Transmissao de sinal usando processamento de sinal eletronico. Transdutores convertem os sinais em forma de onda para correntes eletricas ou voltagens em forma de onda, que entao sao processadas, transmitidas como ondas eletromagneticas, recebidas e convertidas por um outro transdutor para a forma final.
O
Processamento de Sinais
consiste na analise e/ou modificacao de sinais utilizando teoria fundamental, aplicacoes e
algoritmos
, de forma a extrair informacoes dos mesmos e/ou torna-los mais apropriados para alguma aplicacao especifica. O processamento de sinais pode ser feito de forma
analogica
ou
digital
. Este processo utiliza matematica, estatistica, computacao,
heuristica
e representacoes linguisticas, formalismos e tecnicas de representacao, modelagem, analise, sintese, descoberta, recuperacao, deteccao, aquisicao, extracao, aprendizagem, seguranca e forense
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]
. Os objeto de interesse do processamento de sinais podem incluir sons, imagens, series temporais, sinais de telecomunicacoes, como sinais de radio e muitos outros.
Hoje em dia existem diversos dispositivos que podem ser usados no processamento digital de sinais, como
DSPs
(os mais rapidos e versateis),
microcontroladores
e
FPGAs
.
De acordo com
Alan V. Oppenheim
e
Ronald W. Shafer
, os principios do processamento de sinal podem ser encontrados nas classicas tecnicas de a
nalise numerica
do seculo XVII. Oppenheim e Schafer acrescentaram que a "digitalizacao" ou refinamento digital dessas tecnicas podem ser encontradas em
sistemas de controle
digital das decadas de 1940 e 1950
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.
Campos de aplicacao do processamento de sinal
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Processamento de sinal sismologico.
Metodos matematicos aplicados ao processamento de sinal
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]
As tecnicas de processamento de sinais podem ser de muita utilidade no controle e
analise de sistemas
fisicos de interesse dos mais diversos pesquisadores, nao so engenheiros eletrotecnicos, como engenheiros mecanicos, quimicos e fisicos. Atualmente, tecnicas de processamento de sinais tambem tem atraido muito a atencao de profissionais de outras areas como economia, biologia, saude e os profissionais que conseguem integrar tanto a area da saude quanto da informatica.
A
filtragem
de sinais e uma das principais aplicacoes do processamento de sinais.
E qualquer tipo de processamento de sinal realizado em
sinais analogicos
usando meios analogicos (e o oposto do processamento de sinal digital, onde o processamento de sinal e realizado por um processo digital). Valores analogicos sao normalmente representados por tensao, corrente eletrica,
carga eletrica
em componentes de dispositivos eletronicos. Processamento de sinal analogico e feito para sinais que ainda nao foram digitalizados, como em sinais de radio, telefone, radar e sistemas de televisao. Esse processo envolve circuitos eletronicos lineares e nao-lineares. Exemplos de circuitos lineares sao filtros passivos,
filtros ativos
, misturadores aditivos, integrador e delay lines. Circuitos nao-lineares incluem equipamentos de
compansao
, multiplicadores (mixadores de frequencia e amplificador controlado por tensao), filtro controlado por tensao, osciladores controlado por tensao e
malha de captura de fase
.
Processamento de sinal nao-linear envolve a analise e processamento de sinais produzidos por sistemas nao-lineares e pode ser determinado por tempo, frequencia ou dominios de espaco-tempo
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3
]
. Sistemas nao-lineares podem produzir comportamentos muito complexos, como
ponto de divergencia
,
teoria do caos
,
harmonica
e
sub-harmonica
que nao podem ser produzidos ou analisados usando metodos lineares.
Sinal discreto
e uma
serie temporal
que consiste de uma sequencia de quantidades, uma funcao sobre o dominio de inteiros discretos. Cada valor da sequencia e chamado de amostra. Essa amostra e definida apenas em pontos discretos no tempo, e assim sendo quantificados com o tempo, e nao em magnitude.
Diferente do
sinal continuo
, um sinal discreto nao e uma funcao de um argumento continuo. Entretanto, a funcao pode ter sido obtida atraves da amostragem de um sinal continuo.
Pode-se obter sinais discretos de diversas formas, mas geralmente se classifica em dois grupos.
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O primeiro e a aquisicao de valores de um
sinal analogico
numa determinada taxa de tempo, um processo chamado de amostragem de sinal. O segundo grupo e o acumulo de uma variavel com o tempo, como por exemplo a quantidade de pessoas que usam um determinado elevador por dia.
O conceito de processamento de sinal discreto tambem se refere a uma disciplina teorica que estabelece uma base matematica para o processamento de sinal digital, sem levar em consideracao erro de
quantizacao
.
O
Processamento Digital de Sinais
ou PDS (tambem chamado de DSP, do ingles,
Digital Signal Processing
) e o processo de manipulacao matematica de um sinal para modifica-lo ou melhora-lo de alguma maneira. Se caracteriza pela representacao por sinal discreto, frequencia discreta, ou outros sinais de dominios discretos por uma sequencia de numeros ou simbolos e o processamento desses sinais.
Possui diversas tecnicas computacionais que podem ser utilizadas diretamente em um sistema computacional baseado no IBM-PC padrao, sem necessitar do uso de equipamentos de hardware especificos como FPGAs ou microcontroladores. As
transformadas
Matematicas como
Fourier
e
Wavelets
sao exemplos deste tipo de processamento.
O objetivo do PDS e normalmente para medir, filtrar e/ou comprimir continuos sinais analogicos. Normalmente, o primeiro passo para a conversao do sinal analogico para o digital, e realizando a amostragem do sinal e entao digitalizando-o usando um conversor analogico-digital, que transforma o sinal analogico para um fluxo de valores digitais discretos. Frequentemente, porem, o sinal de saida necessario tambem e analogico, o que torna necessario um conversor digital-analogico. Mesmo se o processo e mais complexo que um processamento de sinal analogico e possui uma faixa de valor distinto, a aplicacao do poder computacional no processamento de sinal permite muitas vantagens ao processamento analogico em varias aplicacoes, como na deteccao de erros e na correcao de erros na transmissao, bem como na compressao dos dados
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]
.
As aplicacoes para PDS incluem processamento de sinal de audio, fala, sonar, radar, estimacao espectral, estatistica, imagens digitais, processamento para comunicacoes, controle de sistemas, biomedicina, processamento de dados sismologicos, entre outros. Os algoritmos de PDS podem ser usados em computadores normais, como podem ser usados em computadores especializados para esse tipo de processamento. Nos dias atuais, existem tecnologias usadas para o processamento de sinal digital, como
FPGAs
, controladores de sinal digital(usados normalmente para aplicacoes industriais ou controle de motores), entre outros
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.
Amostragem e normalmente realizada em dois estagios, a discretizacao e a
quantizacao
. No estagio da discretizacao, o sinal e particionado em
classes de equivalencia
e na quantizacao e responsavel pela substituicao do sinal pela representacao do sinal nas classes de equivalencia correspondente.
O
teorema de Nyquist
define que para um sinal poder ser reconstituido com o minimo de perda de informacao, a frequencia de amostragem de um sinal analogico deve ser igual ou maior a duas vezes a maior frequencia do espectro desse sinal. Na pratica, a frequencia de amostragem e frequentemente maior do que duas vezes a exigida.
Alguns sinais periodicos tornam-se nao periodicos apos a amostragem, e em alguns sinais pode ocorrer o inverso. Em geral, para um sinal periodico com periodo
T
ser periodico (com periodo
N
) apos amostragem com intervalo de
T
s
, a formula a seguir dever ser satisfeita:
onde
k
e um inteiro
.
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Referencias
- ↑
Moura, J.M.F (2009). ≪What is signal processing?, President's Message≫.
IEEE Signal Processing Magazine
(26). 6 paginas.
doi
:
10.1109/MSP.2009.934636
- ↑
Digital Signal Processing
. [S.l.]: Prentice Hall. 1975. p. 5.
ISBN
0-13-214635-5
- ↑
Billings, S. A. (2013).
Nonlinear System Identification: NARMAX Methods in the Time, Frequency, and Spatio-Temporal Domains
. [S.l.: s.n.]
ISBN
1119943590
- ↑
"Digital Signal Processing" Prentice Hall - Pages 11-12
- ↑
James D. Broesch, Dag Stranneby and William Walker.
Digital Signal Processing: Instant access
. Butterworth-Heinemann. p. 3.
- ↑
Digital Signal Processing and Applications
2 ed. [S.l.]: Elsevier. 2004.
ISBN
0-7506-6344-8
- ↑
Oppenheim, Alan V.; Shafer, Ronald W.; Buck, John R.
Discrete-Time Signal Processing
3 ed. [S.l.: s.n.] p. 15
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