Przetwarzanie sygnałów

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Przesył sygnału za pomocą elektronicznego przetwarzania sygnału.
Przetwornik przetwarza pierwotny sygnał mowy z zakresu fali akustycznej na przebiegi prądu lub napięcia elektrycznego, które są dalej przetwarzane i transmitowane w postaci fali elektromagnetycznej, a następnie są odbierane, przetwarzane przez następny przetwornik do formy końcowej (która w tym przypadku jest bliska formie pierwotnej).
Legenda: Signalsygnał, Transducer – przetwornik, Electronic signal – sygnał elektroniczny, Electronic processors – procesory elektroniczne, I, V (I, U) – prąd, napięcie elektryczne, Transmitternadajnik, Electromagnetic wave – fala elektomagnetyczna, Receiverodbiornik

Przetwarzanie sygnałów zajmuje się wykonywaniem pewnych operacji na sygnałach oraz interpretacją tychże sygnałów.

Przetwarzanie sygnałów jest dziedziną matematyki stosowanej, która dotyczy użytecznych operacji na sygnałach lub analizy tych sygnałów odbywającej się w czasie ciągłym lub na dyskretnych próbkach tych sygnałów. W zależności od zastosowań takimi użytecznymi operacjami mogą być działania kontrolne, kompresja danych, transmisja danych, pozbywanie się szumów i sygnałów zakłócających, predykcja zachowania się sygnału, filtrowanie, wygładzanie, deblurring (odtwarzanie zniekształconego sygnału z jego „zarysów”), rekonstrukcja tomograficzna, identyfikacja, klasyfikacja i wiele innych tego typu operacji[1].

Przetwarzane sygnały mogą zawierać dźwięk, obrazy, wielkości mierzone zależne od czasu i dane pochodzące z czujników pomiarowych, na przykład dane z procesów biologicznych, takich jak elektrokardiogramy, sygnały z systemów kontroli, sygnały transmisji telekomunikacyjnych, np. sygnały radiowe i telewizyjne oraz wiele innych.

Zarys historyczny[edytuj | edytuj kod]

Według Alana V. Oppenheima i Ronalda W. Schafera zasady przetwarzania sygnałów można znaleźć w technikach klasycznej analizy matematycznej znanej już w XVII wieku. Ponadto twierdzą oni, że pojęcie „digitalizacji” lub cyfrowe udoskonalanie tych technik można znaleźć w cyfrowych systemach kontroli z lat 40. i 50. XX wieku[2]. Nad podstawami przetwarzania sygnałów pracował także Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830). Matematyką zajmował się w wolnych chwilach, bardziej intensywnie pod koniec życia. Wtedy to opracował popularną do dnia dzisiejszego, analizę częstotliwościową. Są to tzw. szeregi Fouriera i transformacja Fouriera. Ten aparat matematyczny daje podstawy teoretyczne częstotliwościowej analizy sygnałów. Funkcje będące modelami sygnałów są dzięki metodom Fouriera, zamieniane na ciągi wartości liczbowych lub funkcje, prezentujące częstotliwości zawarte w analizowanych sygnałach.

Klasyfikacja sygnałów[edytuj | edytuj kod]

Sygnały można podzielić na analogowe, w przypadku których sygnał zmienia się w sposób ciągły, oraz na cyfrowe w przypadku których sygnał zmienia się w sposób dyskretny. Zarówno sygnały analogowe, jak i cyfrowe mogą pochodzić z różnych źródeł i mogą być zarówno wygenerowane w swojej dziedzinie (np. przez oscylatory analogowe lub oscylatory cyfrowe), jak i zostać przekształcone z innej dziedziny.

Istnieje wiele sposobów przetwarzania synałów, których użycie jest zależne od natury sygnału, tak jak w poniższych przykładach. Wiele z metod przetwarzania ma swoje odpowiedniki zarówno dla sygnałów analogowych, jak i cyfrowych (np. filtacja, modulacja). Istnieje jednak spora grupa sposobów przetwarzania, które istnieją wyłącznie w dziedzinie cyfrowej (np. kodowanie).

Wyróżnia się:

a także:

  • Przetwarzanie mowy[3] – dotyczy m.in. rozpoznawania mowy, rozpoznawania mówców, syntezę mowy, redukcję zakłóceń uwzględniającą specyfikę sygnału mowy.
  • Przetwarzanie sekwencji wizyjnych (sygnałów wideo) – poddziedzina CPS, która dotyczy m.in. kodowania (kompresji) sekwencji, poprawy ich jakości, analizy ruchu w sekwencji, detekcji określonych obiektów i zdarzeń.
  • Przetwarzanie tablicowe – przetwarzanie zbiorów sygnałów najczęściej rejestrowanych przez grupy czujników, na przykład grupę anten, macierz mikrofonów itp.

Literatura[edytuj | edytuj kod]

  • J. Szabatin, Podstawy teorii sygnałów, wyd. 4, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002.
  • J. Osiowski, J. Szabatin, Podstawy teorii obwodów, tom I, II i III, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003, 2006.
  • G.R. Lyons, Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1999.
  • J. Wojciechowski (red.), Sygnały i systemy. Ćwiczenia laboratoryjne, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2000.
  • K.G. Beauchamp, Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i cyfrowymi, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1978.
  • B Ziółko, M. Ziółko Przetwarzanie mowy, Wydawnictwa AGH, 2012 [3].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Mathematical Methods and Algorithms for Signal Processing, Todd K. Moon, Wynn C. Stirling, Prentice Hall, 2000, s. 4, ISBN 0-201-36186-8 (książka w języku angielskim).
  2. Digital Signal Processing, Prentice Hall, 1975, s. 5, ISBN 0-13-214635-5 (książka w języku angielskim).
  3. 3,0 3,1 Strona książki Przetwarzanie mowy