پردازش سیگنال علمی است که به آنالیز سیگنال ها می پردازد. به طور ساده هر کمیت متغیر در زمان یا مکان که قابل اندازه گیری باشد را سیگنال می گوییم. به عنوان مثال سرعت کمیتی است که در واحد زمان متغیر بوده و مقدار آن قابل اندازه گیری است. چراکه در بازه های زمانی مشخص می توانید مقدار سرعت را اندازه گیری کرده و ثبت کنید. مجموعه اعدادی که از ثبت سرعت در بازه های زمانی مختلف به وجود می آیند، باهمدیگر تشکیل یک سیگنال می دهند.
پردازش سیگنال‌ها یا علائم به فرایند تجزیه، تحلیل و تفسیر سیگنال ها اطلاق میشود. سیگنال مورد نظر میتواند صدا، تصویر، فیلم و یا هر سیگنال دیگری باشد.
پردازش سیگنال های پیوسته در زمان
پردازش سیگنال های پیوسته در زمان برای سیگنال های است که با تغییرات پیوسته دامنه تغییر می کنند(بدون در نظر گرفتن بعضی نقاط منقطع)
روش های پردازش شامل دامنه زمان، دامنه فرکانس و دامنه فرکانس های مختلط. این فناوری عمدتا در رابطه با مدل کردن سیستم های خطی تغییر ناپذیر با زمان پیوسته ، تجمیع پاسخ حالت صفر سیستم ، تنطیم تابع سیستم و فیلتر پیوسته در زمان سیگنال های قطعی بحث می کند.
پردازش سیگنال های گسسته در زمان
پردازش سیگنال های گسسته برای سیگنال هایی است که تنها در نقاط گسسته ای از زمان نمونه برداری شده اند ، و در زمان کوانتیده هستند اما در مقدار نه.
پردازش سیگنال آنالوگ پیوسته در زمان فناوری است که بر پایه دستگاه های الکترونیکی مدارهای نمونه برداری و نگه داری ،مالتی پلکسر و خطوط تاخیر آنالوگ بنا شده است. این فناوری ، نمونه اسبق پردازش سیگنال های دیجیتال ( اشاره شده در قسمت بعد) می باشد ، و همچنان در پردازش پیشرفته سیگنال های گیگاهرتز استفاده می شود.
پردازش سیگنال دیجیتال
پردازش سیگنال های دیجیتال پردازش نمونه های سیگنال در زمان های گسسته می باشد. پردازش توسط , رایانه ها یا با مدارهای دیجیتال همچون ASIC ها ، field-FPGA ها ،یا پردازنده های سیگنال دیجیتال ها انجام می گیرد.
عملیات های معمول ریاضی شامل نمایش نقطه ثابت ، ممیز شناور ، مقدار حقیقی یا مختلط اعداد ، ضرب و جمع از این جمله می باشند. بعضی دیگر از عملیات های معمول توسط دایره بافر و جدول های look-up توسط سخت افزار پشتیبانی می شوند. مثال های از این الگوریتم ها تبدیل فوریه سریع (FFT) ، فیلتر های FIR ، فیلتر های IIR ، و فیلتر تطبیقیمی باشند.
پردازش سیگنال های غیرخطی
پردازش سیگنال های غیر خطی شامل آنالیز و پردازش سیگنال های تولید شده توسط سیستم های غیرخطی می باشد که میتواند در دامنه زمان یا فرکانس باشد . سیستم های غیرخطی می توانند رفتارهای پیچیده ای همچون چند شاخه ای ، نظریه آشوب، هارمونیگ تولید کنند که با روش های خطی قابل بررسی نیست.
نمونه‌برداری از سیگنال
با گسترش استفاده از رایانه، نیاز و استفاده از پردازش سیگنال دیجیتال نیز گسترش یافته‌است. برای استفاده از سیگنال آنالوگ در یک رایانه، ابتدا باید سیگنال توسط مبدیل دیجیتال دیجیتال شود.
نمونه‌برداری معمولاً در دو مرحله انجام میشود : گسسته‌سازی و مدرج کردن. در مرحله گسسته‌سازی، فضای سیگنال (فضایی که سیگنال در آن وجود دارد) به کلاس‌هاس هم‌ارز افراز میشود و مدرج کردن نیز با جایگزینی سیگنال اصلی با سیگنال متناظر در کلاس‌های هم‌ارز انجام می‌پذیرد.
در مرحله مدرج کردن، مقادیر سیگنال نماینده (به انگلیسی: Representative Signal) توسط مقادیر زیر مجموعه یک مجموعه متناهی تقریب زده می‌شوند.
مفهوم حوزه‌ی زمان و فرکانس
متداول ترین تکنیک پردازش سیگنال در حوزه ی زمان و فضا (مکان)، بهسازی (بهبود) سیگنال از طریق فیلترینگ است. فیلترینگ دیجیتال عبارت از اعمال تبدیل های خطی بر نمونه هایی از سیگنال است که در همسایگی نمونه ی فعلی در سیگنال ورودی یا خروجی واقع شده اند.
با استفاده از تبدیل فوریه میتوان سیگنال ها را از حوزه ی زمان (مکان) به حوزه ی فرکانس منتقل نمود. تبدیل فوریه، اطلاعات سیگنال را به دامنه (اندازه) و فاز مؤلفه های فرکانسی موجود در سیگنال، تبدیل میکند. در عمل، اغلب، از تبدیل برای فوریه برای محاسبه ی طیف توان سیگنال استفاده میشود که مربع دامنه ی (اندازه) هر مؤلفه ی فرکانسی است.
با انتقال سیگنال از حوزه ی زمان به حوزه ی فرکانس، میتوان شدت و ضعف مؤلفه های فرکانسی موجود در سیگنال را شناسایی و ارزیابی کرد. در حوزه ی فرکانس، علاوه بر دامنه ی مؤلفه های فرکانسی، فاز آنها و نیز چگونگی تغییر فاز با تغییر فرکانس، میتواند حاوی اطلاعات مهمی باشد.
فیلترینگ سیگنال، به ویژه در کابردهای غیر زمان واقعی (non- real time)،میتواند با انتقال سیگنال به حوزه ی فرکانس و اعمال یک فیلتر مناسب بر آن و سپس برگرداندن سیگنال حاصل به حوزه ی زمان انجام شود. این عملیات، سریع بوده (زمان اجرا متناسب است با (n log n) ) و می توان فیلتر را با تقریب خوبی به شکلهای مختلف طراحی نمود.
در حوزه ی فرکانس، تبدیل های متداولی وجود دارند که از میان آنها میتوان به cepstrum اشاره نمود. در این تبدیل، ابتدا با استفاده از تبدیل فوریه، سیگنال، به حوزه ی فرکانس منتقل میشود و سپس لگاریتم آن محاسبه میگردد. در نهایت، با اعمال تبدیل معکوس فوریه، سیگنال حاصل به حوزه ی زمان بازگردانده میشود. این عملیات، ساختار هارمونیکی طیف اصلی را نشان میدهد.
