Processamento de sinal - Signal processing

Transmissão de sinal usando processamento eletrônico de sinal. Os transdutores convertem sinais de outras formas de onda físicas em formas de onda de corrente elétrica ou tensão , que então são processadas, transmitidas como ondas eletromagnéticas , recebidas e convertidas por outro transdutor para a forma final.
O sinal à esquerda parece ruído, mas a técnica de processamento de sinal conhecida como transformada de Fourier (direita) mostra que ele contém cinco componentes de frequência bem definidos.

O processamento de sinais é um subcampo da engenharia elétrica que se concentra em analisar, modificar e sintetizar sinais como som , imagens e medições científicas. As técnicas de processamento de sinal podem ser usadas para melhorar a transmissão, a eficiência de armazenamento e a qualidade subjetiva e também para enfatizar ou detectar componentes de interesse em um sinal medido.

História

De acordo com Alan V. Oppenheim e Ronald W. Schafer , os princípios do processamento de sinais podem ser encontrados nas técnicas clássicas de análise numérica do século XVII. Eles afirmam ainda que o refinamento digital dessas técnicas pode ser encontrado nos sistemas de controle digital das décadas de 1940 e 1950.

Em 1948, Claude Shannon escreveu o influente artigo " A Mathematical Theory of Communication ", que foi publicado no Bell System Technical Journal . O documento lançou as bases para o desenvolvimento posterior de sistemas de comunicação de informação e processamento de sinais para transmissão.

O processamento de sinais amadureceu e floresceu nas décadas de 1960 e 1970, e o processamento de sinais digitais tornou-se amplamente usado com chips processadores de sinais digitais especializados na década de 1980.

Categorias

Analógico

O processamento analógico de sinais é para sinais que não foram digitalizados, como na maioria dos sistemas de rádio, telefone, radar e televisão do século 20. Isso envolve circuitos eletrônicos lineares e também não lineares. Os primeiros são, por exemplo, filtros passivos , filtros activos , misturadores de aditivos , integradores , e linhas de atraso . Circuitos não lineares incluem expansores , multiplicadores ( misturadores de frequência , amplificadores de tensão controlada ), filtros de tensão controlada , osciladores controlados por tensão , e lacetes de bloqueio de fase .

Tempo contínuo

O processamento de sinal em tempo contínuo é para sinais que variam com a mudança de domínio contínuo (sem considerar alguns pontos de interrupção individuais).

Os métodos de processamento de sinal incluem domínio de tempo , domínio de frequência e domínio de frequência complexo . Esta tecnologia discute principalmente a modelagem de sistema contínuo invariante no tempo linear, integral da resposta de estado zero do sistema, configurando a função do sistema e a filtragem de tempo contínuo de sinais determinísticos

Tempo discreto

O processamento de sinal em tempo discreto é para sinais amostrados, definidos apenas em pontos discretos no tempo e, como tal, são quantizados no tempo, mas não em magnitude.

O processamento de sinal analógico em tempo discreto é uma tecnologia baseada em dispositivos eletrônicos, como circuitos de amostra e retenção , multiplexadores analógicos de divisão de tempo , linhas de atraso analógicas e registradores de deslocamento de feedback analógico . Essa tecnologia foi a predecessora do processamento digital de sinais (veja abaixo) e ainda é usada no processamento avançado de sinais gigahertz.

O conceito de processamento de sinais em tempo discreto também se refere a uma disciplina teórica que estabelece uma base matemática para o processamento de sinais digitais, sem levar em consideração o erro de quantização .

Digital

O processamento de sinal digital é o processamento de sinais digitalizados de amostragem em tempo discreto. O processamento é feito por computadores de uso geral ou por circuitos digitais como ASICs , matrizes de portas programáveis ​​em campo ou processadores de sinais digitais especializados (chips DSP). Operações aritméticas típicas incluem -ponto fixo e de ponto flutuante , de valor real e valor complexo, multiplicação e adição. Outras operações típicas suportadas pelo hardware são buffers circulares e tabelas de pesquisa . Exemplos de algoritmos são a transformada rápida de Fourier (FFT), filtro de resposta de impulso finito (FIR), filtro de resposta de impulso infinito (IIR) e filtros adaptativos , como os filtros de Wiener e Kalman .

Não linear

O processamento de sinais não lineares envolve a análise e processamento de sinais produzidos a partir de sistemas não lineares e pode ser nos domínios do tempo, frequência ou espaço-temporal. Os sistemas não lineares podem produzir comportamentos altamente complexos, incluindo bifurcações , caos , harmônicos e sub - harmônicos que não podem ser produzidos ou analisados ​​usando métodos lineares.

O processamento de sinal polinomial é um tipo de processamento de sinal não linear, onde sistemas polinomiais podem ser interpretados como extensões conceitualmente diretas de sistemas lineares para o caso não linear.

Estatístico

O processamento estatístico de sinais é uma abordagem que trata os sinais como processos estocásticos , utilizando suas propriedades estatísticas para realizar tarefas de processamento de sinais. As técnicas estatísticas são amplamente utilizadas em aplicações de processamento de sinais. Por exemplo, pode-se modelar a distribuição de probabilidade de ruído incorrido ao fotografar uma imagem e construir técnicas baseadas neste modelo para reduzir o ruído na imagem resultante.

Campos de aplicação

Processamento de sinal sísmico

Em sistemas de comunicação, o processamento de sinal pode ocorrer em:

Dispositivos típicos

Métodos matemáticos aplicados

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos