Seinale prozesamendu

Seinale prozesamendua ingeniaritza elektrikoaren azpi arlo bat da non soinu, irudi eta neurketa biologikoen seinalea aztertu, moldatu eta sintetizatzen den. Seinale prozesamendu teknikak transmisioa, biltegiratze efizientzia eta kalitate subjektiboa hobetzeko erabil daitezke, hala nola, seinale baten osagai interesgarriak nabarmendu edo detektatzeko.

Historia 
Alan V. Oppenheim eta Ronald W. Schafterren arabera, XVII. mendeko zenbakizko analisiaren tekniketan aurki daitezke seinale prozesamenduaren printzipioak. Era berean adierazten dute, teknika hauen finketa digitala 1940. eta 1950. urteetako kontrol sistemetan aurki daitekeela.

1948. urtean, Claude Shannon matematikari, ingeniari elektriko eta kriptografoak idatzi zuen "Komunikazioaren teoria matematiko bat" eragin handiko artikulua, Bell System Technical Journal aldizkarian argitaratutakoa. Dokumentu hark informazio komunikazio sistemen garapenerako oinarria finkatu zuen. Ia aldi berean, seinale transmisioaren metodoak azkar garatu ziren, prozesamendu seinaleak deituriko seinale mota berria agertu zen heinean.

Seinale elektronikoen prozesamendua asaldatua izan zen MOSFET (Metal oxido erdieroalezko eremu-efektuko transistore, edo MOS transistore) teknologiagatik, 1959. urtean Mohamed M. Atalla eta Dawon Kahng ingeniariek asmaturikoa. MOS zirkuitu integratuen teknologia lehenengo txip bakarreko mikroprozesadore eta mikrokontroladoreen oinarri izan zen 1970. urteko hamarkadaren hasieran, eta gero 1979. urtean tsip bakarreko lehenengo seinale digitalaren prozesadorea (DSP).

Kategoria

Analogiko 
Seinale analogikoen prozesamendua digitalizatuak izan ez diren seinaleentzako da. Digitalizatuak izan ez diren seinale horiek irrati, telefono, radar edo telebista sistemetan erabilitakoak dira, hain zuzen ere. Honek zirkuitu elektroniko linealak eta ez linealak bereizi behar direla esan nahi du. Zirkuitu elektroniko linealak dira, adibidez, iragazki pasiboak, iragazki aktiboak, nahasgailu gehigarriak, integratzaileak eta atzerapen lineak. Zirkuitu elektroniko ez linealek konpresoreak hartzen dituzte barne, biderkatzaileak (frekuentzia nahasgailuak eta tentsioarekin kontrolatutako anplifikagailuak), tentsioarekin kontrolatutako iragazkiak, tentsioarekin kontrolatutako osziladoreak eta fasean lotutako begiztak.

Denboran jarrai 
Denboran jarraiak diren seinaleen prozesamendua eremu jarraituko aldaketekin aldatzen diren seinaleentzako da (banako eten puntu batzuk kontuan hartu gabe).

Seinale prozesamendu metodoek barne hartzen dute denbora eremua, maiztasun-espektroa eta maiztasun konplexuaren eremua. Teknologia honek nagusiki analizatzen du denbora linealean aldatzen ez den sistema jarrai baten modelaketa, sistemaren zero egoerako erantzunaren integrala, sistemaren funtzioaren konfigurazioa eta seinale deterministen iragazketa jarraitua denboran.

Denbora diskretu 
Denbora diskretuan eginiko seinaleen prozesamendua lagindutako seinaleentzako da, denboran puntu diskretuetan bakarrik definiturikoak direlarik, eta horrela izanda denboran kuantifikatzen dira, baina ez magnitudean.

Denbora diskretuan eginiko seinaleen prozesamendua laginketa eta atxikipen gailu elektronikoetan oinarrituriko teknologia da, denbora multiplexadore zatitzaile analogikoetan, atzerapen lerro analogikoetan eta berrelikadura analogikoko desplazamendu erregistroetan oinarritutakoa. Teknologia hau aurrekari izan zen seinale digitalen prozesamenduan (beherago ikus daitekeen bezala) eta oraindik erabiltzen da giga-hertzeko seinaleen prozesamendu aurreratuan.
Denbora diskretuan eginiko seinalearen prozesamenduaren kontzeptua seinale digitalen prozesamendurako oinarri matematikoa zehazten duen diziplina teorikoa ere da, kuantifikazio errorea kontuan izan gabe.

Digital 
Seinale digitalaren prozesamendua denbora diskretuko seinale digital laginduen prozesamendua da. Prozesamendu hau erabilera orokorreko ordenagailuen bidez edo ASIC bezalako zirkuitu digitalen laguntzaz egiten da, ate programagarrien konponketa eremuan edo seinale digital espezializatuen prozesadoreetan (DSP tsip bezalakoak). Eragiketa aritmetiko tipikoek koma flotatzaileak, balio erreal eta balio konplexuak, biderketak eta gehiketak hartzen dituzte barne. Aurrekoez gain, hardwareak jasan ditzakeen eragiketa ohikoenen barnean erdibideko memoria zirkularrak eta bilaketa taulak daude. Algoritmoen adibide dira Fourierren transformatu azkarra (FFT), bulkada finituko erantzuneko iragazkia (FIR), bulkada infinituko erantzuneko iragazkia (IIR) eta Wiener eta Kalmanen iragazkiak bezalako iragazki moldagarriak.

Ez lineal 
Seinale ez linealen prozesamenduak sistema ez linealek sorturiko seinaleen analisia eta prozesamendua inplikatzen du. Seinale hori denbora, maiztasun edo espazio-denboraren domeinuan egon daiteke. Sistema ez linealek aldaera konplexuak sorrarazi ditzakete, esate baterako, bifurkazioak, anabasa, harmonikoak eta subharmonikoak eta hauek ezin dira metodo linealen bidez analizatu edo ekoitzi.

Estatistiko 
Seinaleen prozesamendu estatistikoak seinaleak prozesu estokastiko moduan tratatzen dituen ikuspuntua da, seinale prozesamendu atazak egiteko bere propietate estatistikoak erabiltzen dituelarik. Seinale prozesamenduan oinarritutako aplikazioetan asko erabiltzen dira teknika estatistiko hauek. Adibidez, irudi bati argazkia ateratzean sortutako zarataren banaketa probabilitatea moldatu daiteke, eta modelo honetan oinarritutako teknikak eraiki zarata hori minimizatzeko lortu nahi den azken irudi baterako.

Aplikazio eremuak 

 Audio seinale prozesamendu - soinuak errepresentatzen dituzten seinale elektrikoentzako, mintzapen edo musika
 Ahots prozesamendu digital - ahozko hizkuntza interpretatu eta prozesatzeko
 Irudien prozesaketa digital - kamera digitaletan, ordenagailuetan eta hainbat irudi sistemetan
 Bideo prozesamendu - mugimenduan dauden irudiak interpretatzeko
 Hari(rik) gabeko komunikazio - Uhin formen sorrera, demodulazioa, iragazketa, ekualizazioa
 Kontrol sistema
 Array prozesamendu - sentsore multzoen seinaleak prozesatzeko
 Tresneria eta prozesu kontrol - seinale anitz erabiltzen dira, korronte begizta barne 4-20 mA industri estandarra
 Sismologia
 Seinale finantzarioen prozesamendu - Seinaleen prozesamendu teknikak erabiliz egindako datu finantzarioen analisia, iragarpenentzako gehienbat
 Ezaugarri erauzketa - ikusmen artifizial eta hizketa-ezagutze
 Kalitate hobekuntza, zarata murrizketa bezalakoa, irudi hobekuntz eta oihartzun deuseztapen
 (Datu-konpresio) audio-konpresioa barne, irudi-konpresio eta bideo-konpresio
 Genomika

Komunikazio sistemetan seinaleen prozesamendua gerta daiteke:

 OSI 1 geruzan zazpi geruzetako modeloan, geruza fisikoa (modulazioa, ekualizazioa, multiplexazioa, etab.)
 OSI 2 geruzan, lotura geruza (interleaving)
 OSI 6 geruzan, aurkezpen geruza (iturri kodifikazioa, analogikotik digitalera bihurtzea eta seinale konpresioa)

Erabilitako metodo matematikoak 

 Ekuazio diferentzial
 Funtzio errekurtsibo
 Transformazio teoria
 Denbora-maiztasun analisia - seinale ez egonkorrak prozesatzeko
 Dentsitate espektralaren kalkulu - serie iragankor baten eduki espektrala mugatzeko
 LTI sistemaren teoria eta transformazioaren teoria
 Seinale polinomikoaren prozesamendu
 Sistemen identifikazio eta klasifikazio
 Kalkulu infinitezimal
 Analisi konplexu
 Bektore espazio eta Aljebra lineal
 Analisi funtzional
 Probabilitate eta prozesu estokastiko
 Seinale detekzio teoria
 Zenbatespen teoria
 Optimizazio
 Analisi numeriko
 Denbora serie
 Datu-meatzaritza

Erreferentziak

Ikus, gainera 

 Audio iragazkia
 Aldakuntza mugatua
 Irudien prozesaketa digitala
 Tarte dinamikoko konpresioa, zirkuitu moztaile eta zarata ate
 Informazioaren teoria
 Erreberberazio

Kanpo estekak 

 Komunikazioetarako seinale prozesamendua - sarean aurki daitekeen dohaineko testu liburua Paolo Prandoni eta Martin Vetterlik idatzia (2008)
 Seinale digitalen prozesamendurako zientzialari eta ingeniarien gida - dohaineko testu liburua Stephen Smithek idatzia
 Parke elektrikoen ezaugarriak determinatzeko seinaleen prozesamendu teknikak
 IEEE seinale prozesamendu elkartea
 Seinale biomedikuen prozesamenduaren laburpena
 IPython koadernoak Pythonentzat seinale prozesamendu liburuarentzat

 
Hedabideen teknologia