signaalinkäsittelyjärjestelmissä

Signaalinkäsittelyjärjestelmät käsittelevät sekä analogisia että digitaalisia signaaleja tarkoituksena muokata, analysoida tai tulkita niiden sisältöä. Tavoitteita ovat signaalin laadun parantaminen, häiriöiden poistaminen, tiedon tiivistäminen ja signaalin muuntaminen haluttuun muotoon tai formaattiin.

Järjestelmä koostuu signaalin keruusta, esikäsittelystä, varsinaisesta käsittelystä sekä tulkinnasta. Tyypillisiä komponentteja ovat sensorit, analogi- ja digitaaliset muuntimet (ADC/DAC), suoritukseen tarvittavat laitteistot (DSP, FPGA, mikro-ohjelmistot) sekä ohjelmisto- ja käyttöliittymäkerrokset. Signaali kulkee usein prosessoinnin läpi useissa vaiheissa: alkuperäinen signaali, esikäsittely (minimoidaan häiriöt, normalisointi), päätös- tai muokkausvaihe ja tallennus tai välittäminen eteenpäin.

Keskeisiä menetelmiä ovat suodatus (esimerkiksi alipäästö- ja ylipäästöfiltterit) sekä aikadomainin ja taajuudensektorin käsittely sekä muunnokset kuten Fourier- tai DCT-muunnokset. Adaptiiviset tekniikat, kuten LMS- tai RLS-suotimet, sopeuttavat itseään signaalin tilan mukaan. Otoskooksi ja näkymäiksi vaikuttavat näytteenottotaajuus ja kvantisaatio, ja aliasing on vältettävä Nyquistin rajan alapuolella.

Häiriötekijöiden minimoimiseksi järjestelmissä huomioidaan reaaliaikaisuus, latenssi, luotettavuus ja virheenkestävyys. Toteutukset jakautuvat digitaalisesti prosessoituihin järjestelmiin (DSP/FPGA), sovelluksiin liittyviin medioihin sekä hybridiratkaisuihin. Käyttökohteita ovat viestintä, ääni- ja kuvasignaali, lääketieteelliset signaalit, radiolokaatio ja teollinen automaatio.

Analyyttinen mittaus ja suorituskyvyn arviointi perustuvat esimerkiksi signaalin SNR:ään, PSNR:ään, MSE:hen, latenssiin ja läpäisyyn sekä energiatehokkuuteen. Haasteita ovat ei-lineaarisuus, muutosnopeudet, melu ja epävarmuus sekä tarve koneoppimisen integroinnista.