Señal digital

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Daniel Francisco Naranjo Dávila, Alberto Garvía García, 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

Una señal digital es una señal discreta en el tiempo que toma valores discretos. Normalmente es una señal obtenida tras muestrear y cuantificar una señal que es función de una variable continua (espacio o tiempo) y que toma valores en un rango continuo.

Las señales digitales permiten el procesado de la señal por medios digitales, ya sea un hardware específicamente cableado para implementar el sistema que realice un determinado proceso en la señal o bien un hardware programable que procese la señal mediante un determinado algoritmo.

La digitalización de la señal para su procesado permite ciertas ventajas sobre el procesado analógico, como puede ser el almacenamiento y compresión de los datos, el uso de códigos de protección para evitar errores en la transmisión de datos, la menor sensibilidad al ruido o poder realizar copias de los datos sin perder calidad. Además, los sistemas programables tienen la ventaja añadida de poder reconfigurarse para realizar diferentes tareas cambiando sólo el algoritmo que implementa al sistema.

Naturalmente, no es posible escuchar la secuencia de muestras que representa una señal de voz, o ver los dígitos correspondientes a una señal de video. Por este motivo, en muchos casos prácticos (como es el caso del procesamiento de voz) es necesario volver a convertir las señales digitales procesadas a formato analógico. Este proceso de conversión de una señal digital en una señal analógica se conoce como conversión digital-analógica (D/A). Todos los convertidores D/A “conectan los puntos” de una señal digital realizando alguna clase de interpolación, cuya precisión depende de la calidad del proceso de conversión D/A..

Los valores discretos con los que se expresa típicamente las señales digitales, suelen utilizar el formato binario (ceros y unos), pero dependiendo el propósito y/o la necesidad también es frecuente encontrar otras formas de representación como:

• Representación en otros sistemas numéricos: sistema octal (base 8) o sobre todo sistema hexadecimal (base 16)
• Representación en forma de código: código de Gray que se utiliza para reducir errores de transmisión en sistemas de comunicaciones y codificación.
• Representación de señales multicanal: se representan en matrices o tensores multidimensionales, para sistemas de audio multicanal o sistemas de comunicación de alta velocidad.
• Representación en dominios específicos: en el procesamiento de imágenes se utilizan las matrices de píxeles.

Código

Figura 1: Ejemplo de señal digital generada en MATLAB

MATLAB permite representar datos de secuencia discretos mediante la función stem tal y como se ilustra en el siguiente ejemplo de código:

% Programa que crea una secuencia  de 9 valores discretos y la representa gráficamente en el rango de -5 a 3
n=-5:3;
x=[0 1 4 -6 1 0 -2 0 0];
stem (n,x,'filled');
ylabel ('x[n]')
xlabel ('n')