Signalverarbeitung

Signalverarbeitung ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik und Informatik, das sich mit der Analyse, Verarbeitung und Synthese von Signalen befasst, um Informationen zu extrahieren, zu übertragen oder zu verändern. Signale können zeitabhängig oder räumlich variieren, analog oder diskret, kontinuierlich oder diskretisiert sein. Ziel ist es, relevante Merkmale herauszuarbeiten, Störungen zu reduzieren und Daten effizient zu repräsentieren.

Grundlagen der Signalverarbeitung umfassen die Beschreibung von Signalen durch Systeme. Lineare, zeitinvariante Systeme sind durch Faltungsoperatoren charakterisiert. Im Frequenzbereich erleichtert die Fourier-Transformation die Spektralanalyse; für Systemverhalten und Stabilität in kontinuierlichen bzw. diskreten Bereichen werden zusätzlich Laplace- und Z-Transformation genutzt. Das Sampling-Theorem (Nyquist-Shannon) begründet die Möglichkeit, kontinuierliche Signale aus diskreten Abtastwerten sicher zu rekonstruieren, sofern die Abtastrate ausreichend hoch gewählt ist.

Methoden der Signalverarbeitung umfassen Filterung (FIR- und IIR-Filter), Entstörung, Rauschunterdrückung, Kompression, Modulation und Demodulation, sowie Analyse- und Synthesefunktionen. Digitale Signalverarbeitung (DSP) implementiert diese Verfahren in Software oder auf spezialisierter Hardware wie DSP-Chips oder FPGAs; Analoge Signalverarbeitung erfolgt über kontinuierliche Schaltungen.

Anwendungen finden sich in der Kommunikationstechnik, Audiobearbeitung, Bild- und Videoverarbeitung, Medizin (z. B. Analyse biosignaler), Steuerungstechnik und Robotik. Die Disziplin verbindet theoretische Grundlagen mit praktischer Umsetzung und dient der Verbesserung von Übertragung, Wahrnehmung und Interpretation von Signalen in vielfältigen Kontexten.