Introducción a las señales y los sistemas
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Este tutorial cubre los fundamentos de la señal y el sistema necesarios para comprender los conceptos de imágenes digitales. Antes de entrar en conceptos detallados, primero definamos términos simples.
En ingeniería eléctrica, el valor básico de la representación de cierta información se llama señal. No importa qué tipo de información sea, por ejemplo: información analógica o digital. En matemáticas, una señal es una función que transmite cierta información. De hecho, cualquier cantidad medida en el tiempo en el espacio o en cualquier dimensión superior puede aceptarse como una señal. La señal puede ser de cualquier tamaño y forma.
La señal puede ser un valor analógico, lo que significa que se basa en el tiempo. Esta es una señal continua. Estas señales se determinan a partir de variables independientes continuas. Es difícil analizarlos, ya que conllevan una gran cantidad de valores. Son muy precisos debido a la gran muestra de valores. Necesitará una memoria infinita para almacenar estas señales, porque puede alcanzar valores infinitos en una cadena real. Las señales analógicas se indican mediante ondas sinusoidales.
Por ejemplo:
La voz humana es un ejemplo de señales analógicas. Cuando hablas, la voz generada viaja a través del aire en forma de ondas de presión y, por lo tanto, pertenece a una función matemática que tiene variables independientes de espacio y tiempo y un valor correspondiente a la presión del aire.
Otro ejemplo es la onda sinusoidal que se muestra en la figura siguiente.
Y = sin (x), donde x es independiente
En comparación con las señales analógicas, las señales digitales son muy fáciles de analizar. Estas son señales intermitentes. Esta es la asignación de señales analógicas.
La palabra digital denota valores discretos y, por lo tanto, significa que utilizan valores específicos para representar cualquier información. En una señal digital, solo se utilizan dos valores para representar algo, por ejemplo: 1 y 0 (valores binarios). Las señales digitales son menos precisas que las señales analógicas porque son muestras discretas de una señal analógica tomadas durante un período de tiempo. Sin embargo, las señales digitales no se ven afectadas por el ruido. Por tanto, son duraderos y fáciles de interpretar. Las señales digitales se indican mediante ondas cuadradas.
Por ejemplo:
Cada vez que se presiona una tecla en el teclado, se envía una señal eléctrica correspondiente al controlador del teclado que contiene el valor ASCII para esa tecla en particular. Por ejemplo, la señal eléctrica que se genera al presionar la tecla a en el teclado lleva información sobre el número 97 en forma de 0 y 1, que es el valor ASCII del carácter a.
| Elemento de comparación | Señal analoga | Señal digital |
|---|---|---|
| Análisis | Difícil | Análisis posible |
| Representación | Continuo | Intermitente |
| Precisión | Más preciso | Menos precisa |
| Almacenamiento | Memoria sin fin | Fácil de almacenar |
| Sujeto a ruido | sí | No |
| Técnica de grabación | La señal original se conserva | Se toman y guardan muestras de formas de onda |
| Ejemplos de | Voz humana, termómetro, teléfonos analógicos, etc. | Computadoras, teléfonos digitales, bolígrafos digitales, etc. |
El sistema está determinado por el tipo de entrada y salida que trata. Dado que estamos tratando con señales, en nuestro caso nuestro sistema será un modelo matemático, una pieza de código / software, o un dispositivo físico, o una caja negra, cuya entrada es una señal, y realiza algún procesamiento en eso. señal, y la salida es una señal. La señal de entrada se llama excitación y la salida se llama respuesta.
La figura anterior muestra un sistema cuya entrada y salida son señales y la entrada es analógica. Y la salida es una señal digital. Esto significa que nuestro sistema es en realidad un sistema de conversión que convierte señales analógicas en digitales.
Ya que hay muchos conceptos asociados con esta conversión A / D y viceversa. Solo discutiremos los relacionados con la imagen digital. Hay dos conceptos principales involucrados en la portada.
El muestreo, como sugiere el nombre, se puede definir como muestreo. Tome muestras de la señal digital a lo largo del eje x. La muestra se realiza sobre la variable independiente. En el caso de esta ecuación matemática:
La selección se realiza sobre la variable x. También podemos decir que la conversión del eje x (valores infinitos) a digital se realiza mediante muestreo.
Además, la muestra se divide en creciente y decreciente. Si el rango de valores a lo largo del eje x es menor, aumentaremos la muestra de valores. A esto se le llama aumento de muestreo y, a la inversa, disminución de muestreo.
La cuantificación, como sugiere el nombre, se puede definir como división en cuantos (partes). La cuantificación se realiza sobre la variable dependiente. Esto es lo opuesto al muestreo.
En el caso de esta ecuación matemática, y = sin (x)
La cuantificación se realiza en la variable Y. Esto se realiza en el eje y. La conversión de valores infinitos del eje Y a 1, 0, -1 (o cualquier otro nivel) se conoce como cuantificación.
Estos son los dos pasos principales involucrados en la conversión de una señal analógica a digital.
La cuantificación de la señal se muestra en la siguiente figura.
La primera y obvia razón es que el procesamiento de imágenes digitales se ocupa de imágenes digitales, es decir, señales digitales. Por lo tanto, cada vez que se captura una imagen, se convierte a formato digital y luego se procesa.
La segunda e importante razón es que para realizar operaciones en una señal analógica utilizando una computadora digital, debe almacenar esa señal analógica en la computadora. Y para almacenar una señal analógica, se requiere una memoria infinita para almacenarla. Y como esto no es posible, convertimos esta señal a formato digital y luego la almacenamos en una computadora digital y luego la operamos.
Los sistemas cuya entrada y salida son señales continuas o analógicas se denominan sistemas continuos.
Los tipos de sistemas cuya entrada y salida son señales discretas o digitales se denominan sistemas digitales.
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