探究數(shù)字信號(hào)處理中信噪比影響因素

陳宗望

摘? 要：本文針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中，信噪比所出現(xiàn)的問(wèn)題和影響信噪比的不良因素進(jìn)行探索，分析了其針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的重要作用，以及設(shè)備中信噪比與有效信號(hào)之間的相互關(guān)系，同時(shí)針對(duì)信號(hào)處理時(shí)量化位數(shù)對(duì)信號(hào)處理結(jié)果的信噪比、諧波比等影響，以此為測(cè)試人員探究數(shù)字信號(hào)提供了參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào);信噪比;有效位數(shù);輔助參數(shù)

信噪比指的是聲音之間的數(shù)值相比值，在實(shí)際的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中，電氣設(shè)備經(jīng)常會(huì)運(yùn)用到信噪技術(shù)，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)處理，其中信噪比與數(shù)字信號(hào)技術(shù)存在著巨大的聯(lián)系，如果測(cè)試中將信噪比作為基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)可以有效的將數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行分類和處理，保障數(shù)字信號(hào)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、影響信噪比的因素

當(dāng)下，數(shù)字信號(hào)技術(shù)被廣泛的是用在各行各業(yè)中，而平板探測(cè)器中，數(shù)字信號(hào)作為成像技術(shù)在額定輻射量的條件下作為設(shè)備信號(hào)相應(yīng)的重要組成部分。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生輻射量相同時(shí)，探測(cè)器所監(jiān)測(cè)出信號(hào)中的數(shù)值偏差就是噪音。此時(shí)工作人員可以根據(jù)噪音不同的來(lái)源進(jìn)行分類，可分為：電子響應(yīng)噪聲和量子響應(yīng)噪聲等形式。對(duì)于總設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)，影響數(shù)字信號(hào)的主要因素包含：輻射射線的參與設(shè)置與信號(hào)檢測(cè)、對(duì)于元數(shù)探測(cè)設(shè)備像元的填充、探測(cè)設(shè)備之間的材料轉(zhuǎn)化、探測(cè)設(shè)備源頭間距等。針對(duì)探測(cè)設(shè)備所發(fā)出的射線來(lái)說(shuō)，測(cè)試人員需要關(guān)注總體電量的輸出量和輸入量，其中包含光線可見(jiàn)的X型射線，吸收型X射線以及射入型X射線。由于在總體電量的輸出過(guò)程中，如果僅僅重視X射線的輸入和輸出的話，加上信號(hào)探測(cè)設(shè)備可以完全吸收光子的射入，因此可以得出相關(guān)結(jié)論：探測(cè)設(shè)備的信號(hào)噪聲比與穩(wěn)定環(huán)境下X射線的輻射數(shù)量有關(guān)。設(shè)計(jì)人員通過(guò)泊分布模型進(jìn)行探測(cè)設(shè)備射入光子元素所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析，并且保持額定時(shí)間內(nèi)，探測(cè)設(shè)備的射線光子下落數(shù)量的變化數(shù)據(jù)，得出數(shù)據(jù)后根據(jù)探測(cè)設(shè)備中射線的數(shù)字形態(tài)測(cè)算出射線浮動(dòng)曲線與信噪比攝入量數(shù)據(jù)存在平光的關(guān)系^[1]。

二、信噪比與數(shù)字信號(hào)的關(guān)系

（一）信噪比和有效位數(shù)

第一，使用設(shè)備將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)是數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備必不可少的重要環(huán)節(jié)，由于轉(zhuǎn)化設(shè)備普遍放置于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前面位置，并且根據(jù)設(shè)備在整體系統(tǒng)越接近前端，其自身系統(tǒng)的性能和信噪比就越大，所以設(shè)備的綜合性能對(duì)于系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)的處理能力起到重要的作用。衡量設(shè)備中，通常由采取樣品率、位數(shù)的量化結(jié)構(gòu)、信噪比、線性程度、設(shè)備有效位數(shù)以及交調(diào)參數(shù)等組成，其中，信噪比和設(shè)備有效位數(shù)對(duì)于設(shè)備的功能影響較大。根據(jù)設(shè)備特性來(lái)說(shuō)，理想型的位數(shù)量化設(shè)備中信噪比主要是由于噪聲的量化數(shù)據(jù)得來(lái)的，并且量化噪聲是隨著服從數(shù)據(jù)均勻分布的變量，其中量化電平在設(shè)備信號(hào)輸入后，達(dá)到滿足設(shè)備滿量程的情況下，信噪比和其量化位數(shù)存在著一定關(guān)系公式，根據(jù)公式推算可以得出結(jié)論：設(shè)備的信噪比和其有效位數(shù)呈一定正比例^[2]。

第二，有效位數(shù)也是設(shè)備運(yùn)行中重要的輔助參數(shù)，其中量化位數(shù)為N的設(shè)備，其中有效位數(shù)需要小于N，并且以此作為根據(jù)推算出有效位數(shù)的系數(shù)變化。在測(cè)試人員進(jìn)行設(shè)備測(cè)試時(shí)不僅需要針對(duì)設(shè)備的信噪比進(jìn)行考慮，還需要將設(shè)備內(nèi)部的諧波數(shù)據(jù)也進(jìn)行綜合考量，這樣才能有效的推算和表現(xiàn)出設(shè)備獲取信號(hào)的性能，其中設(shè)備的有效位數(shù)通過(guò)FFT算法和正弦擬合法等進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)算。由于FFT計(jì)算法的工作原理主要需要保障設(shè)備在滿量程的情況下進(jìn)行綜合信號(hào)的獲取和分析，因此在對(duì)時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)利用，以此可以獲得信號(hào)中傅里葉頻譜技術(shù)中所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)作為測(cè)試支持。通過(guò)傅里葉頻譜技術(shù)可以精準(zhǔn)的計(jì)算出信號(hào)、噪聲以及諧波分量數(shù)據(jù)，從而得出三者之間的關(guān)系公式，并且計(jì)算出有效位數(shù)比。采用正弦擬合法進(jìn)行信號(hào)采集后，可以使用相關(guān)的正弦函數(shù)公式針對(duì)最小二乘法進(jìn)行順序的排列和整合，并且得到整合后的函數(shù)系數(shù)，隨后測(cè)試人員需要針對(duì)整合后的函數(shù)系數(shù)進(jìn)行無(wú)量化的誤差數(shù)據(jù)采取樣品，得出樣品信號(hào)之間的關(guān)系數(shù)據(jù)。通過(guò)以上兩種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)推算可以得出，設(shè)備信噪比和位數(shù)量化系數(shù)之間存在著線性的關(guān)系連結(jié)，隨著量化位數(shù)的增大，信噪比也隨之增加。同時(shí)設(shè)備的有效位數(shù)不能與量化位數(shù)相等，通常量化位數(shù)需要小于有效位數(shù)，由于兩者比例為正比，因此當(dāng)量化位數(shù)的數(shù)值增加，有效位數(shù)也隨之增加，所以，如果設(shè)備對(duì)于信噪比系數(shù)要求較高時(shí)，那么需要選擇量化位數(shù)較高的設(shè)備，并且對(duì)于輸入信號(hào)的寬幅度也同樣需要注意，在系數(shù)的選擇上盡可能接近設(shè)備的滿量程度，才能保障有效位數(shù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

（二）信噪比歸一化

在工業(yè)的作業(yè)系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為射線系統(tǒng)。工業(yè)射線系統(tǒng)主要由保護(hù)結(jié)構(gòu)組件、乳化劑感光結(jié)構(gòu)、結(jié)合層結(jié)構(gòu)等，其中乳化劑感光結(jié)構(gòu)可以直接影響工業(yè)設(shè)備中，膠片的感光速度和使用程度，所以，其特性在膠片結(jié)構(gòu)中，乳化銀微粒物質(zhì)具有重要的作用。在實(shí)際測(cè)試中如果想要提高設(shè)備的信噪比和膠片感光程度，設(shè)備必須自身具備大微粒的乳化銀物質(zhì)，在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中，射線系統(tǒng)通常被歸納為歸一化結(jié)構(gòu)形式中，其屬于具有標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)格的信噪比數(shù)據(jù)，為此可以根據(jù)系列公式進(jìn)行推算。通過(guò)一系列的數(shù)據(jù)分析和比較來(lái)看，相比膠片系統(tǒng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，數(shù)字射線系統(tǒng)自身?yè)碛胁煌潭鹊某上穹直媛剩捎谏渚€的散射能力以及數(shù)據(jù)空間性能的差異，在工業(yè)運(yùn)作時(shí)乳化銀的普遍尺寸為零點(diǎn)四九八，由此可以得出，膠片技術(shù)的空間分辨能力比較強(qiáng)，尤其是在空間能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時(shí)，數(shù)字型射線技術(shù)的成像能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膠片技術(shù)型成像。在測(cè)試人員進(jìn)行測(cè)試時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于零件或者設(shè)備結(jié)構(gòu)的缺陷和不足產(chǎn)生的運(yùn)行問(wèn)題，比如：零件結(jié)構(gòu)的分散、體積缺失以及零件表面結(jié)構(gòu)缺失等，這些問(wèn)題嚴(yán)重的影響了計(jì)算出的數(shù)值準(zhǔn)確性^[3]。

結(jié)束語(yǔ)：

由此可見(jiàn)，信噪比在數(shù)字信號(hào)技術(shù)中具有明顯的正面作用，所以，測(cè)試人員在進(jìn)行設(shè)備測(cè)試時(shí)必須重視信噪比的相關(guān)參數(shù)，并且按照標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的方法進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]? 孫書(shū)良，解劍，羅顯志，等. 數(shù)字信號(hào)處理中信噪比影響因素分析[J]. 無(wú)線電工程，2019，49（01）：42-45.

[2]? 馮寧一. 分析數(shù)字信號(hào)處理中信噪比影響因素[J]. 中國(guó)有線電視，2019（6）：662-663.

[3]? 劉鎮(zhèn)清，易勇. 基于數(shù)字信號(hào)處理器的超聲無(wú)損檢測(cè)[J]. 無(wú)損檢測(cè)，2001（12）：31-33+40.