FUNDAMENTOS DE PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES (DSP)
HISTORIA DEL DSP
En el desarrollo de las técnicas matemáticas y la tecnología informática nos permiten procesar señales del mundo real mediante el uso de sistemas digitales. Esta perspectiva nos proveerá de la información necesaria para entender el estado actual de la elevada capacidad de las técnicas del Procesamiento Digital de Señales(DSP).
Normalmente no se tiene en cuenta que el desarrollo del procesamiento digital de señales comenzó a causa del deseo de los diseñadores de sistemas analógicos de simular el comportamiento de éstos antes de llevar a cabo la construcción de costosos prototipos. La herramienta para realizar la simulación era, por supuesto, el ordenador y fue de esta manera como se inició el desarrollo delprocesado digital de señales.
El procesamiento digital de las señales dependía de los procesadores digitales y de la mayor parte de las matemáticas o algoritmos que ya habían sido desarrollados. Una vez que los algoritmos estaban establecidos, los diseñadores comenzaron a buscar la arquitectura de procesador más eficaz para implementarlos. La primera meta fue conseguir simulaciones que se ejecutasenen un tiempo aceptable.
No está claro cuando surgió la idea de utilizar computadores digitales para procesar señales reales, pero una vez hecho, los objetivos cambiaron súbitamente. La meta final es el procesamiento digital de las señales en tiempo real, esto es, realizar los cálculos en el instante mismo en que la señal llega al sistema. Los antiguos sistemas tan sólo eran capaces de almacenarla onda en memoria y procesarla más tarde. Naturalmente, estos sistemas no podían tomar ningún tipo de decisión basada en los datos en el instante, de ahí es cuando surge el algoritmo para DSP.
ALGORITMOS PARA DSP
El modelo matemático básico para las señales continuas está basado en las transformadas de Fourier y Laplace, las cuales fueron desarrolladas durante el siglo 19.
Desde entonces,las series han sido aplicadas a diversas ramas de la ciencia y son una de las principales herramientas para el análisis de las señales. La transformada de Fourier (o integral de Fourier) es una simple extensión de las series de Fourier. Las series de Fourier básicas se aplican a las señales periódicas (repetitivas) y la transformada de Fourier a las aperiódicas (no repetitivas).
ARQUITECTURASPARA PROCESADORES DE DSP
Cuando vemos el desarrollo que han sufrido históricamente los procesadores especiales que existen ahora para realizar funciones de DSP, deberíamos considerar la arquitectura y la tecnología de éstos de forma separada. Así ocurre a menudo con los dispositivos semiconductores, las estructuras básicas fueron ideadas antes de que la tecnología para soportarlas estuvieradisponible.
Por razones que ya aclararemos, el procesamiento digital de las señales supone cálculos de la forma:
A = B*C + D
Esta pequeña y simple ecuación supone una operación de multiplicación y otra de adición. A causa de la baja velocidad en la ejecución de la instrucción de multiplicación, un procesador CISC no es muy eficiente resolviéndola. Lo que necesitamos es una máquina que puedarealizar la multiplicación y la suma en un solo ciclo de reloj. Para ello necesitamos una aproximación diferente de la arquitectura de un procesador. En otras palabras, necesitamos una arquitectura adecuada a nuestra aplicación.
El principal objetivo en el proceso de señales en tiempo real es completar la cantidad de operaciones que se deben realizar antes de que un nuevo dato a procesar llegue. Losantiguos sistemas de DSP eran construidos utilizando componentes estándar para implementar los registros de desplazamiento, sumadores y multiplicadores. Se vio rápidamente que la operación de multiplicación era el factor que limitaba el rendimiento de estos computadores. El diseño de los multiplicadores avanzó y el primer multiplicador de un solo ciclo fue implementado a principio de los años 70…
