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5.1: Introducción al procesamiento digital de señales

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    Objetivos de aprendizaje
    • Segue para el capítulo DSP.

    No solo tenemos señales analógicas —señales que son funciones de valor real o complejo de una variable continua como el tiempo o el espacio— sino que también podemos definir las digitales. Las señales digitales son secuencias, funciones definidas solo para los enteros. Por lo tanto, utilizamos la notación s (n) para denotar una señal unidimensional de tiempo discreto como una grabación de música digital y s (m, n) para una señal bidimensional discreta de “tiempo” como una foto tomada con una cámara digital. Las secuencias son fundamentalmente diferentes a las señales de tiempo continuo. Por ejemplo, la continuidad no tiene sentido para las secuencias.

    A pesar de tales diferencias fundamentales, la teoría subyacente al procesamiento de señales digitales refleja que para las señales analógicas: las transformadas de Fourier, el filtrado lineal y los sistemas lineales son paralelos a lo que describían Estas similitudes facilitan la comprensión de las definiciones y por qué las necesitamos, pero las similitudes no deben interpretarse como “aspirantes analógicos”. Descubriremos que el procesamiento de señales digitales no es una aproximación al procesamiento analógico. Debemos preocuparnos explícitamente por la fidelidad de convertir señales analógicas en digitales. La música almacenada en CD, el discurso enviado a través de teléfonos celulares digitales y el video llevado por la televisión digital, evidencian que las señales analógicas se pueden convertir con precisión a digitales y de nuevo.

    La razón clave por la que los sistemas de procesamiento de señales digitales tienen una ventaja tecnológica hoy en día es la computadora: los cálculos, como la transformada de Fourier, se pueden realizar lo suficientemente rápido como para calcularse a medida que se produce la señal, y la programabilidad significa que el sistema de procesamiento de señal puede ser fácilmente cambiado. Esta flexibilidad tiene un atractivo obvio y ha sido ampliamente aceptada en el mercado. La programabilidad significa que podemos realizar operaciones de procesamiento de señales imposibles con sistemas analógicos (circuitos). También descubriremos que los sistemas digitales disfrutan de una ventaja algorítmica que contribuye a velocidades de procesamiento rápidas: Los cálculos se pueden reestructurar de formas no obvias para acelerar el procesamiento. Esta flexibilidad tiene un precio, consecuencia de cómo funcionan las computadoras. ¿Cómo realizan las computadoras el procesamiento de señales?

    Nota

    Tomando un punto de vista de sistemas por el momento, se dice que un sistema que produce su salida tan rápido como surge la entrada es un sistema en tiempo real. Todos los sistemas analógicos operan en tiempo real; los digitales que dependen de una computadora para realizar cálculos del sistema pueden o no funcionar en tiempo real. Claramente, necesitamos sistemas de procesamiento de señales en tiempo real. Solo recientemente las computadoras se han vuelto lo suficientemente rápidas para cumplir con los requisitos en tiempo real mientras realizan un procesamiento de señal no trivial

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