电子信息导论

信息：

主要包括：通过电子，光，声音或其他物理介质获取、传输、处理与存储的内容，例如音乐，语言、图像、视频、动画、数据、血压、温度、压力、速度、密度等

信息获取：

一般指通过电、光、声、力、磁、运动或其他手段，将信号转换为电信号。例如：麦克风、摄像头、温度传感器、压力传感器、加速度传感器、气体传感器、化学传感器等。

传输与通信：

一般指通过电子手段，将信息从一个地方有效与可靠地传输到另一个地方。例如：移动通信，光纤通信，卫星通信，数据通信，计算机网络，Internet网络等。

通信网络

信息传输的网络，即传输线路的集合。例如：电信网（有线、无线）、internet网路，广播电视网络，空天网络等。

信息处理：

一般指通过计算机，电子系统、FPGA、集成电路等手段，将信息根据要求加工处理。例如：滤波、变换、识别、压缩、编码、加密、分类、显示等。

（1）电子设备与系统。电视机、DVD、雷达。

（2）通信与网络系统。移动通信、光纤通信、卫星通信、计算机网络等

（3）信息获取技术。麦克风、摄像头、温度传感器、压力传感器、加速度传感器、气体传感器、化学传感器等。

（4）信息处理技术。

1）音频处理。MP3、声音交换、语音识别、网络广播等

2）图像处理。人脸识别、表情识别、指纹识别、图片修复、动画技术等

3）信息安全与科学。水印技术、密码。

4）生命医学信息处理。CT、B超、心电图，脑电图。

电子信息工程专业的课程体系：

1.公共基础课。

数学、物理、外语、政治、体育等

2.专业基础课

电路、模拟电路、数字电路、信号与系统、通信原理、微机原理、数据结构、电磁场与电磁波等

4．实验课程体系

 认识性实验 验证性实验 设计性实验 综合性实验 研究型实验

课程分类：

通信类。通信原理，移动通信，光纤通信，计算机网路。

电路类。电路，模拟电路，数字电路，通信电路，集成电路设计。

信息处理类。信号与系统，数字信号处理，图形处理，多媒体技术

电磁场类。电磁场与电磁波，微波技术，天线技术，电磁集容

计算机类。C语言，数据结构，微机原理，单片机技术。

电子信息工程的主要特点

（1）电子信息科学是21世纪的先导科学。我们正处于信息时代，电子信息产品提高生活质量。

（2）电子信息产业是国家的支柱产业之一。通信产业，消费电子产业，广播电视产业，集成电路产业等

（3）电子信息技术发展日新月异。技术发展迅速，产品竞争激烈，知识更新更快，需要不断学习。

物理对电子信息工程专业的用途：

（1）通信：电磁场与电磁波，光通信，密集波分复用，全光通信

（2）计算机：光盘，磁带，量子计算机

（3）消费类电子：DVD，手机，等离子体电视

（4）微电子和集成电路技术：微电子工艺，光刻，封装等

（5）电子器件：半导体器件，传感器

电子信息技术的一些典型应用

1.消费电子：电视机，照相机，摄像机，家电产品，MP3，DVD

2.通信产品：手机电话机，GPS，基站，路由器，交换机

3.计算机产品：打印机，扫描仪，绘图仪，光盘，移动硬盘

4.汽车电子：车载DVD 避碰系统，汽车网络，FM收音机

5.广播电视产品：电视机，收音机，发射机

6.国防军事：雷达，声纳，导弹制导，遥感遥测，卫星导航，航空航天

7.仪器仪表：示波器，信号发生器，频率计，稳压电源，频谱分析仪，逻辑分析仪

8.生物医学产品：心电图机，电子血压计，脑电图机，CT，核磁共振，生命监护仪，助听器

9.消费电子：洗衣机，电冰箱，微波炉

电子信息专业的几门热门技术

1．三维电视与高清电视：

阿凡达，3D电影

3D摄像机，3D视频编码，3D视频传输，3D电视

2．移动互联网

将网络技术和无线设备结合，是人们能够随时随地地从internet上获取信息

3．物联网技术internet of things

物与物联网，人与物联网，这是继计算机，互联网，移动通信后的第四次信息技术浪潮。

主要内涵：信息感知，信息传输，信息处理

要解决的问题：技术，标准。安全，成本

4．三网融合，三屏合一

电信网，互联网与广播电视网的融合

手机屏、计算机屏与电视屏的合一

电力线通信

5.  家庭网络

    电视，电脑，电话、家电、游戏机 等   互联互通

6.    电信网与互联网的融合

    电信网：电路交换，质量好，但成本高

    互联网：分组交换，成本低，但质量不理想

7.    生物信息学

    用信息处理方法对DNA、蛋白质等生物学数据进行分析、挖掘，测序、对比等

8.    脑机接口

电子信息系统数字化的优点

1.模拟系统与信号数字信号与系统

（1）转换的手段

A/D变换器：模拟变成数字

D/A变换器：数字变成模拟

（2）转换的依据

Naquist采样定律

2.电子信息系统数字化的优点

（1） 精度高        

    （2） 可以进行灵活处理

        滤波、压缩、识别、存储、去噪、编码、复用、加密

（3）稳定

         无温漂、抗老化、抗噪声

    （4）性能提高

         通信、DVD

3.电子信息系统的数字化

（1）各种电子信息系统都在数字化

数字通信、数字网络、数码家电、数码产品、数字电视、数字广播、数字媒体

数字地球、数字人体、数字医疗

（2）数字化生存MIT Media Lab的一本书

数字信号处理：指利用数学手段和方法，对信号和系统进行加工与处理，以满足所需要求

数字信号处理的主要方法：

（1）噪声滤波：噪声抑制、干扰消除，回音清除

（2）变换：傅里叶变换，余弦变换、正弦变换、WALSH变换

（3）识别：语音识别，图像识别，人脸识别，姿态识别、表情识别、目标识别、声纹识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别

（4）压缩：数据压缩、音频压缩、语音压缩、图像压缩、视频压缩

（5）加密：数据加密、DES加密、RSA密码，椭圆加密、语音加密、图像水印

（6）编码：信源编码、Viterbi算法、RS码、Turbo码

数字信号处理中的主要数学方法：

矩阵分析、概率论与随机过程、数值分析、优化理论、特殊函数、微分方程、数论

语音与音频处理

语音识别，语音合成，语音压缩，语音增强，语音检索，语音变音，语音定位与定向

1.语音识别

（1）人的听觉功能

（2）人机交互系统

（3）应用十分广泛

计算机界面、查询系统、呼叫中心、电话银行、机器人

    *主要处理技术：

    语言和语音的特点。音素，语言学、韵律学

    特征提取技术

    模式匹配模型与模型调试方法。HMM模型，DTW模型

    文本分析与理解。自然语言理解

    *存在的问题

    与说话人相关、抗噪性能、识别率、方言问题、理论模型

2.说话人识别

（1）人的听觉功能，声纹识别

（2）应用十分广泛

身份确认、语音门禁系统、监控、电话银行

*存在的问题：

    与时间相关、抗噪性能、识别率、语音特征与理论模型

3.语音合成

（1）人的嘴巴的功能

（2）应用十分广泛

人机交互、有声文本、有声邮件

*主要技术：

    语音与语言的特点。音素、语言学、韵律学

    文本分析及语言模型。

    模型训练与合成方法。LHA模型

*存在的问题：

    韵律生硬，不自然、文本分析有其歧义、语调、个人特征、理论模型

4.语音压缩

原因：数据量太大。

语音压缩的标准：

（1）用于存储：MP3  PM  WMA  AMR

（2）用于传输：固网（G.711  G.722）  移动网（AMR  AMR-WB）

5.语音增强

（1）噪声抑制：移动通信、汽车电子、语音识别、

（2）自动增益控制：音量调整

（3）回音消除：电回音、声学回音

6.麦克风列阵技术

（1）声源定位：多媒体通信、视频会议系统、汽车电子、语音识别

（2）语音增强

7.语音变声技术

（1）声音特征转变

（2）由一个人变成另一个人

8．三维声学技术

    （1） 多声道技术：立体声、环绕声、5.1声道、7.1声道、SRS

    （2） 用途：游戏、消费电子产品

9. 数字音乐技术

    音乐合成、音乐处理、MID I、音乐检索 

图像与视频处理

图像预处理（增强、二值化、细化、分割）、图像识别、人脸识别与表情识别、基于生物特征的身份识别、像素恢复、图像压缩与视频压缩、图像与视频检索、计算机图形学、虚拟现实、动画技术、可视化技术。

1.图像预处理

（1）空间域增强：直方图均衡、图像线性变换

（2）频率域增强：低通滤波、高通滤波

2.图像二值化：

某些具有特殊特征的图像，在进行识别等图像处理之前需要进行二值化处理。目的是突出图像特征，便于后续的图像处理操作。

3.图像细化：某些图像的主要特征是它的细节边缘部分。比如描述一个环形等。处理这些图形前，往往需要将这些细节部分提取出来，这就是所谓的图像细化。

4.图像分割：在图像处理过程中，人们有时仅仅只对图像的某个具体部分感兴趣。比如，人脸识别、基于对象的图形或视频压缩技术等。这时就需要对图像进行分割的预处理操作。

5.图像识别：图像识别技术的应用越来越广泛。在工业上，图像识别技术被用来检测工业用零件的破损等。在日常生活中，人脸识别、指纹识别和虹膜识别等一些特征识别技术被广泛应用到安检、家庭娱乐等方面。

6.面部表情识别：人脸识别的不断发展，使的这项技术被应用于家庭娱乐等方面。这时，人们提出了更高的要求：面部特征识别。比如，智能家庭机器人等。可以根据主人的面部表情，做出相应的动作。

7.生物特征识别（基于生物特征的身份识别）：生物特征识别技术主要包括指纹识别、虹膜识别和步态识别等。它根据人体所固有生物特征来进行对人身份地位识别。由于每个个体差异的不同、具有的特征不同，所以这项技术有广阔的发展前景。

8.图像恢复技术：图像恢复也称为图像的复原。它主要用来对比退化的图像进行恢复。比如，在拍照片时，由于抖动，图像发生了模糊等。

9.图像压缩与视频压缩：JPEG200、MPEG4、H.2是近年来发展起来的新的压缩技术标准。它们的特点是，压缩效果好，同时人眼不易察觉，特别是MPEG4采用了先进的基于对象的压缩技术，大大提高了压缩效率。

10.图像与视频检索：数字图书馆是近年来研究的热点。因此，急需高效的图像与视频检索，他主要是根据用户提供的信息，在图像视频库中进行检索，并进行模式匹配。最终达到高效检索出目标的目的。

11.计算机图形学：计算机图形学主要是利用计算机的辅助手段，研究图形所具有的一些特性。这项技术被广泛的应用到构造三维立体图形、虚拟现实和地理信息系统的应用中。

12.虚拟现实技术：虚拟现实是利用计算机图形学和图形处理等手段，构造出一个虚拟的环境或物体。比如，中国近年来首创世界第一例三维虚拟人体模型。对医疗研究起到了巨大的促进作用。

13.动画技术：随着网络的发展和游戏产业的壮大，动画技术成为近年来的热点。他主要利用了计算机图形学，图相处理和虚拟现实等技术达到了逼真的仿真效果，得到了广泛的应用。

14.可视化技术：随着人们对生活质量的要求不断提高，可视化技术成为满足人们需求的热门技术。比如，医学诊疗的可视化，化学物理实验的可视化等等。它使一些抽象的技术更加直观。

图像存在的问题：

·没有一个统一的理论处理框架。

·没有一个主、客观结合评价标准

·不同的应用领域使用的图像处理技术不同

·对大信息量图像（如遥感图像）没有快速有效的并行图像处理方法等。

中国的图像处理研究情况：

（1）我国的图像处理研究工作一直紧跟国际水平，国家很重视，并列入国家“863”计划。

（2）主要研究单位：清华大学，中国科技大学，中科自动化所，南京大学等。

（3）研究系统：机器视觉、人脸识别、嵌入式并行图像处理，3维虚拟人体等。

移动通信的发展：1G、2G、3G、4G