Signaalinkäsittelyssä

Signaalinkäsittelyllä tarkoitetaan signaalien muokkaamista, analysointia ja tulkintaa, jotta ne palvelevat teknisiä järjestelmiä ja sovelluksia. Siihen kuuluu sekä analoginen että digitaalinen signaalinkäsittely. Tavoitteita ovat esimerkiksi signaalin laadun parantaminen, informaation erottaminen häiriöistä sekä signaalin muuntaminen haluttuun muotoon.

Keskeisiä käsitteitä ja toimintaperiaatteita ovat lineaarisuus ja aikainvarianssi, jotka mahdollistavat signaalien analysoinnin ja hallinnan konvoluution avulla. Aikadomainin lisäksi tärkeä on taajuusdomain, jossa käytetään Fourier- tai Laplace- sekä z-transformteja sekä nopeaa FFT- algoritmia. Suodatus ja konvoluutio muodostavat peruskehyksen, ja signaaleja käsitellään usein digitaalisesti näytteenoton ja quantisaation avulla. Näytteenotto voi aiheuttaa aliasingia, joten riittävä näytteenottotaajuus on varmistettava. Digitaalissa signaalinkäsittelyssä signaali jaetaan osiin ja palautetaan takaisin analogiseksi rekonstruktio.

Sovellukset kattavat muun muassa viestinnän (modulointi, demodulointi, suodatus), äänisignaaleja sekä kuva- ja videomateriaalian käsittelyn, biomedikaalisen signaalinkäsittelyn (esimerkiksi EKG ja EEG), tutka-, radar- ja sonarijärjestelmät sekä mittaus- ja laadunvarmistusprosessit. Signaalinkäsittely on myös keskeinen osa pakkaus- ja kompressioprosesseja sekä ohjausjärjestelmiä.

Tutkimuksessa ja teollisuudessa käytetään ohjelmistoja kuten MATLAB sekä Pythonin NumPy/SciPy, sekä simulointityökaluja kuten Simulink. Toteutuksissa hyödynnetään erikoistuneita laitteistoja, kuten DSP-prosessoreita ja FPGA-pohjaisia ratkaisuja, sekä laitteistopohjaista toteutusta. Signaalinkäsittely on kehittynyt perinteisestä analogisesta käsittelystä nykyaikaiseen reaaliaikaiseen ja tekoälyä hyödyntävään prosessointiin.