Sinyal işleme, spesifik uygulamaya ve işlenen sinyallerin doğasına bağlı olarak değişebilen birkaç adımı içerir:
- Edinme: Bu adım, kaynaktan ham sinyalin yakalanmasını veya edinilmesini içerir. Analog sinyal işlemede bu, fiziksel olayları elektrik sinyallerine dönüştüren sensörleri, dönüştürücüleri veya diğer cihazları içerebilir. Dijital sinyal işlemede (DSP), edinim tipik olarak dijital bir temsil elde etmek için analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC’ler) kullanılarak analog sinyalin düzenli aralıklarla örneklenmesini içerir.
- Ön işleme: Ön işleme, edinme veya iletim sırasında ortaya çıkabilecek istenmeyen gürültüyü, yapaylıkları veya bozulmaları ortadan kaldırmak için elde edilen sinyalin filtrelenmesini ve koşullandırılmasını içerir. Alçak geçiren, yüksek geçiren, bant geçiren veya çentik filtreleri gibi filtreleme teknikleri, sinyalin belirli frekanslarını seçici olarak zayıflatmak veya geçirmek için yaygın olarak kullanılır.
- Özellik Çıkarma: Birçok sinyal işleme uygulamasında, özellik çıkarma, sinyaldeki ilgili özellikleri veya kalıpları tanımlamak için çok önemlidir. Bu adım, uygulama hedefleriyle ilgili belirli özellikleri veya parametreleri çıkarmak için önceden işlenmiş sinyalin analiz edilmesini içerir. Örneğin, konuşma tanımada özellik çıkarma, CEPSstral Mel-Frekans Katsayıları (MFCC) gibi spektral özelliklerin çıkarılmasını içerebilir.
- İşleme ve analiz: Bu adım, çıkarılan özelliklere veya sinyalin tamamına matematiksel algoritmaların, dönüşümlerin veya işlemlerin uygulanmasını içerir. Dijital sinyal işlemede bu genellikle uygulama gereksinimlerine bağlı olarak Fourier dönüşümleri, evrişim, korelasyon, istatistiksel analiz veya makine öğrenimi algoritmaları gibi işlemleri içerir.
- İşlem sonrası: İşlem sonrası, istenen çıkış özelliklerini elde etmek için işlenen sinyalin daha fazla filtrelenmesini, geliştirilmesini veya değiştirilmesini içerir. Bu adım, sinyali yeniden oluşturmak veya iyileştirmek için ters işlemlerin uygulanmasını, uyarlamalı işleme için geri besleme döngülerinin uygulanmasını veya sinyalin daha fazla iletim veya depolama için hazırlanmasını içerebilir.
Sinyal işleme süreci genel olarak yararlı bilgileri çıkarmak veya belirli hedeflere ulaşmak için sinyallerin sistematik manipülasyonunu, analizini ve yorumlanmasını ifade eder. Ses ve görüntü işlemeden telekomünikasyona, biyomedikal mühendisliğine ve bilimsel araştırmaya kadar farklı sinyal ve uygulama türlerine uygun bir dizi teknik ve metodolojiyi kapsar.
Dijital sinyal işleme (DSP), ikili basamak (bit) dizileri olarak temsil edilen sinyalleri işlemek için dijital teknikleri ve algoritmaları kullanan belirli adımları içerir:
- Dijital gösterim: Analog sinyal, analogdan dijitale dönüştürme (ADC) kullanılarak ayrık zamanlı dijital sinyale dönüştürülmek üzere düzenli aralıklarla örneklenir. Bu adım, orijinal analog sinyalin doğru bir şekilde temsil edilmesini sağlamak için uygun bir örnekleme hızının seçilmesini içerir.
- Dijital Filtreleme: Dijital filtreler, frekans tepkisini değiştirmek veya istenmeyen gürültüyü ve bozulmaları ortadan kaldırmak için dijital sinyale uygulanır. Dijital filtreleme teknikleri, frekans seçiciliği ve faz yanıtına yönelik uygulama gereksinimlerine bağlı olarak darbe yanıt filtrelerini (FIR), sonsuz darbe yanıt filtrelerini (IIR) ve uyarlanabilir filtreleri içerir.
- Dönüşüm: Fourier dönüşümleri, dalgacık dönüşümleri veya Z dönüşümleri gibi sinyal dönüştürme teknikleri, sinyali zaman alanı ve frekans alanı gösterimleri arasında dönüştürmek için kullanılır. Bu dönüşümler, farklı alanlardaki sinyal özelliklerinin analizini, filtrelenmesini ve yorumlanmasını kolaylaştırır.
- Algoritmanın Uygulanması: Dijital sinyal işleme algoritmaları, sinyal analizi, modülasyon, demodülasyon, kodlama, kod çözme veya örüntü tanıma gibi belirli görevleri gerçekleştirmek için uygulanır. Bu algoritmalar, uygulama alanına bağlı olarak matematiksel işlemleri, istatistiksel analizleri, sinyal modellemeyi veya makine öğrenme tekniklerini içerebilir.
- Çıkışın Yeniden Oluşturulması: İşlemden sonra, dijital sinyal, dijitalden analoğa dönüştürme (DAC) kullanılarak analog forma dönüştürülmesi için yeniden yapılanmaya veya senteze tabi tutulabilir. Bu adım, işlenen sinyalin daha fazla kullanım veya iletim için analog cihazlara veya sistemlere çıkışının yapılabilmesini sağlar.
Ses sinyali işleme, müzik prodüksiyonunda, telekomünikasyonda, multimedya uygulamalarında ve konuşma tanımada yaygın olarak kullanılan ses sinyallerini işlemek ve geliştirmek için uygun belirli adımları içerir:
- Örnekleme ve Niceleme: Analog ses sinyalleri düzenli aralıklarla örneklenir ve ADC’ler kullanılarak ayrı dijital değerlere nicelenir, böylece orijinal analog dalga formunun dijital biçimde doğru bir şekilde temsil edilmesi sağlanır.
- Filtreleme ve eşitleme: Ses sinyalleri, ekolayzırları (EQS) ve kompresörler ve sınırlayıcılar gibi dinamik aralık işlemcilerini kullanarak frekans yanıtlarını ayarlamak için filtreleme işlemlerinden geçer. Bu işlemler, istenen ses özelliklerini elde etmek için ses sinyallerinin tınısını, netliğini ve dengesini şekillendirir.
- Efekt işleme: Ses efektleri işlemcileri, yankı, gecikme, modülasyon efektleri (koro, uçuş), perde kaydırma ve uzaysal işleme dahil olmak üzere ses sinyallerinin sesini değiştirmek için uygulanır. Bu efektler ses üretiminde yaratıcılığı ve gerçekçiliği artırır, ses kayıtlarında mekansal derinlik ve doku yaratır.
- Sıkıştırma ve kodlama: Ses sinyalleri, algısal kaliteyi korurken dosya boyutunu veya iletilen bant genişliğini azaltmak için ses codec’leri kullanılarak sıkıştırılabilir. Darbe kod modülasyonu (PCM) veya gelişmiş ses kodlama (AAC) gibi kodlama teknikleri, dijital ses sinyallerinin verimli bir şekilde depolanmasını, iletilmesini ve oynatılmasını sağlar.
- Kod çözme ve oynatma: İşlenen ses sinyallerinin kodu, hoparlörler veya kulaklıklar aracılığıyla oynatmak için DACS kullanılarak dijitalden analog forma dönüştürülür. Bu adım, dijital örneklerden orijinal analog dalga biçimini yeniden oluşturarak, işlenmiş ses sinyalinin yüksek doğruluk ve netlikle doğru şekilde çoğaltılmasını sağlar.