Шум (обработка сигнала)

В сигналов обработке шум — это общий термин для обозначения нежелательных (и, как правило, неизвестных) модификаций, которым может подвергнуться сигнал во время захвата, хранения, передачи, обработки или преобразования.

Иногда это слово также используется для обозначения случайных ( непредсказуемых ) сигналов, не несущих никакой полезной информации ; даже если они не мешают другим сигналам или могут быть введены намеренно, как в случае с комфортным шумом .

Снижение шума , восстановление исходного сигнала из искаженного шумом, является очень распространенной целью при проектировании систем обработки сигналов, особенно фильтров . Математические пределы удаления шума устанавливаются теорией информации .

Виды шума

Шум обработки сигнала можно классифицировать по его статистическим свойствам (иногда называемым « цветом » шума) и по тому, как он изменяет целевой сигнал:

• Аддитивный шум добавляется к предполагаемому сигналу.
  • Белый шум
    • Аддитивный белый гауссов шум
  • Черный шум
  • Гауссов шум
  • Розовый шум или мерцающий шум 1/ f. со спектром мощности
  • Броуновский шум , с 1/ f ² спектр мощности
  • Загрязненный гауссов шум, PDF которого представляет собой линейную смесь гауссовских PDF.
  • Степенной шум
  • Шум Коши
• Мультипликативный шум умножает или модулирует целевой сигнал.
• Ошибка квантования из-за преобразования непрерывных значений в дискретные.
• Шум Пуассона , типичный для сигналов, которые представляют собой частоту дискретных событий.
• Дробовой шум , например, вызванный разрядом статического электричества
• Переходный шум , короткий импульс, за которым следуют затухающие колебания.
• Взрывной шум , мощный, но только в короткие промежутки времени.
• Фазовый шум , случайные временные сдвиги в сигнале

Шум в определенных видах сигналов

Шумы могут возникать в сигналах, представляющих интерес для различных областей науки и техники, часто имеющих специфические особенности:

• Шум (аудио) , например «шипение» или «гул», в аудиосигналах.
  • Фоновый шум из-за паразитных звуков во время захвата сигнала.
  • Комфортный шум , добавленный к голосовой связи, чтобы заполнить пробелы в тишине.
  • Электромагнитно-индуцированный шум , слышимый шум, вызванный электромагнитными вибрациями в системах с участием электромагнитных полей.
• Шум (видео) , типа "снег"
• Шум (радио) , например «статический», в радиопередачах.
• Шум изображения влияет на изображения, обычно цифровые.
  • Шум соли и перца или пиковый шум, разбросанные очень темные или очень светлые пиксели.
  • Исправлен шаблонный шум , привязанный к пиксельным датчикам.
  • Теневой шум , который становится видимым при увеличении яркости или контрастности.
  • Спекл-шум , типичный для радиолокационных изображений и интерферограмм.
  • Зерно пленки в аналоговой фотографии
  • Артефакты сжатия или «москитный шум» по краям в JPEG и других форматах.
• Шум (электроника) в электрических сигналах
  • Шум Джонсона – Найквиста в полупроводниках.
  • Квантовый шум
  • Квантовый 1/f-шум , спорная теория квантовых систем
  • Генерационный-рекомбинационный шум в полупроводниковых приборах.
  • Фазовый шум генератора , случайные колебания фазы генератора.
  • Эффект Баркгаузена или шум Баркгаузена в силе ферромагнетика.
  • Спектральные брызги или шум переключения, вызванный включением/выключением передатчика
  • Шум земли , возникающий на клемме заземления аудиоаппаратуры.
• Синаптический шум , наблюдаемый в нейробиологии
• Нейронный шум , наблюдаемый в нейробиологии
• Транскрипционный шум при транскрипции генов в белки
• Космический шум в радиоастрономии.
• Фононный шум в материаловедении
• Фоновый интернет-шум , пакеты, отправленные на неназначенные или неактивные IP-адреса.
• Шум Фано в детекторах частиц
• Шум разделения мод в оптических кабелях
• Сейсмический шум , паразитные колебания грунта в сейсмологии.
• Космический микроволновый фон , микроволновый шум, оставшийся от Большого взрыва

шума

Для измерения шума при обработке сигналов был определен длинный список показателей шума: в абсолютном выражении, относительно некоторого стандартного уровня шума или относительно желаемого уровня сигнала. Они включают в себя:

• Динамический диапазон , часто определяемый уровнем собственного шума.
• Отношение сигнал/шум (SNR), отношение мощности шума к мощности сигнала.
  • Пиковое отношение сигнал/шум , максимальное соотношение сигнал/шум в системе
  • Отношение сигнал/шум (изображение) для изображений
  • Отношение несущей к шуму , отношение сигнал/шум модулированного сигнала.
• Мощность шума
• Коэффициент шума
• Шумоэквивалентная плотность потока , мера шума в астрономии.
• Уровень шума
• Запас шума — насколько сигнал превышает уровень шума.
• Эталонный шум — эталонный уровень электронного шума.
• Спектральная плотность шума , мощность шума на единицу полосы пропускания
• Шумовая температура
• Эффективная входная шумовая температура
• Шумоэквивалентная мощность , мера чувствительности фотодетекторов.
• Относительная интенсивность шума в лазерном луче
• Шумовая температура антенны , мера шума в телекоммуникационной антенне.
• Мощность принятого шума , шум на телекоммуникационном приемнике
• Уровень шума цепи , отношение шума цепи к некоторому эталонному уровню.
• Уровень шума канала , некоторая мера шума в канале связи.
• Шумоэквивалентная цель, интенсивность цели, когда уровень сигнал/шум равен 1.
• Эквивалентное шумовое сопротивление , мера шума, основанная на эквивалентном резисторе.
• Плотность шума несущей-приемника , отношение принимаемой мощности несущей к шуму приемника.
• Отношение плотности несущей к шуму ,
• Спектральное соотношение сигнал/шум
• Температура коэффициента усиления антенны к шуму , мера характеристик антенны.
• Отношение контрастности к шуму — показатель качества изображения.
• Шумовой отпечаток , статистическая характеристика окружающего шума для его подавления.
• Эквивалентный шум импульсно-кодовой модуляции , мера шума по сравнению с шумом квантования PCM.

шума в

Почти каждая техника и устройство для обработки сигналов так или иначе связаны с шумом. Вот несколько случайных примеров:

• Формирование шума
• Антенный анализатор или шумовой мост, используемый для измерения эффективности антенн.
• Шумовой гейт
• Генератор шума — схема, вырабатывающая случайный электрический сигнал.
• Источник радиошума, используемый для калибровки радиотелескопов.
• Формулы Фрииса для шума в телекоммуникациях
• Рефлектометрия в шумовой области использует существующие сигналы для поиска неисправностей кабеля.
• Помехоустойчивая оптическая гетеродинная молекулярная спектроскопия с усилением резонатора

См. также

• Антиинформация
• Шум (электроника)
• Статистика отношения сигнал/шум — математическая формула для измерения разницы двух значений относительно их стандартных отклонений.