Procesamiento de señal

18/10/2010 0 comentarios
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El procesamiento de señal es la aplicación de una serie de operaciones lógicas y matemáticas a un conjunto de datos provenientes de una señal, y todo ello mediante la ayuda de un ordenador.

Los objetivos de este procesamiento pueden ser diversos. Por ejemplo, añadir una información a una señal portadora para que sea transmitida y se pueda recuperar más tarde en otro lugar (transmisión de radio o una conversación telefónica) o en otro momento (por ejemplo una fotografía tomada con una cámara digital o unos datos registrados en el disco duro del ordenador). También nos puede interesar procesar una señal de voz para averiguar quién es el locutor que habla (reconocimiento de locutor) o qué palabras pronuncia (reconocimiento de palabras). O quizá para proteger información sensible (encriptación), o para detectar piezas defectuosas, mediante imágenes, en una cadena de montaje (detección, clasificación, control de calidad).

Fijémonos que en el mundo tecnológico en el que vivimos estamos rodeados de sistemas de procesamiento de datos, con múltiples objetivos y con ventajas muy grandes para todos: identificamos los productos del supermercado con un código de barras que es leído por una luz láser; pagamos el peaje de la autopista sin ni siquiera tener que bajar el cristal de la ventanilla; podemos presenciar la gestación de nuestro hijo gracias a modernas ecografías, o nos ahorramos penosos esfuerzos físicos en la industria del automóvil gracias a precisos autómatas que procesan y ejecutan complicadas tareas.

Pero el procesamiento de señal, por sí solo, no puede hacer muchas cosas. De entrada, hemos dicho que se trata de manipular señales. Por lo tanto hay que obtener primero estas señales, por lo que necesitaremos sensores que nos permitan leerlas. Otro paso será traducir estas señales que nos dan los sensores en señales eléctricas. Esto es lo que realizaremos mediante un transductor. Además, si la señal es analógica, es decir, continua en el tiempo y en amplitud, necesitaremos digitalizar la señal para acabar teniendo un conjunto de valores numéricos cada determinado intervalo de tiempo, que se podrán registrar en un ordenador para poder ser procesados convenientemente. Esta es la tarea de los dispositivos convertidores analógico-digitales. Todo este proceso que hay que hacer para tener un conjunto de ceros y unos en un ordenador dispuestos a ser manipulados, se debe repetir a menudo en sentido inverso, una vez hemos procesado la señal (hemos manipulado los ceros y unos) y esta señal se debe devolver al mundo tangible. Para ello, habrá que convertir esta señal digital en una señal analógica mediante un conversor digital-analógico y, por ejemplo, utilizar un motor para mover el brazo de un robot. Por lo tanto, el procesamiento de señal tiene mucho que ver con la electrónica, la automática y la mecatrónica.

Por otro lado, el procesamiento de señal necesita, como hemos dicho, un ordenador o algún otro tipo de hardware que ejecute las diferentes tareas, las cuales vienen detalladas en el software, las líneas de código que indican qué se debe hacer y en qué orden. Debemos tener en cuenta que sin los importantes avances que han tenido lugar en los últimos 40 años, desde el primer procesador Intel 4004 de 1971 que contenía 2.250 transistores hasta los actuales Core i7 con más de 1.000 millones de transistores, las técnicas de procesamiento de señal no se podrían llevar a cabo. No hay que olvidar, tampoco, que la evolución de los lenguajes de programación ha permitido facilitar la puesta en solfa de estos procesos, tarea que es realmente compleja y ardua, y que sería mucho más difícil y penosa de hacer sin estos programas de ayuda. Es fácil comprender, por lo tanto, que el procesamiento de señal tiene mucho que ver con la informática en todas sus expresiones.

Finalmente, estos programas contienen algoritmos, las fórmulas matemáticas que hablan de cómo se debe manipular la señal para conseguir el objetivo propuesto. El filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm von Leibniz escribió, en 1712, en una carta dirigida a Christian Goldbach (otro gran matemático alemán, conocido por la famosa conjetura de Goldbach), lo siguiente: Musica est exercitium arithmeticae occultum nescientis se numerare animi “La música es un ejercicio oculto de aritmética en el que el espíritu ignora que calcula”. Asimismo es el procesamiento de señal, como un ejercicio de matemáticas, donde transformadas, matrices, cálculo de probabilidades, estadística, optimización..., se combinan para encontrar la fórmula exacta escrita con el lenguaje más universal.

Así, pues, el procesamiento de señal está íntimamente relacionado con todas estas disciplinas técnicas y científicas, gracias a las cuales emerge como una herramienta útil en nuestra vida y en nuestra sociedad. Algunas de las principales aplicaciones del procesamiento de señal son, por ejemplo, el procesamiento de señales de audio, el procesamiento de imágenes digitales, la compresión de vídeo, el procesamiento del habla, el reconocimiento de voz, las comunicaciones digitales, el radar, la sismología y la biomedicina. Y como ejemplos concretos que os serán familiares, podemos mencionar la compresión y transmisión de la voz en teléfonos móviles digitales, la ecualización del sonido en equipos de alta fidelidad (Hi-Fi), el procesamiento de datos sísmicos, el control de procesos industriales, la minería de datos para la detección de fraudes en las tarjetas de crédito, las animaciones generadas por ordenador en las películas, la compresión MP3 o las imágenes médicas como las de resonancia magnética funcional (fMRI).