پردازش سیگنال رشته ای از مهندسی، ریاضیات و علوم کامپیوتر است که به پردازش، تجزیه و تحلیل و استخراج اطلاعات از سیگنال های آنالوگ و دیجیتال می پردازد. این سیگنال ها می توانند صدا، ویدیو، داده های حسگر، تصاویر و بسیاری از انواع دیگر داده ها باشند. تکنیک های پردازش سیگنال در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله مخابرات، پردازش صوت، پردازش تصویر، تشخیص گفتار و سیستم های کنترل استفاده می شوند. برخی از اهداف رایج پردازش سیگنال عبارتند از فیلتر کردن، کاهش نویز، فشرده سازی و استخراج ویژگی های سیگنال.

پردازش سیگنال دیجیتال

پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) یکی از زیرشاخه های پردازش سیگنال است که به طور خاص با نمایش و دستکاری سیگنال ها در قالب گسسته سر و کار دارد. این بدان معنی است که در پردازش سیگنال دیجیتال، سیگنال های ورودی پیش از اعمال هر گونه فرآیند پردازشی بر روی سیگنال باید ابتدا به فرمت دیجیتال (فرمت گسسته) تبدیل شوند.

کاربردها

روش­های پردازش سیگنال در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند، از جمله:

1. ارتباط از راه دور: تکنیک های پردازش سیگنال در مخابرات برای انتقال، دریافت و پردازش سیگنال ها از طریق کانال های ارتباطی استفاده می شود. این شامل وظایفی مانند مدولاسیون، دمدولاسیون، تصحیح خطا و تقویت سیگنال است.

2. پردازش صوتی و ویدیویی: تکنیک های پردازش سیگنال برای افزایش کیفیت و وضوح سیگنال های صوتی و تصویری و همچنین استخراج ویژگی هایی مانند گفتار، موسیقی و اجسام متحرک استفاده می شود.

3. پردازش تصویر: تکنیک های پردازش سیگنال برای بهبود کیفیت و وضوح تصاویر و همچنین استخراج ویژگی هایی مانند لبه ها، شکل ها و بافت ها استفاده می شود.

4. تشخیص گفتار: تکنیک‌های پردازش سیگنال برای تجزیه و تحلیل و تفسیر سیگنال‌های گفتاری استفاده می‌شوند و امکان توسعه سیستم‌هایی را فراهم می‌کنند که می‌توانند گفتار را رونویسی کنند یا دستورات گفتاری را تشخیص دهند.

5. سیستم های کنترل: تکنیک های پردازش سیگنال در سیستم های کنترلی برای تثبیت و بهینه سازی عملکرد سیستم ها با پردازش سیگنال های بازخورد از سنسورها و محرک ها استفاده می شوند.

6. مهندسی پزشکی: تکنیک های پردازش سیگنال در مهندسی پزشکی برای تجزیه و تحلیل و تفسیر سیگنال های دستگاه های پزشکی مانند الکتروکاردیوگرام (ECG) و اسکنرهای تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) استفاده می شوند.

7. مهندسی مالی: تکنیک های پردازش سیگنال در مهندسی مالی برای تجزیه و تحلیل و تفسیر داده های مالی و توسعه مدل های پیش بینی برای بازارهای مالی استفاده می شوند.

پردازش سیگنال چگونه کار می کند؟

پردازش سیگنال شامل نمایش، استخراج اطلاعات و تجزیه و تحلیل سیگنال های آنالوگ و دیجیتال است. مراحل یک پردازش سیگنال می تواند بسته به کاربرد و اهداف سیستم پردازش سیگنال متفاوت باشد.

مراحل اصلی پردازش سیگنال

مراحل اصلی پردازش سیگنال آمده است:

1. داده برداری: اولین گام در پردازش سیگنال، بدست آوردن سیگنال ورودی است. این ممکن است شامل استفاده از حسگرها برای اندازه‌گیری مقادیر فیزیکی مانند دما، فشار یا شتاب باشد، یا ممکن است شامل ضبط صدا، ویدیو یا انواع دیگر داده‌ها باشد.

2. تبدیل سیگنال: اگر سیگنال ورودی در فرمت آنالوگ باشد، ممکن است نیاز باشد که با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به فرمت دیجیتال تبدیل شود. این اجازه می دهد تا سیگنال با استفاده از تکنیک های دیجیتال، مانند عملیات ریاضی و الگوریتم پردازش شود.

3. نمایش سیگنال: سپس سیگنال ورودی به شکل مناسبی برای پردازش نمایش داده می شود. این ممکن است شامل نمایش سیگنال به عنوان یک دنباله گسسته از نمونه ها یا به عنوان یک تابع پیوسته باشد.

4. دستکاری سیگنال: سپس سیگنال ورودی با استفاده از تکنیک های مختلف مانند فیلتر کردن، کاهش نویز، فشرده سازی و استخراج ویژگی دستکاری می شود. این تکنیک ها را می توان با استفاده از الگوریتم ها و عملیات ریاضی پیاده سازی کرد.

5. تجزیه و تحلیل سیگنال: سیگنال دستکاری شده سپس برای استخراج اطلاعات مفید یا تصمیم گیری تجزیه و تحلیل می شود. این ممکن است شامل تشخیص الگوها یا ویژگی های سیگنال، طبقه بندی سیگنال به دسته های مختلف یا تخمین مقادیر پارامترهای خاص باشد.

6. سنتز سیگنال: خروجی سیستم پردازش سیگنال ممکن است یک سیگنال سنتز شده باشد که بر اساس سیگنال ورودی پردازش شده و هرگونه اطلاعات یا محدودیت اضافی تولید می شود.

7. خروجی سیگنال: مرحله نهایی در پردازش سیگنال، خروجی سیگنال حاصل است. این ممکن است شامل تبدیل مجدد سیگنال به فرمت آنالوگ با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) یا نمایش سیگنال بر روی صفحه نمایش یا بلندگو باشد.