PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES DE AUDIO(FILTRADO) IMPLEMENTADO EN EL SOFTWARE MATLAB

PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES DE AUDIO(FILTRADO) IMPLEMENTADO EN EL SOFTWARE MATLAB

Diego Bastidas Chiluisa

djbastidas4@espe.edu.ec

Diego Díaz Rocano

dadiaz9@espe.edu.ec

 Byron Guevara Villacis  

bgguevara@espe.edu.ec

Andrés Velásquez Lozano

amvelasquez1@espe.edu.ec

RESUMEN: En el siguiente trabajo se va a estudiar el Procesamiento Digital de Señales, en la cual explicaremos significado, elementos por los que está compuesto, sus ventajas y desventajas del procesamiento de estas señales, y finalmente donde se las pueden aplicar para obtener mejores beneficios. La finalidad del estudio de este tipo señales es el procesamiento, analizar y manipular a nuestra conveniencia la información obtenida de una o más señales en este caso de sonido que a su vez pueden ser descritas en ecuaciones matemáticas, con el fin de mejorar o editar las estas señales realizando los procesos adecuados. La señal digital se caracteriza principalmente por manejar la amplitud de manera prudente y por estar en total dependencia del dominio del tiempo, las cuales son aspectos importantes para que la señal pueda estudiar y procesar por un micro-procesador u otro dispositivo especializado para estos casos. Estos realizan operaciones para Procesamiento Digital de Señales más rápida y efectiva.

   PALABRAS CLAVE: Audio, digital, procesamiento, señales, voz.

  ABSTRACT: In the following work the Digital Signal Processing will be studied, in which we will explain the meaning, elements for which it is composed, its advantages and disadvantages of the processing of these signals, and finally where they can be applied to obtain better benefits. The purpose of the study of this type signals is to process, analyze and manipulate to our convenience the information obtained from one or more signals in this case of sound that in turn can be described in mathematical equations, in order to improve or edit the These signals by performing the appropriate processes. The digital signal is characterized mainly by the handling of the amplitude in a prudent way and by being totally dependent on the time domain, which are important aspects so that the signal can study and process by a microprocessor or other specialized device for these cases. They perform operations for faster and more effective Digital Signal Processing.

    KEYWORDS: Audio, digital, processing, signals, voice.

1. INTRODUCCION

En la actualidad la ciencia y la tecnología va avanzado muy rápido de manera que muchos elementos electrónicos ya se pueden aplicar a diferentes aspectos y áreas dependiendo las necesidades requeridas; para los circuitos integrados, computadores y microprocesadores, los cuales son elementos de mucha tecnología, son un asunto que se ha llegado a ser muy indispensable la variedad de áreas en las que se pueden aplicar como la economía, la ingeniería, la computación, la medicina, las telecomunicaciones, entre otras.

Al estudiar las señales digitales también nos interesa la electrónica digital esta es una de las ramas de la ingeniería que se dedica analizar a fondo el procesamiento digital de forma ordenada y basadas fundamentalmente en normas y procedimientos, que van dirigidas de manera que se pueda representar, convertir y manipular de la información que se encuentra en la misma. Esta clase de señales son muy discretas, ya que las amplitudes solo tienen un número limitado de distintos valores y su señal eléctrica no almacena ninguna relación con su magnitud física real, debido a que estas señales que son sumamente discretas son modificadas matemáticamente.

Sin embargo, cabe recalcar que la señal analógica fue el principal modelo de procesamiento de la señal que fue perfeccionada, y que con gran diferencia de la digital, estas señales que se envían son ininterrumpidamente variantes con el tiempo y representan de manera eléctrica como por ejemplo las magnitudes físicas originales, tales como el sonido, la variación de temperatura, las imágenes, entre otras señales.

El Funcionamiento del programa se lo puede resumir en un diagrama de bloques mediante la figura siguiente:

[pic 1]

Tabla.1. Desarrollo de operaciones.

1. DESARROLLO DE CONTENIDOS

1. Matlab

Es un entorno practico y sencillo de usar, donde los ejercicios o problemas y las resoluciones son realizadas como se describen matemáticamente, sin usar la codificación comúnmente conocida.

Esto permite realizar muchos ejercicios matemáticos o numéricos en un tiempo no tan largo, que bien podría realizarse en lenguajes como C, C++, Visual BASIC. Matlab se ha desarrollado de manera exponencial en los últimos años por la participación de muchos usuarios. Matlab tiene muchas funciones que agrandan las actividades que pueden realizarse en el entorno Matlab para resolver clases particulares de problemas como:

• Procesamiento de señales
• Diseño de sistemas de control
• Simulación de sistemas dinámicos
• Identificación de sistemas
• Redes neuronales y otros.

1. Procesamiento Digital de Señal (PDS)

El procesamiento digital de señal es una técnica que procesa las señales de fuentes de sonido real que existen en nuestro entorno, en datos digitales para que puedan ser examinados. Este análisis es llevado a cabo de forma digital puesto que una señal después de haber sido reducida a valores numéricos discretos, los componentes que conforman la señal digital pueden ser aislados, examinados y ordenados más fácilmente que en su forma original o real.

El procesamiento digital de señal se refiere al procesamiento electrónico de señales digitales tales como sonido, radio y microondas utilizando procesos matemáticos para realizar transformaciones o extraer información de dichas señales. En la práctica, las características que hacen a los procesamientos digitales de señales tan útiles y necesarios en el manejo de señales es el procesamiento de gráficos de buena calidad y simulaciones.

Eventualmente cuándo el procesamiento de señales digitales ha terminado su rol, los datos digitales pueden reversibles, pueden regresar a su forma natural, con una calidad mejorada. Por ejemplo: un procesador de señales digitales puede filtrar ruido de cualquier señal, retirar interferencias, amplificar o eliminar frecuencias, cifrar información, o analizar una señal compleja en sus componentes fundamentales.

1. Aplicaciones del Procesamiento Digital de Señal

• Voz: Prensamiento de la información de señales, identificación de personas y reconocimiento de voz
• Audio: Ecualización, adecuaciones artificiales, compresión de la información de las señales de los sonidos, cancelación activa de ruido ambiente.
• Imágenes: Mejora del brillo, contraste, colorido y nitidez, restauración de imágenes borrosas debido a la mala manipulación del objeto fotográfico.
• Medicina: Reducción de ruido y diagnóstico automático de electrocardiogramas y electroencefalogramas; formación de imágenes en tomografía axial computarizada como el scanner, resonancia magnética nuclear y ecografía como el ultrasonido.
• Domótica: Para la automatización de las casas de las personas.
• Redes de datos: Unión de todos los servicios de telecomunicaciones en uno solo.

1. Procesamiento Digital de Señales de Audio

El procesamiento digital de audio es una parte importante del procesamiento de señales, que encuentra aplicaciones en áreas tan diversas como las telecomunicaciones, la composición musical o la interacción persona-máquina. La codificación/compresión basada en modelos de la percepción auditiva, la síntesis de sonido para la creación musical, o la transcripción automática de música, entre otros.

1. Ventajas del Procesamiento de Audio

• La señal discreta (digital) es más fácil de transmitir, almacenar o manipular (en el caso del sonido: editar, comprimir, etc.)
• La señal digital es inmune al ruido. La señal digital es menos sensible que la analógica a las interferencias, etc.
• La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad.
• Se puede tomar una muestra de sonido y cambiar cualquiera de sus parámetros para generar un sonido diferente sin tener que recrearlo en la realidad.
• Ante la pérdida de cierta cantidad de información, la señal digital puede ser reconstruida gracias a los sistemas de regeneración de señales (usados también para amplificarla, sin introducir distorsión).

1. Inconvenientes del Procesamiento de Audio

• Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior, en el momento de la recepción.
• Si se utiliza compresión con pérdida, será imposible reconstruir la señal original.
• La señal digital requiere mayor ancho de banda para ser transmitida que la analógica.
• Hay una pérdida inherente de información al convertir la información continua en discreta.

1. Análisis de las Señales de Audio

Definimos que una señal es aquella que varía en el tiempo y en el espacio, también decimos que existen señales periódicas y no periódicas. Las señales periódicas son aquellas que tienen un periodo definido; es decir, el intervalo que se repite la onda. Por otra parte, las señales periódicas son lo contrario que las periódicas, no poseen un periodo definido para un análisis.

Para el procesamiento de señales se utiliza el análisis de Fourier, esta es una herramienta matemática que nos ayuda a realizar un estudio de señales. Las series de Fourier y La transformada de Fourier son los instrumentos fundamentales del análisis de Fourier, Las series de Fourier se utilizan para el análisis de funciones periódicas, y la transformada de Fourier es utilizada para el análisis de funciones no periódicas.

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