Le traitement du signal implique plusieurs étapes qui peuvent varier en fonction de l’application spécifique et de la nature des signaux traités:
- Acquisition: Cette étape consiste à capturer ou à acquérir le signal brut à partir de la source. Dans le traitement du signal analogique, cela peut impliquer des capteurs, des transducteurs ou d’autres dispositifs qui convertissent les phénomènes physiques en signaux électriques. Dans le traitement du signal numérique (DSP), l’acquisition implique généralement l’échantillonnage du signal analogique à intervalles réguliers en utilisant des convertisseurs analogiques-numériques (ADC) pour obtenir une représentation numérique.
- Prétraitement: le prétraitement comprend le filtrage et le conditionnement du signal acquis pour éliminer le bruit, les artefacts ou les distorsions indésirables qui peuvent avoir été introduits lors de l’acquisition ou de la transmission. Les techniques de filtrage telles que les filtres passe-bas, passe-haut, bande passante ou encoche sont couramment utilisés pour atténuer sélectivement ou passer certaines fréquences du signal.
- Extraction des caractéristiques: Dans de nombreuses applications de traitement du signal, l’extraction des fonctionnalités est cruciale pour identifier les caractéristiques ou les modèles pertinents dans le signal. Cette étape consiste à analyser le signal prétraité pour extraire des caractéristiques ou des paramètres spécifiques qui sont pertinents pour les objectifs de l’application. Par exemple, dans la reconnaissance de la parole, l’extraction des caractéristiques peut impliquer l’extraction de caractéristiques spectrales telles que les coefficients CEPSstraux Mel-Frequency (MFCC).
- Traitement et analyse: Cette étape consiste à appliquer des algorithmes mathématiques, des transformations ou des opérations aux caractéristiques extraites ou à l’ensemble du signal. Dans le traitement du signal numérique, cela comprend généralement des opérations telles que les transformations de Fourier, la convolution, la corrélation, l’analyse statistique ou les algorithmes d’apprentissage automatique en fonction des exigences de l’application.
- Post-traitement: le post-traitement comprend un filtrage, une amélioration ou une modification supplémentaires du signal traité pour atteindre les caractéristiques de sortie souhaitées. Cette étape peut impliquer l’application d’opérations inverses pour reconstruire ou affiner le signal, en appliquant des boucles de rétroaction pour un traitement adaptatif ou en préparant le signal pour une transmission ou un stockage supplémentaire.
Le processus de traitement du signal fait généralement référence à la manipulation systématique, à l’analyse et à l’interprétation des signaux pour extraire des informations utiles ou atteindre des objectifs spécifiques. Il englobe une gamme de techniques et de méthodologies adaptées à différents types de signaux et d’applications, du traitement audio et de l’image aux télécommunications, à l’ingénierie biomédicale et à la recherche scientifique.
Le traitement du signal numérique (DSP) implique des étapes spécifiques qui tirent parti des techniques numériques et des algorithmes pour traiter les signaux représentés comme des séquences de chiffres binaires (bits):
- Représentation numérique: le signal analogique est échantillonné à intervalles réguliers pour le convertir en un signal numérique à temps discret en utilisant une conversion analogique-numérique (ADC). Cette étape consiste à sélectionner un taux d’échantillonnage approprié pour assurer une représentation précise du signal analogique d’origine.
- Filtrage numérique: les filtres numériques sont appliqués au signal numérique pour manipuler sa réponse en fréquence ou supprimer le bruit et les artefacts indésirables. Les techniques de filtrage numérique comprennent les filtres de réponse à l’impulsion (FIR), les filtres de réponse à l’impulsion infinie (IIR) et les filtres adaptatifs, en fonction des exigences de l’application pour la sélectivité de la fréquence et la réponse de phase.
- Transformation: des techniques de transformation du signal telles que les transformations de Fourier, les transformations en ondelettes ou les transformations Z sont utilisées pour convertir le signal entre les représentations du domaine temporel et du domaine de fréquence. Ces transformations facilitent l’analyse, le filtrage et l’interprétation des caractéristiques du signal dans différents domaines.
- Implémentation de l’algorithme: les algorithmes de traitement du signal numérique sont implémentés pour effectuer des tâches spécifiques telles que l’analyse du signal, la modulation, la démodulation, le codage, le décodage ou la reconnaissance de modèle. Ces algorithmes peuvent impliquer des opérations mathématiques, une analyse statistique, une modélisation du signal ou des techniques d’apprentissage automatique en fonction du domaine d’application.
- Reconstruction de sortie: Après le traitement, le signal numérique peut subir une reconstruction ou une synthèse pour la convertir en forme analogique en utilisant la conversion numérique-analogique (DAC). Cette étape garantit que le signal traité peut être sorti sur des dispositifs ou des systèmes analogiques pour une utilisation ou une transmission ultérieure.
Le traitement du signal audio implique des étapes spécifiques adaptées à la manipulation et à l’amélioration des signaux audio, couramment utilisées dans la production musicale, les télécommunications, les applications multimédias et la reconnaissance de la parole:
- Échantillonnage et quantification: les signaux audio analogiques sont échantillonnés à intervalles réguliers et quantifiés en valeurs numériques discrètes en utilisant des ADC, garantissant une représentation précise de la forme d’onde analogique d’origine sous forme numérique.
- Filtrage et égalisation: les signaux audio subissent des processus de filtrage pour ajuster leur réponse en fréquence à l’aide de processeurs d’égaliseurs (EQS) et de plage dynamique tels que les compresseurs et les limiteurs. Ces processus façonnent le timbre, la clarté et l’équilibre des signaux audio pour atteindre les caractéristiques audio souhaitées.
- Traitement des effets: les processeurs d’effets audio sont appliqués pour modifier le son des signaux audio, y compris la réverbération, le retard, les effets de modulation (chorus, le vol), le changement de hauteur et le traitement spatial. Ces effets améliorent la créativité et le réalisme dans la production audio, créant une profondeur spatiale et une texture dans les enregistrements sonores.
- Compression et codage: les signaux audio peuvent être compressés à l’aide de codecs audio pour réduire la taille du fichier ou la bande passante transmise tout en préservant la qualité perceptuelle. Les techniques de codage telles que la modulation du code d’impulsion (PCM) ou le codage audio avancé (AAC) assurent un stockage, une transmission et une lecture efficaces des signaux audio numériques.
- Décodage et lecture: les signaux audio traités sont décodés de la forme numérique à analogique à l’aide de DACS pour la lecture via des haut-parleurs ou des écouteurs. Cette étape reconstruit la forme d’onde analogique d’origine à partir d’échantillons numériques, assurant une reproduction précise du signal audio traité avec une fidélité et une clarté élevées.