Procesamiento de la señal

El procesamiento de señales es la disciplina que desarrolla y examina el procesamiento técnico , análisis e interpretación de señales . Entre los tipos de operaciones posibles sobre estas señales, podemos denotar control , filtrado , compresión y transmisión de datos , reducción de ruido , deconvolución , predicción, identificación , clasificación, etc.

Aunque esta disciplina tiene sus orígenes en las ciencias de la ingeniería (en particular la electrónica y la automatización ), hoy en día hace un uso extensivo de muchos campos de las matemáticas , como la teoría de señales , los procesos estocásticos , los espacios vectoriales y el álgebra lineal y las matemáticas aplicadas , en particular la teoría de la información , optimización o análisis numérico .

General

Las señales a procesar pueden provenir de una amplia variedad de fuentes, pero la mayoría son señales eléctricas o se han convertido en señales eléctricas mediante sensores y transductores (micrófonos, retinas, térmicos, ópticos, presión, posición, velocidad, aceleración y en general de todos los físicos. y cantidades químicas).

Básicamente existen señales analógicas por un lado, que son producidas por varios sensores , amplificadores , convertidores de digital a analógico , señales digitales por otro, derivadas de computadora a terminal , lectura de un medio digital o un escaneo por un convertidor analógico-digital.

El procesamiento se puede realizar, sin digitalizar las señales, por circuitos electrónicos analógicos o también por sistemas ópticos (procesamiento óptico de señales). Cada vez más se lleva a cabo mediante el procesamiento de señales digitales , utilizando computadoras, microprocesadores integrados , microprocesadores especializados denominados DSP , circuitos reconfigurables ( FPGA ) o componentes digitales dedicados ( ASIC ).

Hay varias ramas particulares del procesamiento de señales, dependiendo de la naturaleza de las señales consideradas. En particular :

procesamiento de voz (o más generalmente sonido) - para análisis, compresión, síntesis y reconocimiento de voz;
procesamiento de imágenes : para análisis, restauración y compresión de imágenes fijas;
procesamiento de video : para analizar y comprimir secuencias de video.

El procesamiento de señales puede tener diferentes propósitos:

detectar una señal;
estimar cantidades a medir en una señal;
codificación, compresión de señales para almacenamiento y transmisión;
mejora de su calidad (restauración) según criterios fisiológicos (para escuchar y ver).

El procesamiento realizado sobre una señal depende del objetivo perseguido. En particular, los conceptos de señal y ruido son subjetivos, dependen de lo que interese al usuario. Se utilizan diferentes medidas representativas de la calidad de una señal y la información contenida:

la relación señal-ruido , concepto muy utilizado pero equívoco ya que todo depende de lo que se considere señal y ruido;
el número de bits efectivos Número efectivo de bits ( ENOB ) que es una medida de la calidad de la conversión de analógico a digital;
la información de Fisher , particularmente útil para estimar parámetros. Puede relacionarse con uno o más parámetros (matriz de información de Fisher);
la entropía , grandeza según la física estadística y la teoría de la información (obra de Shannon ), utilizada en operaciones de codificación. Es una medida de la información "intrínseca" de la señal.

Aplicaciones

Debido a que se aplican a todas las etapas de una cadena de adquisición, análisis, transferencia y restitución de datos, las técnicas de procesamiento de señales encuentran aplicaciones en prácticamente todos los campos de la tecnología:

en telecomunicaciones: ya sea en el campo de la telefonía o en la transferencia de datos digitales terrestres o por satélite, la compresión de datos es fundamental para aprovechar al máximo el ancho de banda disponible y minimizar las pérdidas en la capacidad de transporte. Otra área de aplicación es la supresión de eco.
en audio: buscamos mejorar las técnicas de grabación y compresión para obtener la mayor calidad de sonido posible. Las técnicas de corrección de eco reducen los efectos de los reflejos acústicos en la habitación. El procesamiento del sonido ha mejorado enormemente gracias a las computadoras. Sin embargo, algunos músicos hablan más de un sonido de naturaleza diferente que de una mera mejora cualitativa (así como el CD no "suena" como el disco de vinilo , y algunas bandas, por ejemplo Genesis , se han beneficiado particularmente del "nuevo sonido" ofrecido por el nuevo medio). La síntesis de sonido también permite crear sonidos artificiales o recrear los sonidos de instrumentos naturales . Ella estuvo en el origen de muchos trastornos en la música .
el análisis de los ecos permite obtener información sobre el medio en el que se reflejan las ondas. Esta técnica se utiliza en el campo de las imágenes de radar o sonar . En geofísica , analizando los reflejos de las ondas acústicas, podemos determinar el espesor y la naturaleza de los estratos del subsuelo. Esta técnica se utiliza en el campo de la exploración minera y en la predicción de terremotos.
en imagen: las aplicaciones se encuentran en el campo médico ( reconstrucción tomográfica , resonancia magnética - MRI), en el espacio (procesamiento de fotos de satélite o imágenes de radar ). Este campo también incluye técnicas de compresión y reconocimiento de patrones .
el procesamiento de secuencias de video se refiere a la compresión, la restauración, la realización de efectos especiales y la extracción de descriptores (reconocimiento de formas y texturas, seguimiento de movimientos, caracterización, etc.) para producir anotaciones automáticas en una perspectiva de bases de datos ( búsqueda por contenido).

Ver también

Notas y referencias

Bibliografía

Guy Binet: Procesamiento de señales digitales - Señales y sistemas discretos . Elipses, 2013.