Alan V. Oppenheim ve Ronald W. Schafer adlı iki bilim adamı 17. yüzyılda sinyal işlemenin temel prensiplerinin bulunmasının ardından, 1940-1950'li yıllarda klasik-nümerik sinyal analiz tekniğini sayısallaştırma veya dijital olarak iyileştirme adı altında geliştirmişlerdir. Böylece dijital sistemler için de sinyal analiz tekniği mevcut hale gelmiştir. Devrim olarak nitelendirilebilecek bu gelişme teknolojinin birçok alanında da diğer gelişmeleri hızlandırmıştır.

Peki kısaca nedir sinyal işleme? Genel olarak analog ve dijital sinyaller üzerinde analizler yapma, zamansal ve mekânsal değişiklikleri saptayarak matematiksel metotlar (Calculus, diferansiyel, vektörler, LTI sistem teorisi, tahmin teorisi, sinyal algılama teorisi gibi) yardımıyla çeşitli sistemlere uygulama olarak tanımlanabilir. Bu sinyaller kontrol sistemleri, haberleşme sistemleri, radarlar gibi birçok alanda kullanılabilirler. Sinyal işlemeyi kategorilendirmek gerekirse; Analog Sinyal İşleme, Ayrık Zamanlı Sinyal İşleme, Dijital Sinyal İşleme, Lineer Olmayan Sinyal İşleme gibi 4 ayrı kategoride toplayabiliriz.

  1. Analog Sinyal İşleme: Dijital sinyale dönüştürülmemiş sinyaller için kullanılır. Eski radyolarda, televizyonlarda ve radarlarda analog sinyal mevcuttur. Pasif filtreler, aktif filtreler, geciktirici hatlar, integratörler kullanılabilir.
  2. Ayrık Zamanlı Sinyal İşleme: Analog ayrık zamanlı sinyal işleme teknolojisi zaman ayırıcı devrelerde, analog geciktirici devrelerde ve analog geri besleme devrelerde kullanılır. Dijital sinyal işleme tekniğinin öncüsü olarak bilinir ve günümüzde GHz'lik frekanslardaki sinyaller için kullanımdadır.
  3. Dijital Sinyal İşleme: Genellikle bilgisayarlar aracılığıyla gerçekleştirilen bu teknik, bu işlem için özel geliştirilmiş entegreli devreler aracılığıyla veya dijital sinyal işlemcileri ile de yapılabiliyor. Çeşitli aritmetik operatörler kullanılan bu teknikte sınırlı sinyal tepki analizi veya sınırsız sinyal tepki analizi gibi matematiksel teknikler de kullanılıyor.
  4. Lineer Olmayan Sinyal İşleme: Lineer olmayan sistemlerden elde edilen sinyaller üzerinde işlem yapılan bu teknikte, zaman, frekans veya geçici bölge gibi parametreler ile analiz yapılabiliyor. Ancak lineer olmayan sinyaller kullanıldığı için en karmaşık sinyal işleme tekniği olarak bilinir.

Sinyal işlemenin amaçlarını da dört kategori altında toplayabiliriz:

  1. Sinyal Kazancı ve Yeniden Yapılanma: Sinyalin fiziksel olarak boyutunu ölçmeye, sinyali depolamaya ve daha sonra da sinyali kendi isteğimiz doğrultusunda yeniden yapılandırmaya yarar.
  2. Kalite Arttırma: Gürültü azaltma, görünülebilirlik arttırma, yankı azaltma gibi işlemleri kapsar.
  3. Sinyal Sıkıştırma: Ses sıkıştırma, görüntü sıkıştırma, video sıkıştırma gibi işlemlerle depolama alanından kazanç sağlar.
  4. Özellik Çıkarma: Görüntü algılama ve ses tanıma özelliklerini kapsar.

Şimdi ise biraz da sinyal işlemenin kullanım alanlarına göz atalım.

  1. Konuşma İşleme: Konuşma işlemenin kullanım alanları arasında yazılan metni okuma(text-to-speech, TTS), konuşma tanıma (voice recognition), güvenlik amaçlı konuşmacı doğrulama (voice verification), ses dönüştürme (voice conversion) gibi uygulamalar bulunuyor. Arabalarımıza ‘engine start’ diye seslenerek motoru çalıştırabilmemiz, birçok akıllı telefondaki ses tanıma desteği ile yardımcı bir program kullanılarak (örnek Siri) telefona istenilen komutların verilebilmesi, akıllı evlerdeki birçok fonksiyonun kullanılması ve suçluların tespiti gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmasının yanında yapılan araştırma ve geliştirmelerle de hayatımızın farklı alanlarında yaygınlaşmaya başlayan konuşma işleme, aslında temel olarak sinyal işlemeye dayanıyor.
  2. Görüntü İşleme: Görüntü işleme isim ölçülmüş veya kaydedilmiş olan elektronik görüntü verilerini, elektronik ortamda (bilgisayar ve yazılımlar yardımı ile) amaca uygun şekilde değiştirmeye yönelik yapılan bilgisayar çalışmasıdır. Görüntü işleme, verilerin, yakalanıp ölçme ve değerlendirme işleminden sonra, başka bir aygıtta okunabilir bir biçime dönüştürülmesi ya da bir elektronik ortamdan başka bir elektronik ortama aktarmasına yönelik bir çalışmadır. Görüntü işleme, daha çok, kaydedilmiş olan, mevcut görüntüleri işlemek, yani mevcut resim ve grafikleri, değiştirmek, yabancılaştırmak ya da iyileştirmek için kullanılır. Daha çok fotoğrafçılık ve grafik tasarım alanlarında kullanılır.
  3. Ses İşleme: İlk olarak analog elektrik sinyaline dönüştürülen ses, elektronik ortamda dijital verilere dönüştürülür. Bilgisayarda işlenen ses, çıktısı alınırken yine analog sinyale dönüştürülüp ses çıkış aygıtlarına aktarılır.
  4. Statik Sinyal İşleme: Sinyalleri analiz etme ve bilgi edinmeye verilen addır.
  5. Spektral Kestirim: Sinyal frekansının üzerinden güç tespiti ve spektrum bilgisi edinilmesidir.

Kaynakça: