Sinyal işleme

Sinyal işleme olduğu disiplin geliştirir ve inceler teknik işlemler, analiz ve yorumlama arasında sinyaller . Bu sinyaller üzerinde mümkün olan işlem türleri arasında kontrol , filtreleme , veri sıkıştırma ve iletimi , gürültü azaltma , ters evrişim , tahmin, tanımlama , sınıflandırma vb.

Bu disiplin kökeni rağmen mühendislik bilimleri (özellikle elektronik ve otomasyon ), bugün pek çok alanında yaygın olarak kullanmaktadır matematik gibi sinyal teorisi , stokastik süreçler , vektör uzayı ve lineer cebir ve uygulamalı matematik , özellikle enformasyon teorisi , optimizasyon veya sayısal analiz .

Genel

İşlenecek sinyaller çok çeşitli kaynaklardan gelebilir, ancak çoğu elektrik sinyalleridir veya sensörler ve dönüştürücüler (mikrofonlar, retinalar, termal, optik, basınç, konum, hız, ivme ve genel olarak tüm fiziksel sinyalleri) kullanan elektrik sinyalleri haline gelmiştir. ve kimyasal miktarlar).

Bir yandan çeşitli sensörler , amplifikatörler , dijitalden analoğa dönüştürücüler tarafından üretilen analog sinyalleri , diğer yandan bilgisayarlardan , terminallerden gelen dijital sinyallerden , dijital ortam okuyan veya analog ile tarayan analog sinyallerden ayırt ediyoruz. -dijital dönüştürücü.

İşlem, sinyalleri sayısallaştırmadan, analog elektronik devreler veya aynı zamanda optik sistemler (optik sinyal işleme) ile yapılabilir. Bilgisayarlar, yerleşik mikro işlemciler, DSP adı verilen özel mikro işlemciler , yeniden yapılandırılabilir devreler ( FPGA ) veya özel dijital bileşenler ( ASIC ) kullanılarak dijital sinyal işleme tarafından giderek daha fazla gerçekleştirilmektedir .

Dikkate alınan sinyallerin doğasına bağlı olarak, sinyal işlemenin birkaç özel dalı vardır. Özellikle :

konuşma işleme (veya daha genel olarak ses) - konuşmanın analizi, sıkıştırılması, sentezi ve tanınması için;
görüntü işleme - hareketsiz görüntülerin analizi, restorasyonu ve sıkıştırılması için;
video işleme - video dizilerini analiz etmek ve sıkıştırmak için.

Sinyal işlemenin farklı amaçları olabilir:

bir sinyalin tespit edilmesi;
bir sinyal üzerinde ölçülecek miktarların tahmin edilmesi;
kodlama, saklama ve iletim için sinyal sıkıştırma;
fizyolojik kriterlere göre (dinleme ve izleme için) kalitesinin iyileştirilmesi (restorasyon).

Bir sinyal üzerinde gerçekleştirilen işlem, izlenen hedefe bağlıdır. Özellikle, sinyal ve gürültü kavramları özneldir, kullanıcıyı neyin ilgilendirdiğine bağlıdır. Bir sinyalin kalitesini temsil eden farklı önlemler ve içerdiği bilgiler kullanılır:

Sinyal-gürültü oranı her şey sinyali olarak ve gürültü olarak kabul edilir bağlıdır çünkü bir kavram çok sık kullanılan ancak müphem;
etkili bitlerin sayısı , analogdan dijitale dönüştürme kalitesinin bir ölçüsü olan Etkin Bit Sayısı ( ENOB );
Fisher bilgisi , parametreler tahmin özellikle yararlıdır. Bir veya daha fazla parametreyle (Fisher bilgi matrisi) ilgili olabilir;
Entropi sonra, büyüklük istatistik fizik ve bilgi teorisi (çalışma Shannon ), operasyonlar kodlama kullanılır. Sinyalin "içsel" bilgisinin bir ölçüsüdür.

Başvurular

Verilerin elde edilmesi, analizi, aktarımı ve yeniden sunulması zincirinin tüm aşamalarına uygulandıkları için, sinyal işleme teknikleri pratik olarak teknolojinin tüm alanlarında uygulama bulur:

Telekomünikasyonda: ister telefon alanında ister karasal veya uydu dijital veri aktarımında olsun, mevcut bant genişliğinden en iyi şekilde yararlanmak ve taşıma kapasitesindeki kayıpları en aza indirmek için veri sıkıştırma çok önemlidir . Diğer bir uygulama alanı yankı bastırmadır.
Seste: mümkün olan en yüksek ses kalitesini elde etmek için kayıt ve sıkıştırma tekniklerini geliştirmeye çalışıyoruz. Yankı düzeltme teknikleri , odadaki akustik yansımaların etkilerini azaltır . Sesin işleme ölçüde Bilgisayar sayesinde gelişmiştir. Bununla birlikte, bazı müzisyenler yalnızca niteliksel bir iyileştirmeden daha farklı bir sesten söz ederler (tıpkı CD'nin vinil kayıt gibi "ses çıkarmaması" ve örneğin Genesis gibi bazı grupların "yeni sesten" özellikle faydalanmış olması gibi. yeni ortam tarafından sunulan). Ses sentezi ayrıca suni sesleri oluşturmak veya sağlayan doğal araçların sesleri yeniden . O birçok ayaklanmalar kökeni oldu müzik .
Yankıların analizi, dalgaların yansıtıldığı ortam hakkında bilgi edinmeyi mümkün kılar. Bu teknik, radar veya sonar görüntüleri alanında kullanılır . Gelen jeofizik , akustik dalgaların yansıma analiz ederek, kalınlığı ve toprak altı katmanlarının yapısını belirler. Bu teknik, maden arama alanında ve depremlerin tahmininde kullanılır.
görüntülemede: uygulamalar tıbbi alanda ( tomografik yeniden yapılandırma , manyetik rezonans görüntüleme - MRI), uzayda (uydu fotoğraflarının veya radar görüntülerinin işlenmesi ) bulunur. Bu alan aynı zamanda örüntü tanıma ve sıkıştırma tekniklerini de içerir .
Video sekanslarının işlenmesi , veri tabanları perspektifinde otomatik açıklamalar üretmek için sıkıştırma, restorasyon, özel efektlerin gerçekleştirilmesi ve tanımlayıcıların çıkarılması (şekil ve dokuların tanınması, hareketlerin izlenmesi, karakterizasyon vb.) ile ilgilidir ( içeriğe göre arama).

Ayrıca görün

Notlar ve referanslar

Kaynakça

Guy Binet: Dijital sinyal işleme - Sinyaller ve ayrık sistemler . Ellipses, 2013.