فناوریهایی که در زندگی روزمره از آنها استفاده میکنیم و بر آن متکی هستیم همچون رایانه‌ها، رادیوها، تلفنهای همراه و سیستمهای ویدئویی و …   همگی از طریق پردازش سیگنال میسر شده است که شاخه‌ای از مهندسی برق بوده و کار مدلسازی و تحلیل داده‌های مربوط به رخدادهای فیزیکی را انجام میدهد. پردازش سیگنال در قلب دنیای مدرن وجود دارد و بستر سرگرمی دنیای امروز و فناوری آینده را قدرت بخشیده است. همچنین به نوعی محل تلاقی زیست فناوری و تعاملات اجتماعی است. پردازش سیگنال، توانایی ما در مخابره و اشتراک اطلاعات را بهبود میدهد و در فراسوی زندگی دیجیتالی ما قرار میگیرد. در ادامه برخی از مهمترین کاربردهای پردازش سیگنال ارائه میشود.

 

پردازش گفتار و صوت

هر نوع تلفن چه از نوع هوشمند و چه غیرهوشمند، به شدت به روشهای پردازش گفتار برای امکانپذیر ساختن تماس صوتی بین دو یا چند نفر، وابسته است. از تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال و ارتقا گفتار (فیلتر کردن، حذف نویز و اکو، کنترل خودکار بهره و …) و کدینگ در بخش ضبط صدا گرفته تا دکدینگ و ارتقا گفتار و تبدیل دیجیتال به آنالوگ در سمت دیگر، همگی از روشهای پردازش سیگنال است که تنها انتخاب ممکن در هر مرحله است. بدون پردازش سیگنال، دستیارهای دیجیتال مدرن امروزی همچون Siri و Google Now، قادر به تشخیص صدای کاربر و اجرای فرمانهای او نخواهند بود.

روشهای فشرده‌سازی صوت همچون MP3 و ACC، انقلابی در صنعت موسیقی و تجربه ما از شنیدن ایجاد کرده‌اند. در حال حاضر میتوان کاتالوگهای موسیقی زیادی را در دستان خود حمل کنیم  و از تجربه گوش دادن به آنها در هر لحظه و در هر مکان لذت ببریم که حتی ممکن است به صورت کاملا مستقل و بیسیم از طریق فناوری بلوتوث این کار را انجام دهیم. تمامی اینها از طریق پردازش سیگنال میسر شده است.

 

تشخیص گفتار

تشخیص گفتار از فناوریهای حیاتی پردازش سیگنال است که در عین حال فهم عملکرد کلی آن بسیار ساده است. پردازش سیگنال عملیات مختلفی را بر روی محتوای اطلاعاتی درون سیگنالها با هدف تشخیص خودکار گفتار انسان انجام میدهد. این فناوری کمک میکند که اطلاعات از سیگنالهای کلامی استخراج شده و به کلمات قابل درک تبدیل شوند. فناوری تشخیص گفتار در هواپیماهای نظامی، تبدیل کلام به متن در تلفن همراه، کاربردهای درمانی، ترجمه و یادگیری زبانهای مختلف و برنامه‌های توانبخشی برای افراد با محدودیت جسمانی استفاده میشود.

 

توانبخشی شنیداری

آیا صدای ما را میشنوید؟ هسته اصلی فناوری توانبخشی شنیداری از چهار بخش هماهنگ تشکیل شده است: میکروفون، پردازشگر، گیرنده و منبع توان. پردازش سیگنال در برداشت صدا از محیط و پردازش آنها به منظور ارتقا و تقویت آنچه که فرد استفاده کننده از ابزار مورد نظر میشنود، نقش اساسی دارد. در این فرآیند، صدا با کمترین تاخیر ممکن از آنالوگ به دیجیتال و سپس مجددا به آنالوگ تبدیل میشود و به سمت گوش هدایت میشود.

اگرچه اجزا اصلی فناوری تقریبا ثابت مانده‌اند، ابزارهای شنیداری به طور روزافزون در حال ترقی هستند و به دنبال کاهش نویز و بازخورد از محیط اطراف هستند تا به افراد کمک کنند که صدایی شفاف و واضح دریافت کنند. همچنین پردازش سیگنال کمک میکند تا نویزهای شدید همچون صدای بوق ناگهانی، کاهش یابند و به ابزارهای توانبخشی امکان اتصال بیسیم با تلویزیون یا تلفن همراه را بدهند.

 

رانندگی خودکار

خودروهای بدون راننده اگر چه زمانی در فیلمهای علمی-تخیلی دیده میشدند، در حال حاضر یک واقعیت هستند. برای کارکرد صحیح، وسایل نقلیه خودران به اطلاعات ورودی از یک مجموعه از حسگرها با واحدهای مجزا، وابسته هستند که شامل ابزارهای فراصوت، دوربین و رادار میشود. همچنین برای جلوگیری از برخورد با اجسام و اشیاء دیگر در محیط، آنها باید اطلاعات حسگرها را دریافت کرده و از طریق فیلترهای مناسب، به داده مورد نیاز برای دستورهای کنترلی تبدیل کنند. در اینجا پردازش سیگنال فناوری اصلی است. این فناوری تصمیم میگیرد که خودرو از حرکت متوقف شود یا به حرکت خود ادامه دهد و خود بخشی از سیستم راداری برای پیش‌بینی وضعیت هوا و تعیین شرایط لازم برای حرکت خودرو در محیط نیز هست.

 

پردازش و تحلیل تصاویر

دیدن، باور کردن است. حضور همه‌جانبه دوربینها و صفحه‌های نمایش در زندگی روزمره ما، مثلا در تلفن همراه، خودروها، پهپادها، سیستمهای نظارت تصویری، هواپیماها، بیمارستانها و اتاق نشیمن خانه، به معنی نیاز همیشه در حال افزایش ما به دیدن و تعامل دوجانبه با محیط اطراف با جزییات بالا است. در پزشکی تقریبا تمامی فرآیندهای تشخیص بیماری به سطوح مختلفی از تصویربرداری وابسته است. البته لازم به ذکر است که این کاربرد ممکن است باعث شود که بخش کمتر شناخته شده ولی ضروری کاربردهای پردازش تصویر در حوزه‌های فرهنگی، نظامی، تحقیقات علمی و غیره پنهان بمانند. پردازش سیگنال در گستره وسیعی از کاربردها از دریافت اطلاعات تا نمایش بصری، نقش کلیدی دارد:

  •    بازیابی دیجیتال تصاویر و ویدئوها
  •    دریافت به صورت سنسور فشرده (compressed sensing)
  •    ارتقا تصویر حین دریافت (درون چیپهای الکترونیک دوربین)
  •    بازسازی تصویر از حسگرهای غیرتصویری
  •    ارزیابی کیفیت تصویر
  •    فشرده‌سازی و انتقال بر روی شبکه‌ها و ابزارهای مختلف
  •    فناوریهای نمایش تصاویر (نگاشت رنگی، تصویرسازی سه‌بعدی به دوبعدی)
  •    تشخیص، شمارش و دنبال کردن شاخصها در تصاویر و ویدئوها
  •    تشخیص بیماری به کمک رایانه در تصویربرداری پزشکی
  •    تحلیل خودکار تصاویر زیست شناختی

 

فناوری پوشیدنی

بازار فناوریهای پوشیدنی در حال ظهور است و پر جنب و جوش نیز هست. فناوریها و حسگرهایی که در لباس جاسازی میشوند و لوازمی که سطوح آمادگی جسمانی، ضربان قلب، موقعیت فیزیکی (GPS)، الگوی خواب و خیلی چیزهای دیگر را دنبال میکنند. پردازش سیگنال کمک میکند تا این اطلاعات جمع‌آوری شده و به داده مفید برای استفاده در زمینه‌های متعدد همچون گزارش نرخ ضربان قلب به پزشک شخصی یا بهبود عادتهای ورزشی برای کاهش وزن، تبدیل شوند.

 

علم تحلیل داده

با هر جستجو در اینترنت یا گذاشتن یک پیام جدید در شبکه‌های اجتماعی، شما به حجم داده‌ای که این روزها تحت عنوان داده بزرگ (Big Data) شناخته میشود، می‌افزایید. برخی کمپانیها از این داده‌ها جهت استخراج اطلاعات مفید، یادگیری رفتار مشتری و ایجاد راهکارهایی برای موثرتر کردن روش زندگی انسان، بهره‌بردای میکنند. علم اعصاب و پزشکی به ابزارهای یادگیری ماشین وابسته است و از این طریق تصاویر پزشکی را با سایر اطلاعات پزشکی و ژنتیکی ترکیب کرده تا فرآیندهای مخرب ژنتیکی و بیماریها را بهتر درک کنند، پاسخ به درمانهای گوناگون را پیش‌بینی کنند و بیماران را به زیرگروههای مختلف دسته‌بندی کنند.

شاخه علمی “داده بزرگ” به سرعت در حال رشد است ولی در عین حال با چالش نحوه مطالعه مجموعه‌های عظیمی از داده‌های دشوار مواجه هستیم. بخش اصلی و کلیدی در تحلیل این داده‌ها و حل مسایل پیچیده، پردازش سیگنال است.

همچون پردازش سیگنال، علم تحلیل داده نیز از مسیرهایی فراتر از تصور ما با زندگیمان در ارتباط است. این موضوع میتواند استفاده از منابع جدید داده همچون زیرساختهای شبکه اجتماعی باشد، یا پیش‌بینی تغییرات بازار بورس و یا مطالعه داده‌ها برای حل مسایل پزشکی همچون دیابت تا مشکلات قلبی-عروقی باشد. در تمامی این موارد، پردازش سیگنال امکان تحلیل داده‌ها به منظور بهبود زندگی افراد را فراهم کرده است.

 

سیستمها و شبکه‌های مخابراتی

آیا تا کنون در مورد برقراری ارتباط با فرازمینی‌ها شنیده‌اید؟ پردازش سیگنال بخش مهمی از روند جستجوی زندگی در مکانی فراتر از زمین است. بخش بسیار مهمی از مخابرات بین ماهواره‎‌ها، سیستمهای ویدئویی، رادیویی و بیسیم بوسیله پردازش سیگنال انجام میشود و از این طریق پردازش و انتقال موثر داده را امکان‌پذیر میسازد.

زمانیکه شما در حال حرکت هستید و به اینترنت یا اطلاعات GPS جهت مسیریابی نیاز دارید، پردازش سیگنال فناوری است که در پشت صحنه در حال تبدیل و تحلیل سیگنالها به منظور کمک به ما برای برقراری ارتباط و یادگرفتن فناوریهایی همچون تلفن همراه، وای‌فای، ابزارهای GPS، رادار، سونار، رادیو و زیرساختهای محاسبات ابری وغیره است که به صورت بخشی از زندگی روزمره در آمده است.

 

منبع: www.signalprocessingsociety.org