Processamento de sinal

O processamento de sinais é a disciplina que desenvolve e examina o processamento técnico , análise e interpretação de sinais . Dentre os tipos de operações possíveis sobre esses sinais, podemos denotar controle , filtragem , compressão e transmissão de dados , redução de ruído , deconvolução , predição, identificação , classificação, etc.

Embora esta disciplina tenha suas origens nas ciências da engenharia (particularmente eletrônica e automação ), hoje ela faz uso extensivo de muitos campos da matemática , como teoria dos sinais , processos estocásticos , espaços vetoriais e álgebra linear e matemática aplicada , em particular teoria da informação , otimização ou análise numérica .

Em geral

Os sinais a serem processados podem vir de uma ampla variedade de fontes, mas a maioria são sinais elétricos ou se tornaram sinais elétricos usando sensores e transdutores (microfones, retinas, térmicos, ópticos, de pressão, posição, velocidade, aceleração e em geral de todos os físicos e quantidades químicas).

Distinguimos principalmente sinais analógicos por um lado, que são produzidos por vários sensores , amplificadores , conversores digital para analógico , de sinais digitais por outro lado, vindos de computadores , terminais , lendo um meio digital ou uma varredura por um analógico -conversor digital.

O processamento pode ser feito, sem digitalização dos sinais, por circuitos eletrônicos analógicos ou também por sistemas ópticos (processamento óptico de sinais). É cada vez mais realizado por processamento digital de sinais , usando computadores, microprocessadores de bordo , microprocessadores especializados chamados DSPs , circuitos reconfiguráveis ( FPGA ) ou componentes digitais dedicados ( ASIC ).

Existem vários ramos específicos de processamento de sinal, dependendo da natureza dos sinais considerados. Em particular :

processamento de voz (ou mais geralmente som) - para análise, compressão, síntese e reconhecimento de voz;
processamento de imagem - para análise, restauração e compressão de imagens estáticas;
processamento de vídeo - para analisar e compactar sequências de vídeo.

O processamento de sinais pode ter diferentes finalidades:

detectar um sinal;
estimar as quantidades a serem medidas em um sinal;
codificação, compressão de sinal para armazenamento e transmissão;
melhoria da sua qualidade (restauração) de acordo com critérios fisiológicos (para ouvir e ver).

O processamento realizado em um sinal depende do objetivo perseguido. Em particular, os conceitos de sinal e ruído são subjetivos, eles dependem do que interessa ao usuário. São utilizadas diferentes medidas representativas da qualidade de um sinal e das informações contidas:

a relação sinal-ruído , conceito muito utilizado, mas ambíguo, pois tudo depende do que é considerado sinal e ruído;
o número de bits efetivos Número Efetivo de Bits ( ENOB ), que é uma medida da qualidade da conversão analógica para digital;
as informações de Fisher , particularmente úteis na estimativa de parâmetros. Pode estar relacionado a um ou mais parâmetros (matriz de informações de Fisher);
a entropia , grandeza depois da física estatística e da teoria da informação (trabalho Shannon ), usada em operações de codificação. É uma medida da informação "intrínseca" do sinal.

Formulários

Por se aplicarem a todos os estágios de uma cadeia de aquisição, análise, transferência e restituição de dados, as técnicas de processamento de sinais encontram aplicações em praticamente todos os campos da tecnologia:

nas telecomunicações: quer no domínio da telefonia, quer na transferência digital de dados terrestres ou por satélite, a compressão de dados é essencial para tirar o melhor partido da largura de banda disponível e para minimizar as perdas de capacidade de transporte. Outra área de aplicação é a supressão de eco.
em áudio: buscamos aprimorar as técnicas de gravação e compressão para obter a melhor qualidade de som possível. As técnicas de correção de eco reduzem os efeitos dos reflexos acústicos na sala. O processamento do som melhorou muito graças aos computadores. No entanto, alguns músicos falam mais de um som de natureza diferente do que de uma mera melhoria qualitativa (assim como o CD não "soa" como o disco de vinil , e algumas bandas, por exemplo , Genesis , se beneficiaram particularmente com o "novo som" oferecido pelo novo meio). A síntese de som também permite criar sons artificiais ou recriar os sons de instrumentos naturais . Ela esteve na origem de muitas convulsões na música .
a análise dos ecos permite obter informações sobre o meio em que as ondas se refletem. Esta técnica é usada no campo de imagens de radar ou sonar . Em geofísica , ao analisar os reflexos das ondas acústicas, podemos determinar a espessura e a natureza dos estratos do subsolo. Esta técnica é usada no campo da exploração mineral e na previsão de terremotos.
na imagem: as aplicações encontram-se na área médica ( reconstrução tomográfica , ressonância magnética - MRI), no espaço (processamento de fotos de satélite ou imagens de radar ). Este campo também inclui técnicas de compressão e reconhecimento de padrões .
o processamento de sequências de vídeo diz respeito à compressão, restauração, realização de efeitos especiais e extração de descritores (reconhecimento de formas e texturas, rastreamento de movimentos, caracterização etc.) para produzir anotações automáticas em perspectiva de bancos de dados ( pesquisa por conteúdo).

Veja também

Notas e referências

Bibliografia

Guy Binet: Processamento digital de sinais - Sinais e sistemas discretos . Elipses, 2013.