संकेत प्रसंस्करण

संकेतन सिद्धांत या संकेतन (इकोनॉमिक्स) से भ्रमित न होने के लिए,"संकेतन सिद्धांत" यहाँ पुनः निर्देशित करता है। संकेत प्रसंस्करण विद्युत अभियन्त्रण का उप क्षेत्र है जो ध्वनि, इमेज, संभावित क्षेत्र, भूकंपीय संकेतों,अल्टीमेट्री प्रसंस्करण और वैज्ञानिक माप जैसे संकेतों का विश्लेषण,संशोधन और संश्लेषण करने पर केंद्रित है। सांकेतिक प्रसंस्करण तकनीक का उपयोग, डिजिटल स्टोरेज दक्षता, विकृत संकेतों को ठीक करने,व्यक्तिपरक वीडियो गुणवत्ता और मापित संकेत में रूचि के घटकों का पता लगाने या इंगित करने के लिए किया जाता है।

इतिहास
एलन वी. ओपेनहेम और रोनाल्ड डब्ल्यू शेफर के अनुरूप, सांकेतिक प्रसंस्करण के सिद्धांत 17वीं शताब्दी की शास्त्रीय संख्यात्मक विश्लेषण तकनीकों में पाए जा सकते हैं। वे आगे कहते हैं कि इन तकनीकों का डिजिटल शोधन 1940 और 1950 के डिजिटल नियंत्रण प्रणालियों में पाया जा सकता है।

1948 में, क्लाउड शैनन ने प्रभावशाली लेख्य संचार का गणितीय सिद्धांत लिखा था जो बेल सिस्टम तकनीकी जर्नल में प्रकाशित हुआ था। लेख्य ने सूचना संचार प्रणालियों के बाद के विकास और प्रसारण के लिए संकेतों के प्रसंस्करण के लिए आधार तैयार किया था।

1960 और 1970 के दशक में सांकेतिक प्रसंस्करण के क्षेत्र में अत्यधिक परिपक्वता आयी थी, और 1980 के दशक में विशेष डिजिटल संकेत प्रोसेसर चिप्स के साथ डिजिटल सांकेतिक प्रसंस्करण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा था।

एनालॉग
एनालॉग सांकेतिक प्रसंस्करण उन संकेतों के लिए है जिन्हे अंकीकृत नहीं किया गया है, जैसा कि 20वीं सदी के अधिकांश रेडियो, टेलीफोन और टेलीविज़न प्रणाली में होता है। इसमें रैखिक विद्युत् परिपथ के साथ-साथ अरेखीय वाले भी सम्मिलित हैं। उदाहरण के लिए, निष्क्रिय फिल्टर, सक्रिय फिल्टर, विद्युत् मिक्सर,  जोड़नेवाला विलंब रेखा हैं। अरेखीय परिपथ में  में कम्पाउंडर, गुणक (आवृत्ति मिक्सर, वोल्टेज नियंत्रित प्रवर्धक), वोल्टेज नियंत्रित फिल्टर, वोल्टेज-नियंत्रित दोलक और कलाबद्ध लूप सम्मिलित हैं।

निरंतर समय
निरंतर संकेत प्रसंस्करण उन संकेतों के लिए है जो निरंतर डोमेन के परिवर्तन के साथ भिन्न होते हैं (कुछ अलग-अलग बाधित बिंदुओं पर विचार किए बिना)।

सांकेतिक प्रसंस्करण के तरीकों में समय क्षेत्र, आवृत्ति डोमेन और जटिल आवृत्ति सम्मिलित हैं। यह तकनीक मुख्य प्रकार से रैखिक समय-अपरिवर्तनीय निरंतर प्रणाली के मॉडलिंग, प्रणाली की शून्य-अवस्था प्रतिक्रिया का अभिन्न अंग, प्रणाली कार्य की स्थापना और नियतात्मक संकेतों के निरंतर समय फ़िल्टरिंग पर चर्चा करती है।

असतत समय
असतत-समय संकेत प्रसंस्करण सैमपल्ड संकेतों के लिए है, जो केवल समय में असतत बिंदुओं पर परिभाषित किया गया है, और इस तरह समय में मात्रा निर्धारित की जाती है, परन्तु परिमाण में नहीं होता है।

एनालॉग असतत समय सांकेतिक प्रसंस्करण ऐसी तकनीक है जो सैमपल्ड और होल्ड परिपथ, एनालॉग समय विभाजन बहुसंकेतक, एनालॉग देरी लाइनों और एनालॉग पुननिर्वेश विस्थापन रजिस्टर जैसे विद्युत् उपकरणों पर आधारित है। यह तकनीक डिजिटल सांकेतिक प्रसंस्करण (नीचे देखें) की पूर्ववर्ती थी, और अभी भी गिगाहर्ट्ज़ संकेत के उन्नत प्रसंस्करण में उपयोग की जाती है।

असतत-समय सांकेतिक प्रसंस्करण की अवधारणा भी सैद्धांतिक अनुशासन को संदर्भित करती है जो डिजिटल सांकेतिक प्रसंस्करण के लिए गणितीय आधार स्थापित करती है, अतिरिक्त परिमाणीकरण त्रुटि को ध्यान में रखना अनिवार्य है।

डिजिटल
डिजिटल सांकेतिक प्रसंस्करण डिजीटल असतत-समय के सांकेतिक प्रसंस्करण सैमपल्ड है। प्रसंस्करण सामान्य-उद्देश्य वाले कंप्यूटर या डिजिटल परिपथ जैसे कि एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत परिपथ, क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली श्रंखला या विशेष डिजिटल सांकेतिक प्रोसेसर (डीएसपी चिप्स) द्वारा किया जाता है। अंकगणितीय संचालन में फिक्स्ड-पॉइंट अंकगणित होता है | फिक्स्ड-बिंदु और बदलाव बिंदु, वास्तविक-मान, सम्मिश्र-मान, गुणन और जोड़ सम्मिलित हैं। हार्डवेयर द्वारा समर्थित अन्य विशिष्ट ऑपरेशन सर्कुलर बफर और लुकअप टेबल हैं। एल्गोरिदम के उदाहरण हैं फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी), परिमित आवेग प्रतिक्रिया (एफआईआर) फिल्टर, अनंत आवेग प्रतिक्रिया (आईआईआर) फिल्टर, और अनुकूली फिल्टर जैसे कि वाइनर फ़िल्टर और कलमन फिल्टर है।

अरेखीय
अरेखीय प्रणाली में अरेखीय प्रणाली से उत्पन्न संकेतों का विश्लेषण और प्रसंस्करण सम्मिलित है और यह समय, आवृत्ति, या अनुपात-लौकिक डोमेन में हो सकता है। अरेखीय प्रणालियां अत्यधिक मिश्रित रूप प्रदान करती हैं जिनमें द्विभाजन सिद्धांत, अराजकता सिद्धांत, हार्मोनिक्स और सबहार्मोनिक्स सम्मिलित हैं जिन्हें रैखिक विधियों का उपयोग करके उत्पादित या विश्लेषण नहीं किया जा सकता है।

बहुपद सांकेतिक प्रसंस्करण एक प्रकार का अरेखीय सांकेतिक प्रसंस्करण है, जहां बहुपद प्रणालियों, रैखिक प्रणाली से अरेखीय प्रणाली तक ले जाने की अवधरणा की व्याख्या करती है।

सांख्यिकीय
सांख्यिकीय सांकेतिक प्रसंस्करण दृष्टिकोण है जो संकेतों को अनेक संभावनाओं में से चुनी हुई प्रक्रिया के रूप में मानता है, सांकेतिक प्रसंस्करण कार्यों को करने के लिए उनके सांख्यिकी गुणों का उपयोग करता है। सांकेतिक प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में सांख्यिकीय तकनीकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक इमेज चित्रित करते समय होने वाले ध्वनि की संभाव्यता वितरण को मॉडल कर सकते हैं, और परिणामी इमेज में ध्वनि की कमी के लिए इस मॉडल के आधार पर तकनीकों का निर्माण कर सकते हैं।

आवेदन क्षेत्र
* ऑडियो सांकेतिक प्रसंस्करण – ध्वनि का प्रतिनिधित्व करने वाले विद्युत संकेतों के लिए, जैसे भाषण संकेत प्रसंस्करण या संगीत इत्यादि संचार प्रणालियों में, सांकेतिक प्रसंस्करण यहां हो सकती है:
 * इमेज प्रसंस्करण - डिजिटल कैमरा, कंप्यूटर और विभिन्न इमेजिंग प्रणाली में है
 * वीडियो प्रसंस्करण – गतिमान चित्रों की व्याख्या करने के लिए है
 * ताररहित संपर्क – तरंग जेनरेशन, डिमॉड्यूलेशन, फिल्टरिंग, समीकरण है
 * नियंत्रण प्रणाली
 * सरणी प्रसंस्करण – सेंसर की सरणी से संकेतों को संसाधित करने के लिए है
 * प्रक्रिया नियंत्रण – विभिन्न प्रकार के संकेतों का उपयोग किया जाता है, जिसमें उद्योग मानक 4-20 mA वर्तमान लूप सम्मिलित है
 * भूकंप विज्ञान
 * वित्तीय सांकेतिक प्रसंस्करण – सांकेतिक प्रसंस्करण तकनीकों का उपयोग करके वित्तीय डेटा का विश्लेषण करना, असामान्य प्रकार से पूर्वानुमान उद्देश्यों के लिए होता है।
 * लक्षण निष्कर्षण, जैसे इमेज को समझना और वाक्अभिज्ञान के लिए होता है।
 * गुणवत्ता में सुधार, जैसे ध्वनि में कमी, इमेज में वृद्धि और प्रतिध्वनि रद्द करना है।
 * ऑडियो संपीड़न (डेटा), छवि संपीड़न और वीडियो संपीड़न सहित सोर्स कोडिंग के लिए होता है।
 * जीनोमिक्स सांकेतिक प्रसंस्करण


 * ओएसआई मॉडल 1 सात परत ओएसआई मॉडल में, भौतिक परत (मॉडुलन,समीकरण (संचार), बहुसंकेतन, इत्यादि);
 * ओएसआई लेयर 2, सूचना श्रंखला तल (आगे त्रुटि सुधार) है;
 * ओएसआई परत 6, प्रस्तुति परत (स्रोत कोडिंग, जिसमें एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण। (एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण और डेटा संपीड़न सम्मिलित है)।

विशिष्ट उपकरण

 * फ़िल्टर (सांकेतिक प्रसंस्करण) – उदाहरण के लिए एनालॉग (निष्क्रिय या सक्रिय) या डिजिटल (फिल्टर के लिए, आईआईआर फिल्टर, आवृति डोमेन या स्टोकेस्टिक फिल्टर इत्यादि)।
 * डेटा अधिग्रहण और पुनर्निर्माण के लिए सैम्पलर (सांकेतिक प्रसंस्करण) और एनालॉग-टू-अंकीय परिवर्तक(डिजिटल कन्वर्टर्स), जिसमें भौतिक संकेत को मापना, इसे अंकीय संकेतन के रूप में संग्रहीत करना या स्थानांतरित करना और संभवतः बाद में मूल संकेतन या उसके सन्निकटन का पुनर्निर्माण करना सम्मिलित है।
 * आधार - सामग्री संकोचन
 * डिजिटल सांकेतिक प्रोसेसर (डीएसपी)

लागू गणितीय तरीके

 * विभेदक समीकरण
 * पुनरावृत्ति संबंध
 * रूपांतरण सिद्धांत
 * समय-आवृत्ति विश्लेषण – अस्थिर संकेतों को संसाधित करने के लिए होता है
 * वर्णक्रमीय अनुमान – समय श्रृंखला के वर्णक्रमीय सामग्री (अर्थात, आवृत्ति पर ऊर्जा का वितरण) का निर्धारण करने के लिए के लिए होता है
 * सांख्यिकीय संकेत प्रसंस्करण – उनके स्टोचैस्टिक गुणों के आधार पर संकेतों और ध्वनि से जानकारी का विश्लेषण और निष्कर्ष निकालना है।
 * रैखिक समय-अपरिवर्तनीय प्रणाली सिद्धांत और रूपांतरण सिद्धांत है।
 * बहुपद सांकेतिक प्रसंस्करण – प्रणाली का विश्लेषण जो बहुपदों का उपयोग करके इनपुट और आउटपुट को संबंधित करता है।
 * सिस्टम पहचान और वर्गीकरण
 * अवकलन
 * जटिल विश्लेषण
 * सदिश स्थान और रेखीय बीजगणित
 * कार्यात्मक विश्लेषण
 * संभाव्यता और स्टोकेस्टिक प्रक्रियाएं * जांच सिद्धांत
 * अनुमान सिद्धांत
 * गणितीय अनुकूलन
 * संख्यात्मक तरीके
 * समय श्रृंखला
 * डेटा माइनिंग – अत्यधिक मात्रा में चरों के बीच संबंधों के सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए (इस संदर्भ में कई भौतिक संकेतों का प्रतिनिधित्व करते हुए), पहले से अज्ञात पैटर्न ज्ञात करने के लिए होता है।

यह भी देखें

 * बीजगणितीय सांकेतिक प्रसंस्करण
 * ऑडियो फिल्टर
 * परिबद्ध भिन्नता
 * डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग
 * गतिशील रेंज संपीड़न, संपीड प्रसारण, सीमित और ध्वनि अवरोधन
 * फूरियर रूपांतरण
 * सूचना सिद्धांत
 * कम से कम वर्ग वर्णक्रमीय विश्लेषण
 * अस्थानीय साधन
 * प्रतिध्वनि
 * समय श्रृंखला

आगे की पढाई

 * Kainam Thomas Wong : Statistical Signal Processing lecture notes at the University of Waterloo, Canada.
 * Ali H. Sayed, Adaptive Filters, Wiley, NJ, 2008, ISBN 978-0-470-25388-5.
 * Thomas Kailath, Ali H. Sayed, and Babak Hassibi, Linear Estimation, Prentice-Hall, NJ, 2000, ISBN 978-0-13-022464-4.
 * Kainam Thomas Wong : Statistical Signal Processing lecture notes at the University of Waterloo, Canada.
 * Ali H. Sayed, Adaptive Filters, Wiley, NJ, 2008, ISBN 978-0-470-25388-5.
 * Thomas Kailath, Ali H. Sayed, and Babak Hassibi, Linear Estimation, Prentice-Hall, NJ, 2000, ISBN 978-0-13-022464-4.

बाहरी कड़ियाँ

 * Signal Processing for Communications – free online textbook by Paolo Prandoni and Martin Vetterli (2008)
 * Scientists and Engineers Guide to Digital Signal Processing – free online textbook by Stephen Smith