Procesamiento digital de señales


Procesamiento digital de señales

Procesamiento digital de señales

El procesamiento digital de señales (en inglés digital signal processing, DSP) es un área de la ingeniería que se dedica al análisis y procesamiento de señales (audio, voz, imágenes, video) que son discretas. Aunque comúnmente las señales en la naturaleza nos llegan en forma analógica, también existen casos en que estas son por su naturaleza digitales, por ejemplo, las edades de un grupo de personas, el estado de una válvula en el tiempo (abierta/cerrada), etc.

Se puede procesar una señal para obtener una disminución del nivel de ruido, para mejorar la presencia de determinados matices, como los graves o los agudos y se realiza combinando los valores de la señal para generar otros nuevos.

Contenido

Aplicaciones

El DSP se utiliza en el procesamiento de música (por ejemplo MP3), de voz (por ejemplo, reconocimiento de voz) en teléfonos celulares, de imágenes (en la transmisión de imágenes satelitales) y vídeo (DVDs).

Historia

En 1978, Intel lanzó el 2920 como un "procesador analógico de señales". Este poseía un chip ADC/DAC con un procesador de señales interno, pero no poseía un multiplicador de hardware, el 2920 no tuvo éxito en el mercado.

En 1979, AMI lanza el S2811, fue diseñado como un microprocesador periférico, al igual que el 2920 no tuvo gran éxito en el mercado.

En el mismo año, Bell Labs introduce el primer chip procesador digital de señales (DSP), The Mac 4 Microprocessor. Luego en 1980 fueron presentados en el ISSCC’80 los primeros DSP completos: el PD7710 de NEC y el DSP1 de AT&T, ambos procesadores fueron inspirados en las investigaciones de PSTN Telecomunicaciones. En ese mismo año NEC comenzó la producción del PD7710, la primera producción de DSP completos en el mundo.

El primer DSP producido por Texas Instruments, el TMS32010, probó ser un sucesor mejor.

Actualmente el TMS320C4X diseñado y producido por TEXAS INSTRUMENTS, posee ciertas ventajas frente al resto de los procesadores, ya que éste se diseña para ser escalable, es decir, para que pueda trabajar en paralelo con otros dispositivos similares.

Muchos de los procesadores se engloban dentro de la filosofía CISC, (Complex Instruction Set Computers) Aunque se pueden encontrar en el mercado algunos que operen bajo la filosofía RISC (Reduced Instruction Set Computers); estos últimos dedicados para aplicaciones concretas como la telefonía móvil.

Transformadas

Véase también: Transformadas de señales

Uno de los beneficios principales del DSP es que las transformaciones de señales son más sencillas de realizar. Una de las más importantes transformadas es la Transformada de Fourier discreta (TFD). Esta transformada convierte la señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. La TDF permite un análisis más sencillo y eficaz sobre la frecuencia, sobre todo en aplicaciones de eliminación de ruido y en otros tipos de filtrado (pasa bajos, filtros pasa altos, filtros pasa banda, filtros de rechazo de banda, etc.).

Otra de las transformadas importantes es la Transformada de Coseno Discreta la cual es similar a la anterior en cuanto a los cálculos requeridos para obtenerla, pero esta convierte a la señales en componentes del coseno trigonométrico. Esta transformada es una de las bases del algoritmo de compresión de imágenes JPEG.

Procesadores digitales de señales

Algunos modelos de microprocesadores son optimizados para el DSP. Estos procesadores se llaman Procesadores Digitales de Señales. Estos realizan operaciones para el DSP más rápida y eficientemente.

El DSP permite aplicaciones que no podrían realizarse efectivamente con señales analógicas como, por ejemplo, almacenar una película de cine en un disco compacto (DVD) o canciones en un aparato portátil (iPod).

Arquitecturas estándar en DSP

Las arquitecturas de los computadores actuales están comúnmente clasificadas como RISC's (Reduced Instruction Set Computers) y CISC's (Complex Instruction Set Computers).

Estos últimos tienen un gran número de instrucciones sumamente poderosas, mientras que la arquitectura RISC posee pocas instrucciones y realiza movimientos de datos entre registros en un ciclo de máquina. Hoy en día los computadores RISC comienzan a reemplazar a los CISC's, porque se puede alcanzar un más alto rendimiento por medio del uso de un eficiente compilador como a través de la ejecución de instrucciones simples en forma ordenada.

DSP's estándars tienen mucho rasgos de una arquitectura tipo RISC, aunque son procesadores de propósitos específicos cuya arquitectura está especialmente diseñada para operar en ambientes de alta necesidad de cálculo. Un DSP estándar ejecuta varias operaciones en paralelo mientras que un RISC usa unidades funcionales altamente eficientes que pueden iniciar y completar una instrucción simple en uno o dos ciclos de reloj.

Ejemplo

Normalmente se define la señal de entrada x como la que se quiere procesar, la señal de salida y como la señal procesada y una regla para obtener la salida como función de la entrada.

Si tomamos como las muestras de una señal digital x = ...,1,3,2,6,5,2,1,... y como regla de procesamiento la que toma la media del número anterior xn − 1, el número actual xn y el número siguiente xn + 1 y lo sustituimos en la posición actual de salida yn, obtendremos para la señal del ejemplo la salida del procesamiento siguiente y = ...,1 / 3,4 / 3,2,11 / 3,13 / 3,13 / 3,8 / 3,1,1 / 3,...

Véase también

Bibliografía

  • J.G. Proakis, D.G. Manolakis. Digital Signal Processing: Principles, algorithms and applications". Prentice-Hall, Inc. 1996

Enlaces externos

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