Breve explicación de la señal digital de procesamiento de traducción, compresión, codificación y archivo

Posted by admin on March 3, 2013

Sucede que muchas personas no tienen idea de lo que significa Procesamiento Digital de Señales, a pesar de que se oye más y más a menudo estas palabras, hoy en día. Teniendo en cuenta el nombre, Procesamiento Digital de Señales, la gente está pensando conducen hacia este procedimiento de ofertas con las señales digitales. No, Digital Signal Processing es un método para mejorar la calidad de las señales analógicas, sólo. De hecho, la nomenclatura utilizada (DSP) que es bastante inadecuado, porque se refiere a todos los tipos de procesamiento digital. Los métodos y las técnicas utilizadas en la oferta DSP sólo con el procesamiento de señales que son de naturaleza analógica. En el caso de señales digitales, sólo se puede comprimir, encriptar, y traducirlos a otros formatos digitales, estos procedimientos (diferentes) no requieren técnicas de DSP. Utilizando el nombre de DSP cuando se refiere a las señales digitales causa confusión.

Tomemos cada uno de estos pasos uno a la vez, y utilizando pocos ejemplos prácticos. Supongamos que tenemos un disco de vinilo viejo y queremos copiar su señal analógica en una digital de CD, para proteger mejor a que la grabación – discos compactos son mucho más confiable para guardar la información sin alteraciones, con el tiempo. Esto significa que tenemos que convertir la señal analógica a formato digital, y la mejor manera de hacerlo es mediante el uso de técnicas de DSP, de la siguiente manera. Primero, necesitamos un módulo de hardware analógico-digital para convertir la señal analógica en formato digital – esto es típicamente un “codec” – entonces seleccionar una frecuencia de exploración específica, para realizar esta tarea. Debido a que trabajamos con las frecuencias de audio, una frecuencia de 40 KHz de exploración debería ser suficiente.

Tenga en cuenta lo siguiente: la frecuencia de barrido tiene que ser al menos el doble que la frecuencia máxima de la señal analógica original – las señales de audio analógicas tienen frecuencias dentro de la gama de 10 Hz a 16 KHz. Tras la digitalización, tenemos la copia del disco de vinilo analógico en formato digital de datos, expresada como una serie de valores enteros digitales en formato binario.

Por desgracia, nuestro disco de vinilo es bastante viejo, y tiene un montón de ruido sobre ella, para que el ruido también está presente en la copia digital, y tiene que ser filtrados, antes de grabar el CD digital. El siguiente paso es tomar la copia digital – por favor tenga en cuenta esto: la copia digital representa la señal analógica – y colocar en él una función de transformación matemática: de esta manera, podemos cambiar los datos digitales de “el dominio del tiempo” para el “dominio de la frecuencia”. Esto se hace gradualmente, cortando los datos digitales en imágenes de 512, 1024, 4096 o números enteros de tamaño, y la transformación de un fotograma a la vez. Una vez que tengamos los datos de dominio de la frecuencia, es fácil de filtrar el ruido de fuera, y para seleccionar / amplificar solamente las frecuencias de audio que queremos. Para ello utilizamos el firmware digital o filtros de software, que son, de hecho, se conocen algoritmos matemáticos.

Una vez que el expediente está debidamente filtrado, tenemos que volver al dominio del tiempo, y lo hacemos mediante el uso de una función de segunda transformación. Ahora somos capaces de escuchar nuestro disco, filtrado de (cualquier) el ruido. Si estamos satisfechos con la calidad de la grabación, podemos grabar el CD, de lo contrario, se podría repetir el procedimiento anterior, hasta que los resultados son exactamente lo que esperamos que sean. Procesamiento Digital de Señales termina aquí.

Ahora, tenemos un CD de la celebración de una señal digital – un archivo de audio en este caso en particular. Puede suceder nuestro archivo de audio digital tiene demasiados bytes de memoria para almacenar, y no podemos pagar esa cantidad. Queremos que nuestro archivo digital para utilizar la menor cantidad de memoria, para que podamos transferir el archivo de forma rápida a través de Internet, o que nos gustaría para almacenar tantos registros como podamos en un reproductor MP3 pequeño, por ejemplo. Para ello necesitamos una “compresión” técnica, e, implícitamente, una “codificación” uno.

Hay una compresión muy muchos / cifrados los métodos disponibles, y muchísimos se desarrollará en el futuro. Básicamente, la señal digital es en realidad una serie de números enteros – un número entero es de 2 bytes; un byte es 8 bits, cada bit puede ser 0 o 1 – y cada entero representa un valor matemático en el intervalo de 0 a 65535. Ahora, nos damos cuenta de cada dígito en el rango de 0 a 65535 se repite varias veces, en todo el archivo de audio digital. Esta información es muy importante, porque nos ayuda a convertir nuestra serie de los números enteros en una estructura matemática cifrada, por medio de un software de compresión / encriptación de “clave”. En lugar de utilizar, por ejemplo, el entero 23501 para 1522 veces en nuestro archivo de audio digital, se utiliza sólo la información sobre ese entero, lo que significa que sólo almacenar el valor 1522, una sola vez, correspondiente al número entero 23501.

La clave de la compresión / encriptación – esto es, de hecho, otro algoritmo matemático – es responsable de tomar el archivo digital inicial y dividiéndola en cuadros de números enteros, para la sustitución de cada número entero con el número de veces que se utilizan y para almacenar la código necesario para reconstituir la primera serie de los números enteros, que es el archivo digital original. Por lo general, las obras clave con una estructura de memoria especial, llamado un “árbol binario”. En este árbol binario la posición de cada número representa cuántas veces un número entero aparece en el archivo completo (o en un cuadro), y también contiene la información necesaria para reconstituir los marcos, y luego todo el archivo de audio digital.

Una vez que el archivo de audio digital está en formato binario-árbol se convierte en su tamaño considerablemente más pequeño – está comprimido – y lo podemos utilizar para el almacenamiento de memoria, o para la transferencia de archivos a gran velocidad. En este formato a los datos de árboles binarios, también es encriptada, además de estar comprimida, y necesitamos que la clave de la compresión / encriptación, con el fin de reconstruir la señal digital inicial, de lo contrario, no hay manera de que pudimos “descifrar” que árbol binario .

Ahora, ¿qué otra cosa podemos hacer a nuestro archivo de audio digital? Bueno, hay muchos formatos de archivos de audio, y es posible que necesitemos cambiar de nuestro archivo de audio digital de un formato a otro. El formato más simple archivo de audio contiene los datos como serie de bits, de 0s y 1s. Otro tipo puede tener los datos agrupados en paquetes pequeños, en la serie de bytes, enteros o dobles. Este último tipo de agrupación de datos permite otro nivel de compresión de la información, sin embargo, con el fin de cambiar de un formato a otro es necesario hardware apropiado, el firmware, o software de datos de lectura / escritura de los conductores. Cambiar el formato de archivo que se denomina “traducción” o “conversión”, y esto es mucho más fácil de implementar.

Básicamente, esto es todo lo que hacemos a las señales analógicas y digitales. Como puedes ver hay una gran cantidad de las matemáticas involucradas, pero es la buena noticia, todas esas rutinas y algoritmos matemáticos son estándar. Un desarrollador no tiene por qué saber mucho de matemáticas, con el fin de realizar su trabajo bastante bien. Estos algoritmos matemáticos estándar se han desarrollado y optimizado por grupos de ingenieros y programadores, y todos ellos utilizan. Sin embargo, si usted tiene la intención de desarrollar algoritmos propietarios, con el fin de conseguir efectos más espectaculares, es necesario estudiar muy bien todos los DSP, compresión / encriptación y las técnicas de traducción. Para obtener más información, por favor revisar mi sitio de la casa, y tratar de descubrir otros artículos relacionados que escribí, en diversas publicaciones en Internet.

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