Procesamiento de señales

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¿Qué es?

Analizar y transformar señales (sonido, radio, datos de sensores), sobre todo mediante sistemas lineales invariantes en el tiempo, la convolución y la transformada de Fourier. Las matemáticas que hay dentro de todo teléfono, auricular y módem.

Fórmulas

y(t)=(h∗x)(t)⟺Y(f)=H(f) X(f)y(t) = (h * x)(t) \quad\Longleftrightarrow\quad Y(f) = H(f)\,X(f)
un sistema LTI en el tiempo y en la frecuencia

¿Por qué importa?

La cancelación de ruido, los códecs de voz, los ecualizadores, el radar, el análisis de electrocardiogramas y la exploración sísmica son procesamiento de señales.

Las matemáticas que hay detrás

  • Funciones trigonométricas★★★★★fundamental

    Los tonos puros son sinusoides; toda señal se analiza como una suma de ellas.

  • Números complejos★★★★★fundamental

    Las sinusoides se manejan como fasores Aei(ωt+φ)Ae^{i(\omega t + \varphi)}: amplitud y fase en un solo número.

  • Series de Fourier★★★★★fundamental

    Las señales periódicas se describen y filtran a través de su contenido armónico.

  • Transformada de Fourier★★★★★fundamental

    El análisis espectral, el filtrado y la modulación se definen en el dominio de la frecuencia.

  • Convolución★★★★★fundamental

    La salida de cualquier sistema LTI es la entrada convolucionada con la respuesta al impulso (reverberación = convolución con una sala).

  • Integral definida★★★★★frecuente

    La energía, la correlación y la convolución de señales son integrales (sumas, una vez muestreadas).

  • Interpolación★★★★★frecuente

    Remuestrear audio entre frecuencias interpola entre muestras (idealmente con un núcleo sinc).

  • Transformaciones de funciones★★★★★frecuente

    Retrasar una señal es x(t−t0)x(t - t_0); acelerarla es x(αt)x(\alpha t), lo que estira su espectro.

  • Integrales trigonométricas★★★★★frecuente

    La ortogonalidad permite a un banco de filtros o a una DFT aislar una frecuencia e ignorar el resto.

¿Dónde se utiliza?

Temas de informática a los que se llega desde aquí, con la cadena de ideas que lleva a ellos:

Qué depende de él

Esta página tiene lo esencial. Un desarrollo más completo (intuición, definición formal, ejemplo resuelto) está en camino.

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