通识教育）（理工科通识教育）数字电路与数字数字电路与数字数字电路与数字数字电路与数字逻辑逻辑逻辑逻辑微机原理与接口技术微机原理与接口技术微机原理与接口技术微机原理与接口技术操作系统操作系统操作系统操作系统计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理单片机与嵌入式系单片机与嵌入式系单片机与嵌入式系单片机与嵌入式系统统统统数据库数据库数据库数据库计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络DSPDSPDSPDSP处理器处理器处理器处理器数据结构数据结构数据结构数据结构计算机知识领域计算机知识领域计算机知识领域计算机知识领域323、电子信息工程的知识结构体系n规范了学科基础实验的基本内容和可选内容。给规范了学科基础实验的基本内容和可选内容。给出了最低学时要求。出了最低学时要求。n给出了工程设计实验的要求。应用两个以上知识给出了工程设计实验的要求。应用两个以上知识单元的相关知识，设计一个具有一定功能的电子单元的相关知识，设计一个具有一定功能的电子系统。要求至少系统。要求至少3 3学分。给出工程设计实验的参考学分。给出工程设计实验的参考实例。实例。n明确创新训练为自主教育的重要组成部分，包括明确创新训练为自主教育的重要组成部分，包括参加各类学科竞赛，如数学建模、电子设计竞赛、参加各类学科竞赛，如数学建模、电子设计竞赛、EDAEDA竞赛、挑战杯竞赛等课外活动。竞赛、挑战杯竞赛等课外活动。实践环节实践环节333、电子信息工程的知识结构体系竞竞赛赛创创新新训训练练等等实践教育所属知识领域实践教育所属知识领域实验单元或环节实验单元或环节技能点技能点实践教学知识结构体系实践教学知识结构体系343、电子信息工程的知识结构体系毕业设计毕业设计(论文论文)基本规范基本规范n在毕业设计（论文）的选题要求在毕业设计（论文）的选题要求。选题范围选题范围、选题内容选题内容、任务书、任务书n毕业设计（论文）的主要环节要求毕业设计（论文）的主要环节要求。选题选题、开题报告、开题报告、中期检查中期检查、撰写毕业设计报告（论文）撰写毕业设计报告（论文）、评阅、评阅、答辩答辩n毕业设计（论文）相关文档毕业设计（论文）相关文档。毕业设计报告、任务书、开题报告和中期检查材料、评阅毕业设计报告、任务书、开题报告和中期检查材料、评阅和答辩材料以及成绩。和答辩材料以及成绩。n毕业设计的时间和学分要求毕业设计的时间和学分要求。至少为至少为8 8周，学分不得低于周，学分不得低于8 8学分。学分。353、电子信息工程的知识结构体系n给出了十二个典型的专业方向：信号与信息处理、给出了十二个典型的专业方向：信号与信息处理、通信工程、多媒体信息处理、雷达系统、光信息通信工程、多媒体信息处理、雷达系统、光信息处理、测控系统、导航系统、微电子电路系统、处理、测控系统、导航系统、微电子电路系统、广播电视工程、网络工程、信息安全、电子测量。广播电视工程、网络工程、信息安全、电子测量。n对信号与信息处理和通信工程两个专业方向给出对信号与信息处理和通信工程两个专业方向给出了知识体系描述了知识体系描述 ，包括核心知识单元和知识点。，包括核心知识单元和知识点。专业方向知识体系专业方向知识体系 363、电子信息工程的知识结构体系专业方向知识体系专业方向知识体系 信号与信息处理专业方向信号与信息处理专业方向图像处理图像处理语音信号处理语音信号处理数字信号处理器数字信号处理器数字信号处理数字信号处理随机信号处理随机信号处理信息论基础信息论基础37思考题根据自己对本专业的认识，结合本科人才培养方案，构建自己的专业知识结构体系38第二讲、专业技术与应用一、信息技术慨述二、主要的信息技术三、信息技术应用与信息产业39一、信息技术慨述1、信息科学技、信息科学技术的分的分类2、电子信息技子信息技术的内涵的内涵3、电子信息技子信息技术体系体系401、信息科学技术的分类（一），按（一），按结构构层次分次分类信息科学技术按结构层次可分为三大类:1)信息基信息基础技技术主要包括新材料新能源、新器件的开发或制造技术，它是整个信息技术的基础。具体有:微电子技术:如集成电路设计、集成电路制造技术:光子技术:如光材料、光器件、光学系统的开发和制造技术光电子技术:如硅半导体材料、金属氧化物、半导体材料，砷化嫁材料的开发和利用技术，半导体光电器件的开发利用技术。411、信息科学技术的分类2)信息系信息系统技技术即有关信获取、传递、处理和控制技术。具体有:信信获取技术:如传感技术、检测技术等;信息处理技术：机算机软件和硬件技术:信息传输技术:网络通信技术、微波通信技术、卫;星通信技术:信息控制技术:如反馈控制技术、现代控制技术。3)信息信息应用技用技术即有关信息的实际应用技术，即指信息管理、信息控制、信息决策等社会信息应用技术，如：办公自动化、企业管理自动化、电子商务、电子政务等。421、信息科学技术的分类（二）、按（二）、按应用用领域分域分类信息科学技术按其应用领域可分为两类，即社会信息科学技术和自然信息科学技术，前者称之为管理信息系统，后者称之为工程信息系统。（1）管理信息系管理信息系管理信息系管理信息系统统管理信息系统是指根据社会信息实施科学管理的信息系统。它是管理科学、系统科学、计算机科学等组合起来的新的边缘科学，它能帮助人们实测国民经济部门或企业的运行情况，能利用过去和现在的信息，预测未来的发展或变化，能从全局出发辅助决策，能利用信息控制国民经济部门或企业的活动，帮助其实现规划目标。管理信息系统一般都由信息数据的输入、输出、传输、存储和加工、处理四部分组成。431、信息科学技术的分类(2),工程信息系工程信息系工程信息系工程信息系统统工程信息系统这里指的是面对自然科学领域的工程信息系统。它是由工程科学、系统科学和计算机科学等组合构成的交叉学科，由于信息科学技术的高速发展，目前工程信息系统分支甚多，如电子信息工程、通信工程、电气工程、自动化、光电工程、生物工程、现场控制、现代检测等等。工程信息系统的发展，帮助人们更好地认识世界和改造世界，推动人类社会的进步。工程信息系统由四大部分组成:感测技术:即以传感器为感觉器官的现代检测技术:通信技术:即以计算机网络、电话、电视和卫星为通信工具的信息传输技术:处理技术:即以机算机为核心的智能信息加工处理技术;控制技术:即以控制器，调节器为执行机构的反馈自动控制技术。442、电子信息技术的内涵、电子信息技术的内涵 以信息技术为灵魂的电子技术以信息技术为灵魂的电子技术 电子技术电子技术 信息技术信息技术 以电子技术为实现方法的信息技术以电子技术为实现方法的信息技术 具有广泛应用领域的工程技术具有广泛应用领域的工程技术 45 其归属：技术科学和应用科学。其归属：技术科学和应用科学。电子信息技术是研究开发、设电子信息技术是研究开发、设计、生产、维护和管理电子信息产品计、生产、维护和管理电子信息产品和系统的理论与技术；也是工业实现和系统的理论与技术；也是工业实现信息化的技术。信息化的技术。电子信息技术的定义：电子信息技术的定义：2 2、电子信息技术的内涵、电子信息技术的内涵462、电子信息技术的内涵、电子信息技术的内涵 基本基本基本基本电子电子电子电子技术技术技术技术 信号与系统观察技术：电子测量技术信号与系统观察技术：电子测量技术信号与系统观察技术：电子测量技术信号与系统观察技术：电子测量技术 EDAEDA技术：技术：技术：技术：仿真分析与设计技术仿真分析与设计技术仿真分析与设计技术仿真分析与设计技术模拟电路设计与调试模拟电路设计与调试模拟电路设计与调试模拟电路设计与调试数字电路设计与调试（包括数字电路设计与调试（包括数字电路设计与调试（包括数字电路设计与调试（包括FPGAFPGA）嵌入式系统应用设计与调试（包括嵌入式系统应用设计与调试（包括嵌入式系统应用设计与调试（包括嵌入式系统应用设计与调试（包括FPGAFPGA）数字信号处理应用设计与调试数字信号处理应用设计与调试数字信号处理应用设计与调试数字信号处理应用设计与调试应用算法设计与调试应用算法设计与调试应用算法设计与调试应用算法设计与调试ICIC应用设计与调试应用设计与调试应用设计与调试应用设计与调试不同应用背景下专门不同应用背景下专门不同应用背景下专门不同应用背景下专门电子电子电子电子技术技术技术技术473、电子信息技术体系、电子信息技术体系48二、主要的信息技术1、信息获取、信息获取2、信息传输、信息传输3、信息处理、信息处理4、信息存储、信息存储5、信息利用、信息利用491 1、信息获取、信息获取1 1）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。语音获取方法语音获取方法获取的语音波形获取的语音波形4 4磁体磁体线圈线圈纸盒纸盒送话器送话器501 1、信息获取、信息获取2 2）图像信息获取方法：光电摄像、）图像信息获取方法：光电摄像、CCDCCD成像、红外成像、微波成成像、红外成像、微波成 像、像、X X光医学图像等。光医学图像等。光电摄像管光电摄像管CCDCCD成像器件成像器件多多光光谱谱地地面面成成像像照照片片X X光光医医学学图图像像511 1、信息获取、信息获取3 3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器流量传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。传感器是将物理参数变成电信号。522 2、信息传输、信息传输通信系统的模型通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像消息：指语音、文字、数据或图像非电信号非电信号535 52 2、信息传输、信息传输单工单工双工双工通信系统类型通信系统类型半双工半双工无无线线集集群群通通信信固固定定电电话话移移动动电电话话广广播播电电视视注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利用注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利用上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联网有类似情况。上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联网有类似情况。54信息传输的主要理论信息传输的主要理论编码理论编码理论调制理论调制理论检测理论检测理论在大学在大学“通信原通信原理理”课程中讲授课程中讲授信息传输的其他课程信息传输的其他课程详见详见通信通信工程工程专业专业教学教学计划计划提示：信息传输的理论和技术在提示：信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占有很大比电子信息科学技术中占有很大比重，但有待优化。重，但有待优化。移动通信移动通信锁相技术锁相技术程控交换程控交换通信系统通信系统通信网通信网微波技术及微波技术及天线天线通信软件通信软件数字视频技数字视频技术术通信系统仿通信系统仿真（等）真（等）电视原理电视原理2 2、信息传输、信息传输55语音信息处理语音信息处理语音数据压缩语音数据压缩语音识别语音识别语音合成语音合成主要用于智能机器人、翻译机主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等和智能玩具等从从6464千比千比/秒（固定电话）己降至秒（固定电话）己降至1.2kbit/s1.2kbit/s（CDMACDMA移动电话）移动电话）数字图像处理数字图像处理图像数据压缩图像数据压缩图像增强图像增强图像复原图像复原图像重建图像重建图像分割图像分割主要用于机器视觉、工业生产监主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源控、公安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等。（详见第十二章）害评估等等。（详见第十二章）评：数字图像处理技术己应用十评：数字图像处理技术己应用十分广泛！分广泛！3 3、信息处理、信息处理56印刷体汉字识别印刷体汉字识别汉字识别汉字识别联机手写体联机手写体汉字识别汉字识别脱机手写体脱机手写体汉字识别汉字识别手写体汉字识别手写体汉字识别尚在发展中。尚在发展中。用于手机、计用于手机、计算机汉字输入。算机汉字输入。已较成熟。已较成熟。语义识别（自然语言语义识别（自然语言处理、自然语言理解）处理、自然语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。机。正迅速发展。3 3、信息处理、信息处理57信息处理相关信息处理相关课程课程数字图像处理数字图像处理数字语音处理数字语音处理模式识别与人工模式识别与人工智能智能自然语言理解自然语言理解涉涉及及研研究究生生课课程程3 3、信息处理、信息处理584 4、信息存储、信息存储硬盘硬盘光盘光盘闪存闪存/SD/SD卡卡1.51.5英寸英寸摄像机中使用。摄像机中使用。2.52.5英寸英寸笔记本电脑使用。笔记本电脑使用。3.53.5英寸英寸台式机使台式机使用。主流硬盘容量为用。主流硬盘容量为120120500GB500GB，已有，已有1000GB1000GB产品。产品。DVDDVD容量：容量：4.78.3GB4.78.3GB纳米存储器纳米存储器容量可达容量可达16GB16GB（USBUSB移动存储器）、移动存储器）、SDSD卡容量更大。卡容量更大。2121世纪新的存储器件（正大力研究）世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储器件信息存储器件硬盘硬盘光盘光盘USBUSB闪存、闪存、SDSD卡卡4 45 5SD594 45 5、信息利用、信息利用信息利用能力：信息利用能力：信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人 们的周围。是否善于利用外部信息资源，对外部们的周围。是否善于利用外部信息资源，对外部 信息的利用效率与质量，反映了一个人的信息利信息的利用效率与质量，反映了一个人的信息利 用能力，它决定了一个人的发展空间与成就大小。用能力，它决定了一个人的发展空间与成就大小。网络时代：网络时代：给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优 越条件。网络信息检索是介绍从网络中获取信息越条件。网络信息检索是介绍从网络中获取信息 的方法。的方法。信息利用领域：信息利用领域：电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、各类信息服务业等。影视制作、各类信息服务业等。60三、信息技术应用与信息产业1 1、电子信息子信息产业及与学科之及与学科之间的关系的关系2 2、信号与信息、信号与信息处理技理技术的主要的主要应用用领域域3 3、信息、信息处理的理的应用用举例例4 4、工、工业信息化的重点行信息化的重点行业5 5、电子信息子信息产业是吸是吸纳就就业的重要行的重要行业61计算机硬件计算机硬件曙光超级曙光超级曙光超级曙光超级计算机计算机计算机计算机笔记本电脑笔记本电脑微电子产业微电子产业半导体材料半导体材料集成电路集成电路集成电路集成电路生产装备生产装备固定通信固定通信移动通信移动通信软件产业软件产业通用软件通用软件专业软件专业软件互联网产品互联网产品数字家电产业数字家电产业光电子产业光电子产业电视机电视机摄相机摄相机DVD播放机播放机光网络光网络光纤光缆光纤光缆光设备光设备光存储介质光存储介质激光照明激光照明路由器路由器交换机交换机网卡网卡调制解调器调制解调器集线器集线器信息服务业信息服务业通信产业通信产业卫卫星星通通信信微波通信微波通信信息检索、电子信息检索、电子商务和娱乐等商务和娱乐等1 1、电子信息产业及与学科之间的关系、电子信息产业及与学科之间的关系（一）产业分类（一）产业分类62微电子产业微电子产业通信产业通信产业（含专业软件）（含专业软件）计算机硬件产业计算机硬件产业软件产业软件产业数字家电产业数字家电产业互联网产品互联网产品光电子产业光电子产业信息服务业信息服务业电子科学与技术电子科学与技术信息与通信工程信息与通信工程计算机科学与技术计算机科学与技术光学工程光学工程数字媒体技术数字媒体技术（新专业（新专业）控控制制科科学学与与工工程程（二）产业与学科的对应关系（二）产业与学科的对应关系学科学科产业产业对应对应1 1、电子信息产业及与学科之间的关系、电子信息产业及与学科之间的关系632 2、信号与信息处理技术的主要应用领域、信号与信息处理技术的主要应用领域 643、信息处理的应用举例语音信息处理:语音识别与理解等文字理解：手写识别，机器翻译等中文信息处理：中文语音识别，语音控制打印机，机器主持等音乐信息处理：音视音乐编辑，音乐压缩等视觉信息处理：机器视觉，战场监视等雷达信息处理：目标检测与自动目标识别多媒体信息处理：多媒体视、听、触机器人系统等65内含信息处理的设备:依次为歼10，神六发射过程，月球车，GPS定位装置，医用CT，潜水艇，手机，摄象机和数码相机。66信息化重点行业信息化重点行业信息化重点行业信息化重点行业4 4、工业信息化的重点行业、工业信息化的重点行业数控机床数控机床数控机床数控机床大大提高机床大大提高机床的效能，加工的效能，加工结构复杂、精结构复杂、精度要求高的零度要求高的零件，件，汽车电子汽车电子汽车电子汽车电子每台汽车电子产每台汽车电子产品占汽车成本的品占汽车成本的比例：高档轿车比例：高档轿车将达到将达到50%50%。含。含硬件、嵌入式软硬件、嵌入式软件平台等。件平台等。石油化工石油化工石油化工石油化工智能仪表、化工智能仪表、化工测量分析软件、测量分析软件、生产执行动态信生产执行动态信息网络等有机组息网络等有机组合，构成智能化合，构成智能化生产整体。生产整体。电力行业电力行业电力行业电力行业在线检测仪表、在线检测仪表、人工智能、机器人工智能、机器人、综合管理控人、综合管理控制进一步实现全制进一步实现全工序无人化自动工序无人化自动化生产。化生产。电子信息技术电子信息技术67冶金工业冶金工业冶金工业冶金工业在线检测仪表、在线检测仪表、人工智能、机人工智能、机器人、综合管器人、综合管理控制等，进理控制等，进一步实现全工一步实现全工序无人化自动序无人化自动化生产。化生产。煤炭行业煤炭行业煤炭行业煤炭行业网络通信和传感网络通信和传感器和检测技术实器和检测技术实现瓦斯监控、顶现瓦斯监控、顶板压力监测、井板压力监测、井下煤炭运输系统下煤炭运输系统监控、温度监控、监控、温度监控、有害气体监控等。有害气体监控等。纺织行业纺织行业纺织行业纺织行业应用电子信息技应用电子信息技术，使生产自动术，使生产自动化、智能化和提化、智能化和提高生产装备的可高生产装备的可靠性靠性装备制造业装备制造业装备制造业装备制造业计算机辅助设计和辅助计算机辅助设计和辅助制造技术向网络化制造制造技术向网络化制造发展。建模与仿真的虚发展。建模与仿真的虚拟设计制造实现大型铸、拟设计制造实现大型铸、锻、焊及热处理模拟仿锻、焊及热处理模拟仿真，加快制造进程，提真，加快制造进程，提高产品质量。高产品质量。电子信息技术电子信息技术4 4、工业信息化的重点行业、工业信息化的重点行业685 5、电子信息产业是吸纳就业的重要行业、电子信息产业是吸纳就业的重要行业随着国民经济和社会信息化水平的逐步提高，电随着国民经济和社会信息化水平的逐步提高，电子信息产业对促进就业贡献日益突出。子信息产业对促进就业贡献日益突出。2008年年2001年年2008年新增年新增就业约就业约55万万人，占全国城人，占全国城镇新增就业人镇新增就业人数的数的1/20。69思考题列出两项具体的电子信息技术说明该技术的基本内容及其应用70第三讲 专业知识与课程一、一、电子系子系统的信号的信号二、信息二、信息处理理三、三、专业课71一、电子系统的信号一、电子系统的信号1、信号与信息、信号与信息广义地说，信息就是消息。信号是信息的信号是信息的载载体，信息是消息的内容与本体，信息是消息的内容与本质质。信息是传输或处理的对象，是包含在信号中的内容或意义，是对信号的不确定性的度量。听到的声音，看到的景象、照片、表格、文本，闻到的气味，承受的压力，测量到的身高、血压，地震仪记录的波形等等，都可称为信号信号电子方式的信号子方式的信号容易产生、存储、处理、变换、传输、控制与显示等72我们常常见的信号的信号包括：测量或记录的数据、波形、图像、文本、图形、声音、视频，以及人工由计算机等产生的数据、图像等。当把它们表示成二进制的01数码时，又可直接称为信息。因此就处理、加工而言，信号与信息的传统概念可以用广义的信息概念代替。一切物理的和非物理的、自然的与人工的、精神的与物质的领域都普遍存在着上述定义下的信号或信息。在不需要特别区分时，信息都可泛指来自于各种器件、信息都可泛指来自于各种器件、电路、路、传感器、感器、仪器、系器、系统、计算机、互算机、互连网网络等的等的输出。出。信号的物理意信号的物理意义信号是反映（或载有）信息的各种物理量。例如：语音信号音信号是时间变量t的函数，静静态图象象是空间位置,的函数信号随自变量变化的函数曲线曲面称为信号的波形。1 1、信号与信息、信号与信息73利用不同波长的电磁波与物体的相互作用不同的特性，可获得各种各样的关于对象的多种物理现象的信号,通过分析这些信号可以获得关于对象的更深刻的信息。这就是为什么广泛使用电子电路、电子传感器来探测信号的主要原因。例如:无线电广播使用传输较远、波长较长的电磁波；X光穿透能力强，常用来做医学透视、工业探伤、行李安全检查等。可见光是图像传感器使用的波段，军事上常利用发热物体辐射红外波的特性来探测军事目标。1cm100cm的电磁波具有很好的传输特性，具有全天时全天候探测的能力，广泛使用在雷达系统中。2 2、电磁波信号、电磁波信号74雷电雷电无线广播无线广播移移动动通通信信移动电视移动电视电视广播电视广播雷达辐射雷达辐射卫星广播卫星广播微波炉微波炉电磁环境电磁环境我们生活在电磁波的世界75频段频段HzHz30300k300k3M330M30M300G300G300T波段波段长波长波中波中波短波短波微波微波红外红外电磁波电磁波地波地波地波地波天波天波直射波直射波光波光波信号传送信号传送铜线铜线平行双线平行双线电缆线电缆线电缆电缆波导波导光纤光纤尺寸与波长尺寸与波长l l 铜线、电缆、波导的使用铜线、电缆、波导的使用铜线、电缆、波导的使用已越来越少已越来越少已越来越少（仅限于功率信号传送）。（仅限于功率信号传送）。（仅限于功率信号传送）。大量使用光纤。大量使用光纤。大量使用光纤。电磁波与通信的关系电磁波与通信的关系763、听觉信号：语音语音是人类发音器官发出的具有区别意义功能的声音，它是直接地记录思维活动的符号体系，是语言交际工具的声音形式。图图5-6 5-6 语音信号时域波形及其频谱语音信号时域波形及其频谱 774、视觉信号：图像视觉是人类感知信息的重要手段，图像是视觉的基础，人类感知的信息大约80%是通过视觉图像获得的。因此，图像历来成为心理学、生理学、物理学、电子科学、信息科学和计算机科学等诸多领域内的学者们研究视觉感知的有效工具。不管是小到纳米级的生物分子结构检测，还是大如星球的天文图像的超光谱分析；不管是记录子弹穿越玻璃的超高速摄影，还是模拟缓慢的环境变化过程；不管是直观的自然景象照相，还是抽象的思维脑成象模拟；不管是日常的照相、电视，还是尖端技术的深空探测领域；等等；都与数字图像处理密切相关78左边是嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。左边是嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。右边是第一幅月面图像的飞行效果图。右边是第一幅月面图像的飞行效果图。第一幅月面图像就是我们对月球的直观感受和初步认识。第一幅月面图像就是我们对月球的直观感受和初步认识。4、视觉信号：图像79绘图绘图照片照片照片照片视频图像视频图像电视电影电视电影电视电影电视电影图像的多种形式图像的多种形式4、视觉信号：图像80数字图像（数字图像（Image Image）把把连连续续空空间间的的图图像像，在在坐坐标标空空间间和和性性质质空空间间都都进进行行离离散散化化，便便于于计计算算机机进进行行加加工工处处理理，这这种种离离散散化化的的图图像像就就是是数数字图像。字图像。相对于数字图像，其它的图像都认为是模拟图像。相对于数字图像，其它的图像都认为是模拟图像。数数字字图图像像是是模模拟拟图图像像在在计计算算机机中中的的表表现现形形式式，两两者者之之间可以转换。例如：间可以转换。例如：模拟模拟图像图像数字数字图像图像数字数字图像图像模拟模拟图像图像扫描仪扫描仪打印机打印机4、视觉信号：图像81数字图像与模拟图像相比，有以下几个方面的特点：数字图像与模拟图像相比，有以下几个方面的特点：灵活性方面。对模拟图像处理，只能进行简单的放大、灵活性方面。对模拟图像处理，只能进行简单的放大、缩小等，而数字图像的处理方式非常精确、灵活缩小等，而数字图像的处理方式非常精确、灵活,可以进行变可以进行变形、改变亮度、色度、添加滤镜等效果。形、改变亮度、色度、添加滤镜等效果。传输性方面。模拟图像以实物为载体，传输相对困难，传输性方面。模拟图像以实物为载体，传输相对困难，而数字图像以数字信息为载体，传输相对较快。而数字图像以数字信息为载体，传输相对较快。再现性方面。模拟图像不易保存，时间长了会有所变化；再现性方面。模拟图像不易保存，时间长了会有所变化；而数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变而数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变化。化。观看性方面。数字图像必须借助播放设备才能观看。有观看性方面。数字图像必须借助播放设备才能观看。有些模拟图像需要借助播放设备才能观看，如录像带、电影片等；些模拟图像需要借助播放设备才能观看，如录像带、电影片等；有些不需要借助播放设备就能直接观看，如课本上的图像、照有些不需要借助播放设备就能直接观看，如课本上的图像、照片等，能直接观看。片等，能直接观看。4、视觉信号：图像82（一）计算机操作的是二进制数码信号（一）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（二）只有数字信号才能精确表示物理量（二）只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 1”和和“0 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。5、数字信号83二进数码二进数码波形波形实际信号波形实际信号波形受干扰后的受干扰后的波形波形定时信号定时信号再生信号再生信号（三）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响（三）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。84（四）数字信号可采用时间复用提高传输效率（四）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通道内，可以同时例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传传4848路数字电视节目（由于这涉及较多概念，在路数字电视节目（由于这涉及较多概念，在通信原理通信原理课程中才课程中才会详细讲授）。会详细讲授）。（五）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方（五）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方 便，体积小，重量轻便，体积小，重量轻数字电路数字电路高频模拟电路高频模拟电路85数字化优点数字化优点性性能能稳稳定定、生生产产方方便便（五）（五）便便于于计计算算机机操操作作（一）（一）传传输输效效率率高高（四）（四）抗抗干干扰扰能能力力强强（三）（三）精精确确表表示示物物理理量量（二）（二）86l按确定性划分：确定信号与随机信号l按连续划分：连续时间信号与离散时间信号，模模模模拟拟信号信号信号信号与数字信号数字信号数字信号数字信号l按周期性划分：周期信号与非周期信号l按能量有限性划分：功率有限信号与能量有限信号l按变量维数划分：一维信号、二维信号与多维信号等l按时变性划分：时变与非时变信号；静止与运动图像，视频图像等l按电磁波谱划分：音频信号，光学信号，微波信号，红外信号，可见光信号，超声信号，紫外信号，X与咖玛射线信号等l按应用领域与行业划分：雷达、声纳、电视信号，通信信号，遥感信号，生物医学信号，地震信号等6 6、信号的分类、信号的分类87二、信息处理二、信息处理1 1、信息、信息处理的概念理的概念2 2、信息、信息处理分理分类3 3、信号、信号处理的目的理的目的4 4、常、常规信息信息处理与智能信息理与智能信息处理理5 5、常、常规信息信息处理理6 6、常、常规信息信息处理主要内容与方法理主要内容与方法7 7、智能信息、智能信息处理理8 8、信息、信息处理的理的发展展趋势881、信息处理的概念信息处理的内容十分广泛，包括：放大、去噪、去伪、滤波、排序、分类、聚类、检索、计算、转换、识别、判定、分析、融合、综合等，涉及到信息科学的多个领域，是现代信号处理、人工神经网络、模糊系统理论、进化计算（包括人工智能和知识挖掘）等理论和方法的综合应用。信号处理着重在对原始“消息”即信号在时间和频率域等方面进行的加窗、滤波、相关等加工过程，侧重于波形上采集，降噪，放大或降低，增强，分离等处理。其主要目的是增强信号中的感兴趣部分或削弱信号中的其它部分。信息处理通常是指对获取的“消息”即信号进行自动数据处理即加工，而使其成为有用的信息。侧重对内容的理解，如对音乐的理解与欣赏,与主观有关，与智能有关。892、信息处理分类根据对信息进行处理的深浅程度，由浅入深大致可以分为四类：l 第一类是简单的数据处理l第二类是对信息进行分析、概括和综合l第三类的处理方法是通过应用数学模型，经过复杂的计算和推理之后，产生出决策信息。l第四类处理信息的程度就更深了，需要使用智能理论和技术90l信号增强：放大信号中感兴趣的成分，削弱或去除信号中冗余的和次要的成分（特别是噪声），也就是提高信噪比l特征抽取：把信号变成易于进行分析和识别的形式l编码解码：把信号变成易于传输、交换与存储的形式（编码），或从编码信号中恢复出原始信号（解码）l提高效率：通过先进的计算方法和硬件处理结构提高处理效率，如实时处理3 3、信号处理的目的、信号处理的目的914、常规信息处理与智能信息处理，及其区别与联系