Шум (обработка сигнала) - Noise (signal processing)

В обработка сигналов, шум - общий термин для нежелательных (и, в общем, неизвестных) модификаций, которые сигнал могут пострадать во время захвата, хранения, передачи, обработки или преобразования.^[1]

Иногда это слово также используется для обозначения сигналов, которые являются случайными (непредсказуемыми) и не несут полезной информации; даже если они не мешают другим сигналам или могут быть введены намеренно, как в комфортный шум.

Подавление шума, восстановление исходного сигнала из искаженного шумом, является очень распространенной целью при разработке систем обработки сигналов, особенно фильтры. Математические пределы удаления шума устанавливаются теория информации, а именно Теорема выборки Найквиста – Шеннона.

Типы шума

Шум обработки сигнала можно классифицировать по его статистическим свойствам (иногда называемым "цвет "шума) и тем, как он изменяет намеченный сигнал:

Аддитивный шум, добавляется к намеченному сигналу
- белый шум
  - Аддитивный белый гауссовский шум
- Черный шум
- Гауссов шум
- Розовый шум или же мерцающий шум, с 1 /ж спектр мощности
- Броуновский шум, с 1 /ж² спектр мощности
- Загрязненный гауссовский шум, PDF которого представляет собой линейную смесь гауссовских PDF
- Степенный шум
- Шум Коши
Мультипликативный шум, умножает или модулирует намеченный сигнал
Ошибка квантования, за счет преобразования непрерывных значений в дискретные
Пуассоновский шум, типичный для сигналов, которые представляют собой скорости дискретных событий
Дробовой шум, например вызванный разрядом статического электричества
Переходный шум, короткий импульс, сопровождаемый затухающими колебаниями
Взрывной шум мощно, но только в короткие промежутки времени
Фазовый шум, случайные временные сдвиги в сигнале

Шум в определенных видах сигналов

Шум может возникать в сигналах, представляющих интерес в различных областях науки и техники, часто со специфическими особенностями:

Шум (аудио), например, "шипение" или "гул" в аудиосигналах
- Фоновый шум, из-за ложных звуков при захвате сигнала
- Комфортный шум, добавлен в голосовую связь, чтобы заполнить молчание
- Электромагнитный шум, слышимый шум из-за электромагнитных колебаний в системах с электромагнитными полями
Шум (видео), например "снег"
Шум (радио), например "статический", в радиопередачах
Шум изображения, влияет на изображения, обычно цифровые
- Соль и перец шум или всплеск шума, рассеянные очень темные или очень светлые пиксели
- Фиксированный шаблонный шум, привязанный к пиксельным датчикам
- Теневой шум, становится видимым за счет увеличения яркости или контрастности
- Спекл-шум, типичный для радиолокационных изображений и интерферограммы
- Зернистость 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 о квантовых системах
- Генерация-рекомбинационный шум, в полупроводниковых приборах
- Фазовый шум генератора, случайные колебания фазы осциллятора
- Эффект Баркгаузена или шум Баркгаузена, в силе ферромагнетика
- Спектральные брызги или шум переключения, вызванный включением / выключением передатчика
- Шум от земли, появляющийся на клемме заземления аудиоаппаратуры
Синаптический шум, наблюдаемые в неврологии
Нейронный шум, наблюдаемые в неврологии
Транскрипционный шум в транскрипции генов в белки
Космический шум, в радиоастрономии
Фононный шум в материаловедении
Фоновый шум Интернета, пакеты отправлены на неназначенные или неактивные IP-адреса
Фано шум, в детекторах частиц
Режим разделения шума в оптических кабелях
Сейсмический шум, паразитные колебания грунта в сейсмологии
Космический микроволновый фон, микроволновый шум, оставшийся после Большого взрыва

Меры шума в сигналах

Для измерения шума при обработке сигналов определен длинный список мер шума: в абсолютных единицах, относительно некоторого стандартного уровня шума или относительно желаемого уровня сигнала. Они включают:

Динамический диапазон, часто определяется уровнем собственного шума
Соотношение сигнал шум (SNR), отношение мощности шума к мощности сигнала
- Пиковое отношение сигнал / шум, максимальный SNR в системе
- Отношение сигнал / шум (изображение), для изображений
- Отношение несущая / шум, отношение сигнал / шум модулированного сигнала
Мощность шума
Коэффициент шума
Плотность потока, эквивалентная шуму, мера шума в астрономии
Шумный этаж
Запас шума, на сколько сигнал превышает уровень шума
Эталонный шум, эталонный уровень электронного шума
Спектральная плотность шума, мощность шума на единицу полосы пропускания
Шумовая температура
Эффективная шумовая температура на входе
Шумовая эквивалентная мощность, мера чувствительности фотоприемников
Относительная интенсивность шума, в лазерном луче
Шумовая температура антенны, мера шума в телекоммуникационной антенне
Полученная мощность шума, шум на приемнике связи
Уровень шума цепи, Отношение шума к цепи некоторого опорного уровня
Уровень шума канала, некоторая мера шума в канале связи
Цель, эквивалентная шуму, интенсивность цели при уровне отношения сигнал / шум 1
Эквивалентное шумовое сопротивление, мера шума на основе эквивалентного резистора
Плотность шума от несущей к приемнику, отношение принятой мощности несущей к шуму приемника
Отношение несущей к плотности шума,
Спектральное отношение сигнал / шум
Отношение коэффициента усиления антенны к шуму, показатель эффективности антенны
Отношение контрастности к шуму, показатель качества изображения
Шумовая печать, статистическая сигнатура окружающего шума для его подавления
Эквивалентный шум импульсной кодовой модуляции, мера шума по сравнению с шумом квантования PCM

Технология шумов в сигналах

Почти каждая техника и устройство для обработки сигналов имеют какое-то отношение к шуму. Вот несколько случайных примеров:

Формирование шума
Антенный анализатор или шумовой мост, используемый для измерения эффективности антенн
Шумовые ворота
Генератор шума, схема, которая производит случайный электрический сигнал
Источник радиошума используется для калибровки радиотелескопов
Формулы Фрииса для шума в телекоммуникациях
Рефлектометрия в шумовой области, использует существующие сигналы для поиска повреждений кабеля
Оптическая гетеродинная молекулярная спектроскопия с усилением помехоустойчивости

Смотрите также

Анти-информация
Шум (электроника)
Статистика отношения сигнал / шум, математическая формула для измерения разницы двух значений относительно их стандартных отклонений.