Procesamiento digital de señales para niños

El procesamiento de señales digitales o DSP (por sus siglas en inglés, digital signal processing) es una forma de usar las matemáticas para cambiar o mejorar una señal de información. Imagina que tienes una señal, como el sonido de tu voz o una imagen. El DSP toma esa señal y la convierte en números o símbolos. Luego, un computador especial manipula esos números para lograr un efecto deseado.

Esto se hace con un tipo de procesador o microprocesador que está diseñado para hacer cálculos muy rápido. Es como un cerebro superveloz para las señales. Gracias a esto, el DSP es muy útil para trabajar con señales que cambian todo el tiempo, como las que vienen de un micrófono o una cámara. Aunque las señales originales pueden ser analógicas (continuas), el sistema DSP es digital. Por eso, necesita un conversor que transforme la señal analógica en números digitales al principio, y otro que la convierta de nuevo a analógica al final, si es necesario. Como cualquier computador, necesita memoria para guardar los datos y las instrucciones.

Podemos procesar una señal para reducir el ruido, hacer que los sonidos graves o agudos se escuchen mejor, o para comprimir información. El DSP se usa mucho en la música (como en los archivos MP3), en la voz (para el reconocimiento de voz en los teléfonos móviles), en las imágenes (para transmitir fotos por satélite) y en el vídeo (como en los DVD).

¿Cómo se capturan las señales para el DSP?

El muestreo digital: Tomando "fotos" de una señal

El muestreo es un paso clave para convertir una señal analógica (que es continua, como una onda) en una señal digital (que es una serie de números). Piensa en ello como tomar muchas "fotos" o "muestras" de la señal a intervalos regulares y muy rápidos. Cada una de esas fotos se convierte en un número. Esto es fundamental para que un computador pueda entender y trabajar con la señal. Existe un principio importante llamado el teorema de muestreo, que nos dice qué tan rápido debemos tomar esas muestras para no perder información de la señal original.

¿Cómo se transforman las señales con DSP?

Las transformadas: Cambiando la forma de ver una señal

Una de las grandes ventajas del DSP es que permite transformar las señales de maneras que facilitan su análisis. Una transformación muy importante es la Transformada Discreta de Fourier (TDF). Esta transformada es como una herramienta mágica que convierte una señal que vemos en el tiempo (por ejemplo, cómo cambia el volumen de una canción segundo a segundo) en una señal que vemos en la frecuencia (qué tan agudos o graves son los sonidos de esa canción). Esto nos ayuda a entender mejor los componentes de una señal, por ejemplo, para eliminar ruidos o para crear diferentes tipos de filtros (como los que dejan pasar solo los sonidos graves o solo los agudos).

Otra transformada importante es la Transformada de Coseno Discreta. Es parecida a la anterior, pero convierte las señales en componentes basados en la función coseno. Esta transformada es una de las bases de cómo se comprimen las imágenes, por ejemplo, en los archivos JPEG que usas todos los días.

¿Cómo funcionan los procesadores DSP?

Arquitecturas de computadores para el procesamiento de señales

Los computadores tienen diferentes formas de organizar sus instrucciones. Hay dos tipos principales: RISC y CISC. Los procesadores CISC tienen muchas instrucciones complejas, mientras que los RISC tienen menos instrucciones, pero las ejecutan muy rápido. Con el tiempo, los procesadores RISC se han vuelto más populares porque son más baratos y eficientes.

Los procesadores DSP son un tipo especial de procesador. Aunque tienen algunas características de los RISC, están diseñados específicamente para tareas que necesitan muchos cálculos rápidos, como el procesamiento de señales. Un procesador DSP puede hacer varias operaciones al mismo tiempo, lo que los hace increíblemente eficientes para su trabajo.

¿Para qué se usa el DSP en la vida real?

El procesamiento de señales digitales se usa en muchísimas cosas que ves y usas a diario:

• Procesamiento de audio digital: Para mejorar la calidad del sonido en tu música, películas o llamadas telefónicas.
• Procesamiento de voz digital: Para que los asistentes de voz te entiendan, o para reducir el ruido en las llamadas.
• Procesamiento de imágenes digitales: Para mejorar las fotos que tomas con tu teléfono, o para ver imágenes de satélite.
• Procesamiento de vídeo digital: Para que los vídeos se vean bien en tu televisor o en internet, y para comprimirlos.
• Procesamiento de datos digitales: En general, para analizar y manipular grandes cantidades de información numérica.

Procesador de Imagen Canon Digic 4

Galería de imágenes

• 

  Procesador de Imagen Canon Digic 4

Véase también

En inglés: Digital signal processing Facts for Kids