本教程介绍了理解数字图像处理概念所必需的信号和系统的基础知识。在进入详细概念之前，让我们先定义简单的术语。

讯号

在电气工程中，表示某些信息的基本数量称为信号。信息是什么都无所谓，即：模拟或数字信息。在数学中，信号是传达某些信息的函数。实际上，可以将随时间在空间上可测量的任何数量或任何更高的维度视为信号。信号可以是任何尺寸，也可以是任何形式。

模拟信号

信号可以是模拟量，表示相对于时间已定义。这是一个连续的信号。这些信号是在连续的独立变量上定义的。由于它们具有大量的价值，因此难以分析。由于大量的样本，它们非常准确。为了存储这些信号，您需要一个无限的存储器，因为它可以在实线上获得无限的值。模拟信号用正弦波表示。

例如：

人声

人的声音就是模拟信号的一个例子。当您讲话时，所产生的声音以压力波的形式在空气中传播，因此属于数学函数，具有独立的时空变量和对应于气压的值。

另一个例子是正弦波，如下图所示。

Y = sin(x)其中x是独立的

数字信号

与模拟信号相比，数字信号非常易于分析。它们是不连续的信号。它们是模拟信号的专用。

数字一词代表离散值，因此表示它们使用特定的值表示任何信息。在数字信号中，只有两个值用于表示某些内容，即：1和0(二进制值)。数字信号的准确性不如模拟信号，因为它们是一段时间内获取的模拟信号的离散样本。但是，数字信号不会受到噪声的影响。因此它们可以持续很长时间并且易于解释。数字信号用方波表示。

例如：

计算机键盘

每当从键盘上按下某个键时，就会将包含该特定键的ASCII值的适当电信号发送到键盘控制器。例如，当按下键盘按键a时生成的电信号将以数字0和1的形式携带数字97，这是字符a的ASCII值。

模拟信号与数字信号之间的差异

系统篇

系统由其处理的输入和输出的类型定义。由于我们正在处理信号，因此在我们的情况下，我们的系统将是数学模型，一段代码/软件，一个物理设备或一个黑匣子，其输入是信号，并且会对信号进行一些处理，而输出是一个信号。输入称为激励，输出称为响应。

上图中显示了一个系统，其输入和输出均为信号，但输入为模拟信号。输出是数字信号。这意味着我们的系统实际上是一个将模拟信号转换为数字信号的转换系统。

让我们来看看这个黑匣子系统的内部

模拟到数字信号的转换

由于存在许多与此模数转换相关的概念，反之亦然。我们将只讨论与数字图像处理有关的那些。本讨论涉及两个主要概念。

• 采样
• 量化

采样

顾名思义，采样可以定义为采样。沿x轴采样数字信号。采样是在自变量上完成的。对于此数学方程式：

采样是在x变量上完成的。我们也可以说x轴(无穷大)到数字的转换是在采样下完成的。

采样进一步分为上采样和下采样。如果x轴上的值范围较小，则将增加值样本。这称为上采样，反之亦然称为下采样。

量化

顾名思义，量化可以定义为划分量子(分区)。量化是对因变量进行的。它与采样相反。

在此数学方程式下y = sin(x)

对Y变量进行量化。它是在y轴上完成的。 y轴无穷大到1、0，-1(或任何其他水平)的转换称为量化。

这是将模拟信号转换为数字信号时涉及的两个基本步骤。

下图显示了信号的量化。

为什么我们需要将模拟信号转换为数字信号。

第一个明显的原因是数字图像处理处理的是数字信号，即数字信号。因此，无论何时捕获图像，都将其转换为数字格式，然后进行处理。

第二个重要原因是，为了用数字计算机对模拟信号执行操作，您必须将该模拟信号存储在计算机中。并且为了存储模拟信号，需要无限的存储器来存储它。而且由于那是不可能的，所以这就是为什么我们将信号转换为数字格式，然后将其存储在数字计算机中，然后对其执行操作。

连续系统与离散系统

连续系统

输入和输出均为连续信号或模拟信号的系统的类型称为连续系统。

离散系统

输入和输出均为离散信号或数字信号的系统类型称为数字系统。