Procesado digital de señales analógicas

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Francisco Javier Herrero García y J.M. Díaz Nafría, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno al "tratamiento digital de la señal", bajo la supervisión de Antonio Jesús Muñoz Montoro y J.M. Díaz Nafría.

Definiciones

Figura: Procesado digital de la señal analógica

"La mayor parte de las señales con las que se trabaja en los distintos campos de la ciencia e ingeniería son analógicas por naturaleza". Estas "son funciones de una variable continua" (ibidem). "Tales señales pueden procesarse directamente mediante sistemas analógicos apropiados [...], con el fin de cambiar sus características o de extraer la información deseada" (ibidem). En tales casos, la señal se procesa directamente en forma analógica, y hablaríamos de procesado analógico de la señal. Sin embargo, como muestra la figura adjunta podemos digitalizar la señal, procesarla digitalmente, y posteriormente reconstruir su formato analógico. En tales casos hablaríamos de procesado digital de la señal analógica.

El procesamiento de señales digitales representado en la parte central de la figura, "es la manipulación matemática de una señal de información para modificarla o mejorarla en algún sentido". Este tipo de procesamiento numérico "proporciona un método alternativo para procesar una señal analógica". No obstante, "para poder realizar un tratamiento digital, es necesario disponer de una interfaz entre la señal analógica y el procesador digital. Esta interfaz se denomina convertidor analógico-digital (A/D)".

El procesador digital "puede ser una computadora digital programable grande o un pequeño microprocesador [...]. En aplicaciones en las que la salida digital del procesador digital de señal tenga que entregarse al usuario en formato analógico, la interfaz que realiza este proceso es el convertidor digital-analógico (D/A)" (ibidem).

La información de una señal transformada de analógica a digital puede perderse típicamente por dos razones:

• Como el muestreo sólo guarda la amplitud de la señal en instantes de tiempo discretos, los cambios que ocurran en la señal entre dos instantes de muestreo podrían ser irrecuperables en caso de que se produzca aliasing (es decir, si no se respeta el criterio de Nyquist para un muestreo sin pérdidas, v. teorema de muestreo).
• La representación tomada para la amplitud pierde definición al no poder distinguir los infinitos valores posibles dentro del margen dinámico de la señal, lo cual dependerá del número de bits asignados para representar cada muestra, como se discute en el artículo de codificación de muestras cuantificadas.