信號(hào)與系統(tǒng)問題無處不在,信息科學(xué)已滲透到所有現(xiàn)代自然科學(xué)和社會(huì)科
相關(guān)函數(shù)學(xué)領(lǐng)域。雖然,在各個(gè)學(xué)科中的信號(hào)與系統(tǒng)的物理本質(zhì)可能大不相同,但他們都有兩個(gè)非;镜墓餐c(diǎn)。信號(hào)是單個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù),而且一般來說,含有關(guān)于某種現(xiàn)象變化過程和特征的信息,而系統(tǒng)則對(duì)特定信號(hào)響應(yīng)而產(chǎn)生另外一些信號(hào)。一個(gè)電路中的電壓和電流作為時(shí)間的函數(shù),是信號(hào)的一個(gè)例子,而這一電路本身則是系統(tǒng)的一個(gè)例子,在這種情況下,系統(tǒng)對(duì)所施加的電壓和電流產(chǎn)生響應(yīng)。
另一個(gè)例子,當(dāng)駕駛員壓下加速踏板時(shí),汽車以增加車速為響應(yīng),在這種情況下,系統(tǒng)就是汽車,加速踏板上的壓力則是系統(tǒng)的輸入,汽車的速度是響應(yīng)。一個(gè)心電圖計(jì)算機(jī)自動(dòng)診斷程序,也可看做一個(gè)系統(tǒng),它以數(shù)字化的心電圖作為其輸入,而產(chǎn)生如心率這樣的一些參數(shù)的估計(jì)值作為系統(tǒng)的輸出。一架照相機(jī)也是一個(gè)系統(tǒng),它接收來自不同光源和被口標(biāo)反射的光而產(chǎn)生出一幅照片。
在出現(xiàn)信號(hào)與系統(tǒng)的許多場(chǎng)合,可以有各種各樣的研究課題和論題。有時(shí),我們面對(duì)的是一個(gè)特定的系統(tǒng),‘而感興趣的是要詳細(xì)地表征這一系統(tǒng),以搞清楚它如何對(duì)各種輸入作出響應(yīng)。一個(gè)例子就是已有悠久歷史的關(guān)于人類聽覺系統(tǒng)的研究工作。
另一個(gè)例子是對(duì)某個(gè)特定地區(qū)的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和描述的研究,以便能更好的預(yù)測(cè)對(duì)諸如農(nóng)作物兼現(xiàn)等潛在的或者是不可預(yù)料的輸入會(huì)產(chǎn)生什么響應(yīng)。
在另一些信號(hào)和系統(tǒng)分析的場(chǎng)合,我們的興趣不在于分析現(xiàn)有的系統(tǒng),而在于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題,以便用它們以各種特定方式來處理信一號(hào)。極為普通的例子。例如經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)是代表這種情況的一個(gè),設(shè)有一組像證券市場(chǎng)平均價(jià)格一類的經(jīng)濟(jì)時(shí)序列的記錄,把這種記錄看做信號(hào),要是能根據(jù)過去記錄去預(yù)測(cè)將來的狀態(tài)顯然是有用的。許多這樣的系統(tǒng)已經(jīng)精心研制成功,這些系統(tǒng)一般是計(jì)算機(jī)程序形式的,詳細(xì)分析,還可進(jìn)行其他類型的經(jīng)濟(jì)預(yù)報(bào)。用這些系統(tǒng)可以求得證券市場(chǎng)平均價(jià)格的雖則大多數(shù)這樣的信號(hào)并不是全部可預(yù)測(cè)的,但有趣而重要的事實(shí)是,根據(jù)這些信號(hào)的許多過去的記錄,換句話說,至少它們可近似地被外推。
第二種常見的應(yīng)用,是恢復(fù)由于某些原因而惡化了的信號(hào)。語音通信時(shí),就經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。例如,在強(qiáng)背景噪聲條件下進(jìn)行語音通信會(huì)因駕駛艙的高背景噪聲電平而惡化。在這種情況和其他類似情況下,設(shè)計(jì)各種系統(tǒng),以保留需要的信號(hào)(現(xiàn)在是駕駛員的聲音)而排除(至少近似地排除)不需要的信號(hào)(在此是噪聲)是有可能的。從已惡化信一號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)的另一個(gè)成功的例子,是老唱片的修復(fù)系統(tǒng)。在錄音時(shí),采用一個(gè)根據(jù)輸入信號(hào)而在唱片上刻出紋路形的錄音系統(tǒng),這一輸入信號(hào)就是藝術(shù)家的聲音早期的錄音,一般是采用角形機(jī)械錄音筒錄制的,而這種系統(tǒng)會(huì)在唱片上引入嚴(yán)重的失真。若能修復(fù)一些老唱片,使之達(dá)到符合現(xiàn)代錄音技術(shù)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):,是很有價(jià)值的。如果用一個(gè)適當(dāng)設(shè)計(jì)的信號(hào)處理系統(tǒng),‘就有可能大大改善老唱片的質(zhì)量。