Elaborazione del segnale

L' elaborazione del segnale è la disciplina che sviluppa ed esamina l' elaborazione tecnica , l'analisi e l' interpretazione dei segnali . Tra i tipi di operazioni possibili su questi segnali, possiamo denotare controllo , filtraggio , compressione e trasmissione dati , riduzione del rumore , deconvoluzione , predizione, identificazione , classificazione, ecc.

Sebbene questa disciplina abbia le sue origini nelle scienze ingegneristiche (in particolare elettronica e automazione ), oggi fa ampio uso di molti campi della matematica , come la teoria dei segnali , i processi stocastici , gli spazi vettoriali e l'algebra lineare e la matematica applicata , in particolare la teoria dell'informazione , ottimizzazione o analisi numerica .

Generale

I segnali da elaborare possono provenire da un'ampia varietà di sorgenti, ma la maggior parte sono segnali elettrici oppure sono diventati segnali elettrici utilizzando sensori e trasduttori (microfoni, retine, termici, ottici, pressione, posizione, velocità, accelerazione e in generale di tutti i fisici e quantità chimiche).

Distinguiamo principalmente segnali analogici da un lato, che sono prodotti da vari sensori , amplificatori , convertitori digitale-analogico , da segnali digitali dall'altro, provenienti da computer , terminali , che leggono un supporto digitale o una scansione da un analogico -convertitore digitale.

L'elaborazione può essere effettuata, senza digitalizzare i segnali, mediante circuiti elettronici analogici o anche sistemi ottici (elaborazione del segnale ottico). Viene sempre più eseguito dall'elaborazione del segnale digitale , utilizzando computer, microprocessori di bordo , microprocessori specializzati chiamati DSP , circuiti riconfigurabili ( FPGA ) o componenti digitali dedicati ( ASIC ).

Esistono diversi rami particolari dell'elaborazione del segnale, a seconda della natura dei segnali considerati. In particolare :

elaborazione del parlato (o più in generale suono) - per l'analisi, la compressione, la sintesi e il riconoscimento del parlato;
elaborazione delle immagini - per l'analisi, il restauro e la compressione di immagini fisse;
elaborazione video - per analizzare e comprimere sequenze video.

L'elaborazione del segnale può avere diversi scopi:

rilevare un segnale;
stimare le grandezze da misurare su un segnale;
codifica, compressione del segnale per l'archiviazione e la trasmissione;
miglioramento della sua qualità (ripristino) secondo criteri fisiologici (per l'ascolto e la visione).

L'elaborazione effettuata su un segnale dipende dallo scopo perseguito. In particolare, i concetti di segnale e rumore sono soggettivi, dipendono da ciò che interessa l'utente. Vengono utilizzate diverse misure rappresentative della qualità di un segnale e delle informazioni contenute:

il rapporto segnale / rumore , concetto usato molto frequentemente ma equivoco poiché tutto dipende da ciò che viene considerato come segnale e come rumore;
il numero di bit effettivi Numero effettivo di bit ( ENOB ) che è una misura della qualità della conversione da analogico a digitale;
le informazioni di Fisher , particolarmente utili nella stima dei parametri. Può riferirsi a uno o più parametri (matrice informativa di Fisher);
l' entropia , grandezza dopo la fisica statistica e la teoria dell'informazione (opera Shannon ), usata nelle operazioni di codifica. È una misura dell'informazione "intrinseca" del segnale.

Applicazioni

Poiché si applicano a tutte le fasi di una catena di acquisizione, analisi, trasferimento e restituzione dei dati, le tecniche di elaborazione dei segnali trovano applicazione praticamente in tutti i campi della tecnologia:

nelle telecomunicazioni: sia nel campo della telefonia che nel trasferimento di dati digitali terrestri o satellitari, la compressione dei dati è essenziale per utilizzare al meglio la larghezza di banda disponibile e per ridurre al minimo le perdite di capacità di trasporto. Un'altra area di applicazione è la soppressione dell'eco.
in audio: cerchiamo di migliorare le tecniche di registrazione e compressione per ottenere la massima qualità del suono possibile. Le tecniche di correzione dell'eco riducono gli effetti dei riflessi acustici nella stanza. L' elaborazione del suono è notevolmente migliorata grazie ai computer. Tuttavia, alcuni musicisti parlano più di un suono di natura diversa che di un mero miglioramento qualitativo (così come il CD non "suona" come il disco in vinile , e alcune band, ad esempio i Genesis , hanno particolarmente beneficiato del "nuovo suono" offerto dal nuovo mezzo). La sintesi sonora permette anche di creare suoni artificiali o ricreare i suoni di strumenti naturali . Era all'origine di molti sconvolgimenti nella musica .
l'analisi degli echi permette di ottenere informazioni sul mezzo su cui si riflettono le onde. Questa tecnica viene utilizzata nel campo delle immagini radar o sonar . In geofisica , analizzando le riflessioni delle onde acustiche, possiamo determinare lo spessore e la natura degli strati del sottosuolo. Questa tecnica è utilizzata nel campo dell'esplorazione mineraria e nella previsione dei terremoti.
nell'imaging: le applicazioni si trovano in campo medico ( ricostruzione tomografica , risonanza magnetica - MRI), nello spazio (elaborazione di foto satellitari o immagini radar ). Questo campo include anche il riconoscimento dei modelli e le tecniche di compressione.
l'elaborazione di sequenze video riguarda la compressione, il restauro, la realizzazione di effetti speciali, e l' estrazione di descrittori (riconoscimento di forme e texture, tracciamento dei movimenti, caratterizzazione ecc.) al fine di produrre annotazioni automatiche in una prospettiva di database ( ricerca per contenuto).

Vedi anche

Note e riferimenti

Bibliografia

Guy Binet: Elaborazione del segnale digitale - Segnali e sistemi discreti . Ellissi, 2013.