Señales

I SEÑALES, SISTEMAS Y PROCESAMIENTO DE SEÑALES
1. Introducción
Las señales están presentes en todo momento y en todo lugar. En muchas ocasiones se convive con ellas, se generan y hasta se procesan casi sin percatarnos. Algunos ejemplos de señales son las notas de un instrumento, la voz, la presión sanguínea, la temperatura del cuarto, las imágenes en el cine. En la medida que se comprenda lasformas de generar, caracterizar, capturar y representar matemáticamente las señales puede conocerse las operaciones que pueden aplicarse con el fin de modificarlas o extraer información de ellas. Por lo anterior, en este capítulo se presenta la definición, caracterización y clasificación de las señales en los dominios de tiempo continuo y discreto. También se estudia el concepto de sistema y lasformas de clasificación de acuerdo con las características de linealidad, variancia con el tiempo y causalidad. Las señales y los sistemas se encuentran fuertemente relacionados debido a que las señales son la entrada y la salida de los sistemas, y los sistemas son generadores de señales. Las señales contienen información pero generalmente no se encuentra accesible directamente y/o se encuentradistorsionada por el ruido. Por lo tanto, para la extracción de dicha información debe aplicarse operaciones para modificar las señales. En algunas aplicaciones, las señales deben ser ajustadas en una o varias etapas para el funcionamiento adecuado de un sistema. La acción de transformar de forma conveniente una señal para extraer información y/o adaptarla a una aplicación particular se conoce comoprocesamiento de señal. En este sentido, un sistema de procesamiento de señales es un dispositivo hardware/software que realiza operaciones preestablecidas sobre las señales. Debido a que los sistemas de procesamiento de señales pueden ser analógicos o digitales, se introduce una comparación que incluye aspectos relacionados con la facilidad de modificación de los algoritmos, fidelidad en elalmacenamiento y costos del sistema de procesamiento, entre otros, con la finalidad de suministrar criterios para la adopción de una solución digital, analógica o híbrida. Por considerarse fundamental para la comprensión de la interacción entre los dominios analógicos y digital, se estudian los conceptos de frecuencia, señales sinusoidales y exponenciales complejas y las relaciones entre los dosdominios. Con el ánimo de ilustrar la utilidad y potencialidad de las técnicas de procesamiento de señales en tiempo discreto, se exponen algunos antecedentes y aplicaciones en diversos campos.

2. Señales

En términos generales se puede establecer que una señal es una manifestación de un fenómeno expresada como una cantidad física. Desde este punto de vista, se considera que la señal porta algúntipo de información sobre el estado, comportamiento y/o características del estímulo y del sistema físico que produjo la señal. Una parte importante de las señales con que se trabaja en ingeniería, se genera por medios naturales como la voz, la velocidad del viento, o la humedad relativa. Sin embargo, es posible producir señales sintéticamente, como por ejemplo con generadores de voltaje y corriente;o simuladas mediante el uso de computadores, como por ejemplo con sintetizadores de voz y música.

(a)

(b)

Figura 1.1. a) Señal ECG b) Señal ERG.

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Los valores que toma una señal (variable dependiente) son función de una o más variables independientes como el tiempo, la intensidad de luz, la velocidad, la temperatura y el peso. Una señal de voz es una función de la variableindependiente tiempo, la intensidad de luz en cualquier punto de una imagen es una función de dos variables espaciales, mientras que un punto en una escena de vídeo es función de tres variables independientes: dos espaciales y una temporal. Los valores de la variable dependiente pueden ser reales, complejos o vectores. En la Figura 1.1 se presentan ejemplos de señales. En este texto se utilizará por...