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Signalverarbeitung

Unter dem Begriff Signalverarbeitung sind alle Bearbeitungsschritte zusammengefasst, die das Ziel haben, Informationen aus einem (empfangenen bzw. gemessenen) Signal zu extrahieren oder Informationen für die Übertragung von einer Informationsquelle zu einer Informationssenke vorzubereiten. So sind einige wichtige Ziele der Signalverarbeitung die Gewinnung von Informationen über Prozesse, die Reduktion von Daten oder die Aufbereitung von Signalen.

Es wird zwischen digitaler und analoger Signalverarbeitung unterschieden. Dabei gewinnt die digitale Signalverarbeitung aufgrund von folgenden Vorteilen immer mehr an Bedeutung:

• Die zur Verarbeitung notwendige Technik ist meist kostengünstiger, kompakter und sparsamer im Energieverbrauch als analoge Pendants.
• Die Ergebnisse digitaler Signalverarbeitung sind reproduzierbar, Bauelementetoleranzen etwa durch Temperaturschwankungen oder Alterungsvorgänge haben geringeren Einfluss.
• Die gewünschten Verarbeitungsschritte lassen sich mit digitaler Verarbeitung oft einfacher realisieren (z.B. durch Programmierung von Mikrocontrollern).
• Digitale Signalverarbeitung läßt die Speicherung und einfache Weiterverarbeitung (Übermittlung an andere Systeme, z.B. Steuerungen) zu.
• Digitale Signalverarbeitung ermöglicht die Erzielung eines günstigen Signal-Rauschverhältnises S/N für die zu verarbeitenden Abtastwerte in Abhängigkeit der gewählten bzw. verfügbaren Bit-Breite auf DSPs, FPGAs, Mikrocontrollern oder Compilern (z.B. C).

Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit bietet die Unterscheidung zwischen eindimensionaler (z.B. Audiosignale, seismische Signale), zweidimensionaler (z.B. Bilder) und dreidimensionaler (z.B. bewegte Bilder, Video) Signalverarbeitung.

Es existieren auch Nachteile der digitalen Signalverarbeitung:

• Es sind ADUs (Analog-digital-Umsetzer) oder/und auch DAUs (Digital-analog-Umsetzer) mit einer gewissen Abtastrate (Einfluss auf die maximal abtastbare Frequenz; siehe Nyquist-Shannon-Abtasttheorem) und einer gewissen Messgenauigkeit (Einfluss auf den Quantisierungsfehler) notwendig.
• In machen Fällen ist die doppelte Wandlung (analog-digital und später wieder digital-analog) mit den oben genannten Einschränkungen bzw. Fehlerquellen notwendig.
• Die Implementierung einiger Verarbeitungsschritte und auch die Abarbeitung von Verarbeitungsschritten kann teilweise sehr zeitaufwändig sein. Zeitbeschränkungen während der Abarbeitung der Verarbeitungsschritte können Näherungsverfahren notwendig machen.

Siehe auch: Informationstheorie, Bildverarbeitung, Digitales Filter, Filter (Elektronik)