El procesamiento de señales implica varios pasos que pueden variar según la aplicación específica y la naturaleza de las señales procesadas:
- Adquisición: este paso implica capturar o adquirir la señal sin procesar de la fuente. En el procesamiento de señales analógicas, esto puede involucrar sensores, transductores u otros dispositivos que convierten fenómenos físicos en señales eléctricas. En el procesamiento de señales digitales (DSP), la adquisición generalmente implica muestrear la señal analógica a intervalos regulares utilizando convertidores de analógico a digital (ADC) para obtener una representación digital.
- Preprocesamiento: El preprocesamiento incluye filtrar y acondicionar la señal adquirida para eliminar ruidos, artefactos o distorsiones no deseados que puedan haberse introducido durante la adquisición o transmisión. Las técnicas de filtrado, como los filtros de paso bajo, paso alto, paso de banda o muesca, se utilizan comúnmente para atenuar o dejar pasar selectivamente ciertas frecuencias de la señal.
- Extracción de características: en muchas aplicaciones de procesamiento de señales, la extracción de características es crucial para identificar características o patrones relevantes en la señal. Este paso implica analizar la señal preprocesada para extraer características o parámetros específicos que sean relevantes para los objetivos de la aplicación. Por ejemplo, en el reconocimiento de voz, la extracción de características puede implicar la extracción de características espectrales como los coeficientes de frecuencia de fusión CEPSstral (MFCC).
- Procesamiento y análisis: este paso implica aplicar algoritmos, transformaciones u operaciones matemáticas a las características extraídas o a la señal completa. En el procesamiento de señales digitales, esto normalmente incluye operaciones como transformadas de Fourier, convolución, correlación, análisis estadístico o algoritmos de aprendizaje automático, según los requisitos de la aplicación.
- Postprocesamiento: El postprocesamiento incluye filtrado, mejora o modificación adicional de la señal procesada para lograr las características de salida deseadas. Este paso puede implicar la aplicación de operaciones inversas para reconstruir o refinar la señal, aplicar bucles de retroalimentación para el procesamiento adaptativo o preparar la señal para su posterior transmisión o almacenamiento.
El proceso de procesamiento de señales generalmente se refiere a la manipulación, análisis e interpretación sistemática de señales para extraer información útil o lograr objetivos específicos. Abarca una gama de técnicas y metodologías adecuadas para diferentes tipos de señales y aplicaciones, desde el procesamiento de audio e imágenes hasta las telecomunicaciones, la ingeniería biomédica y la investigación científica.
El procesamiento de señales digitales (DSP) implica pasos específicos que aprovechan técnicas y algoritmos digitales para procesar señales representadas como secuencias de dígitos binarios (bits):
- Representación digital: la señal analógica se muestrea a intervalos regulares para convertirla en una señal digital de tiempo discreto mediante conversión de analógico a digital (ADC). Este paso implica seleccionar una frecuencia de muestreo adecuada para garantizar una representación precisa de la señal analógica original.
- Filtrado digital: se aplican filtros digitales a la señal digital para manipular su respuesta de frecuencia o eliminar ruidos y artefactos no deseados. Las técnicas de filtrado digital incluyen filtros de respuesta al impulso (FIR), filtros de respuesta al impulso infinito (IIR) y filtros adaptativos, según los requisitos de la aplicación para la selectividad de frecuencia y la respuesta de fase.
- Transformación: Las técnicas de transformación de señales, como las transformadas de Fourier, las transformadas wavelet o las transformadas Z, se utilizan para convertir la señal entre representaciones en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Estas transformaciones facilitan el análisis, filtrado e interpretación de las características de la señal en diferentes dominios.
- Implementación de algoritmos: Se implementan algoritmos de procesamiento de señales digitales para realizar tareas específicas como análisis de señales, modulación, demodulación, codificación, decodificación o reconocimiento de patrones. Estos algoritmos pueden implicar operaciones matemáticas, análisis estadístico, modelado de señales o técnicas de aprendizaje automático según el dominio de la aplicación.
- Reconstrucción de salida: después del procesamiento, la señal digital puede someterse a reconstrucción o síntesis para convertirla a formato analógico mediante conversión de digital a analógico (DAC). Este paso garantiza que la señal procesada pueda enviarse a dispositivos o sistemas analógicos para su posterior uso o transmisión.
El procesamiento de señales de audio implica pasos específicos adecuados para manipular y mejorar señales de audio, comúnmente utilizadas en producción musical, telecomunicaciones, aplicaciones multimedia y reconocimiento de voz:
- Muestreo y cuantificación: las señales de audio analógicas se muestrean a intervalos regulares y se cuantifican en valores digitales discretos mediante ADC, lo que garantiza una representación precisa de la forma de onda analógica original en formato digital.
- Filtrado y ecualización: las señales de audio se someten a procesos de filtrado para ajustar su respuesta de frecuencia mediante ecualizadores (EQS) y procesadores de rango dinámico como compresores y limitadores. Estos procesos dan forma al timbre, la claridad y el equilibrio de las señales de audio para lograr las características de audio deseadas.
- Procesamiento de efectos: los procesadores de efectos de audio se aplican para modificar el sonido de las señales de audio, incluidos reverberación, retardo, efectos de modulación (estribillo, vuelo), cambio de tono y procesamiento espacial. Estos efectos mejoran la creatividad y el realismo en la producción de audio, creando profundidad espacial y textura en las grabaciones de sonido.
- Compresión y codificación: las señales de audio se pueden comprimir utilizando códecs de audio para reducir el tamaño del archivo o el ancho de banda transmitido y al mismo tiempo preservar la calidad de percepción. Las técnicas de codificación, como la modulación de código de impulsos (PCM) o la codificación de audio avanzada (AAC), proporcionan un almacenamiento, transmisión y reproducción eficientes de señales de audio digitales.
- Decodificación y reproducción: las señales de audio procesadas se decodifican de formato digital a analógico utilizando DACS para reproducirlas a través de parlantes o auriculares. Este paso reconstruye la forma de onda analógica original a partir de muestras digitales, lo que garantiza una reproducción precisa de la señal de audio procesada con alta fidelidad y claridad.