Dip-signals-and-system-introduction
信号とシステムの紹介
このチュートリアルでは、デジタル画像処理の概念を理解するために必要な信号とシステムの基本について説明します。 詳細な概念に入る前に、まず簡単な用語を定義しましょう。
シグナル
電気工学では、情報を表す基本的な量を信号と呼びます。 情報が何であるかは関係ありません。つまり、アナログまたはデジタル情報です。 数学では、信号は情報を伝える関数です。 実際、空間上の時間またはそれ以上の次元で測定可能な量は信号として受け取ることができます。 信号は任意の次元のものであり、任意の形式のものです。
アナログ信号
信号は、時間に関して定義されることを意味するアナログ量である可能性があります。 これは連続信号です。 これらの信号は、連続した独立変数で定義されます。 膨大な数の価値があるため、分析が困難です。 値のサンプルが多いため、非常に正確です。 これらの信号を保存するには、実ライン上で無限の値を達成できるため、無限のメモリが必要です。 アナログ信号は正弦波で示されます。
例えば：
人間の声
人間の声はアナログ信号の一例です。 話すとき、生成される音声は圧力波の形で空気中を移動するため、数学関数に属し、空間と時間の独立変数と空気圧に対応する値を持ちます。
別の例は、次の図に示す正弦波です。
Y = sin（x）ここで、xは独立しています
デジタル信号
アナログ信号と比較して、デジタル信号の分析は非常に簡単です。 それらは不連続信号です。 それらはアナログ信号の流用です。
デジタルという用語は離散値を表し、したがって、情報を表すために特定の値を使用することを意味します。 デジタル信号では、2つの値、つまり1と0（バイナリ値）のみを使用して何かを表します。 デジタル信号はアナログ信号よりも精度が劣ります。これは、デジタル信号が一定期間にわたって取られたアナログ信号の個別のサンプルだからです。 ただし、デジタル信号はノイズの影響を受けません。 したがって、それらは長持ちし、解釈しやすいです。 デジタル信号は方形波で示されます。
例えば：
キーボード
キーボードからキーが押されるたびに、その特定のキーのASCII値を含む適切な電気信号がキーボードコントローラーに送信されます。 たとえば、キーボードのキーaが押されたときに生成される電気信号は、文字aのASCII値である0と1の形式で数字97の情報を伝えます。
アナログ信号とデジタル信号の違い
| Comparison element | Analog signal | Digital signal |
|---|---|---|
| Analysis | Difficult | Possible to analyze |
| Representation | Continuous | Discontinuous |
| Accuracy | More accurate | Less accurate |
| Storage | Infinite memory | Easily stored |
| Subject to Noise | Yes | No |
| Recording Technique | Original signal is preserved | Samples of the signal are taken and preserved |
| Examples | Human voice, Thermometer, Analog phones e.t.c | Computers, Digital Phones, Digital pens, e.t.c |
システム
システムは、処理する入力および出力のタイプによって定義されます。 信号を処理しているため、この場合、システムは数学モデル、コード/ソフトウェア、物理デバイス、または入力が信号であり、その信号に対して何らかの処理を実行するブラックボックスになります。そして、出力は信号です。 入力は励起と呼ばれ、出力は応答と呼ばれます。
上の図では、入力と出力は両方とも信号ですが、入力はアナログ信号であるシステムが示されています。 そして、出力はデジタル信号です。 つまり、私たちのシステムは実際にはアナログ信号をデジタル信号に変換する変換システムです。
このブラックボックスシステムの内部を見てみましょう
アナログ信号からデジタル信号への変換
このアナログからデジタルへの変換に関連する多くの概念があるため、逆もまた同様です。 デジタル画像処理に関連するもののみを説明します。カバーメントに関係する2つの主要な概念があります。
- サンプリング
- 量子化
サンプリング
その名前が示すサンプリングは、サンプルの採取として定義できます。 x軸でデジタル信号のサンプルを取得します。 サンプリングは独立変数で行われます。 この数式の場合：
サンプリングはx変数で行われます。 また、x軸（無限値）のデジタルへの変換はサンプリングの下で行われると言うこともできます。
サンプリングは、アップサンプリングとダウンサンプリングにさらに分けられます。 x軸の値の範囲が小さい場合、値のサンプルを増やします。 これはアップサンプリングと呼ばれ、その逆はダウンサンプリングと呼ばれます。
量子化
その名前が示すように、量子化は、量子（パーティション）に分割することとして定義できます。 量子化は従属変数で行われます。 サンプリングの反対です。
この数学方程式y = sin（x）の場合
量子化はY変数で行われます。 y軸で行われます。 y軸の無限値から1、0、-1（またはその他のレベル）への変換は、量子化と呼ばれます。
これらは、アナログ信号をデジタル信号に変換する際に関与する2つの基本的な手順です。
信号の量子化は次の図に示されています。
アナログ信号をデジタル信号に変換する必要があるのはなぜですか。
最初の明らかな理由は、デジタル画像処理がデジタル画像であるデジタル信号を処理することです。 そのため、画像がキャプチャされると、デジタル形式に変換されてから処理されます。
2番目の重要な理由は、デジタルコンピューターでアナログ信号を操作するには、そのアナログ信号をコンピューターに保存する必要があるためです。 また、アナログ信号を保存するには、保存するために無限のメモリが必要です。 それが不可能なので、その信号をデジタル形式に変換し、それをデジタルコンピューターに保存してから操作を実行する理由です。
連続システムと個別システム
連続システム
入力と出力の両方が連続信号またはアナログ信号であるシステムのタイプは、連続システムと呼ばれます。
離散システム
入力と出力の両方が離散信号またはデジタル信号であるシステムのタイプは、デジタルシステムと呼ばれます。
