Ruido (procesamiento de señales)

En el procesamiento de señales, modificaciones no deseadas a una señal

En procesamiento de señales , el ruido es un término general para las modificaciones no deseadas (y, en general, desconocidas) que una señal puede sufrir durante la captura, el almacenamiento, la transmisión, el procesamiento o la conversión. ^[1]

A veces la palabra también se utiliza para referirse a señales que son aleatorias ( impredecibles ) y que no llevan información útil , incluso si no interfieren con otras señales o pueden haber sido introducidas intencionalmente, como en el caso del ruido de confort .

La reducción de ruido , es decir, la recuperación de la señal original a partir de la señal alterada por el ruido, es un objetivo muy común en el diseño de sistemas de procesamiento de señales, especialmente filtros . Los límites matemáticos para la eliminación del ruido están establecidos por la teoría de la información .

Tipos de ruido

El ruido del procesamiento de señales se puede clasificar por sus propiedades estadísticas (a veces llamadas el " color " del ruido) y por cómo modifica la señal deseada:

• Ruido aditivo , se agrega a la señal deseada.
  • Ruido blanco
    • Ruido blanco gaussiano aditivo
  • Ruido negro
  • Ruido gaussiano
  • Ruido rosa o ruido de parpadeo , con espectro de potencia 1/ f
  • Ruido browniano , con espectro de potencia 1/ f ²
  • Ruido gaussiano contaminado , cuya PDF es una mezcla lineal de PDF gaussianas
  • Ruido de ley de potencia
  • Ruido de Cauchy
• Ruido multiplicativo , multiplica o modula la señal deseada.
• Error de cuantificación , debido a la conversión de valores continuos a discretos
• Ruido de Poisson , típico de señales que son tasas de eventos discretos
• Ruido de disparo , por ejemplo causado por una descarga de electricidad estática
• Ruido transitorio , un pulso corto seguido de oscilaciones que decaen
• Ruido explosivo , potente pero solo durante intervalos cortos
• Ruido de fase , cambios de tiempo aleatorios en una señal

Ruido en tipos específicos de señales

El ruido puede surgir en señales de interés para diversos campos científicos y técnicos, a menudo con características específicas:

• Ruido (audio) , como "silbido" o "zumbido", en señales de audio
  • Ruido de fondo , debido a sonidos espurios durante la captura de señal
  • Ruido de confort , añadido a las comunicaciones de voz para llenar los espacios de silencio
  • Ruido inducido electromagnéticamente , ruido audible debido a vibraciones electromagnéticas en sistemas que involucran campos electromagnéticos.
• Ruido (video) , como "nieve"
• Ruido (radio) , como "estática", en transmisiones de radio
• El ruido de la imagen afecta a las imágenes, generalmente las digitales.
  • Ruido de sal y pimienta o ruido de picos, píxeles muy oscuros o muy claros dispersos
  • Ruido de patrón fijo , que está vinculado a los sensores de píxeles.
  • Ruido de sombra , que se hace visible al aumentar el brillo o el contraste
  • Ruido moteado , típico de las imágenes de radar y los interferogramas
  • Granulado de película en fotografía analógica
  • Artefactos de compresión o "ruido de mosquito" alrededor de los bordes en JPEG y otros formatos
• Ruido (electrónica) en señales eléctricas
  • Ruido de Johnson-Nyquist en semiconductores
  • Ruido cuántico
  • Ruido cuántico 1/f , una teoría controvertida sobre los sistemas cuánticos
  • Ruido de generación-recombinación en dispositivos semiconductores
  • Ruido de fase del oscilador , fluctuaciones aleatorias de la fase de un oscilador.
  • Efecto Barkhausen o ruido Barkhausen, en la fuerza de un ferroimán
  • Salpicaduras espectrales o ruido de conmutación, causado por el encendido y apagado del transmisor
  • Ruido de tierra , que aparece en la terminal de tierra del equipo de audio
• Ruido sináptico observado en neurociencia
• Ruido neuronal , observado en la neurociencia
• Ruido transcripcional en la transcripción de genes a proteínas
• Ruido cósmico en radioastronomía
• El ruido de fonones en la ciencia de los materiales
• Ruido de fondo de Internet , paquetes enviados a direcciones IP no asignadas o inactivas
• Ruido de Fano en detectores de partículas
• Ruido de partición modal en cables ópticos
• Ruido sísmico , vibraciones espurias del terreno en sismología
• Fondo cósmico de microondas , ruido de microondas que quedó del Big Bang

Medidas de ruido en señales

Se ha definido una larga lista de medidas de ruido para medir el ruido en el procesamiento de señales: en términos absolutos, en relación con un nivel de ruido estándar o en relación con el nivel de señal deseado. Entre ellas se incluyen:

• Rango dinámico , a menudo definido por el nivel de ruido inherente
• Relación señal-ruido (SNR), relación entre la potencia del ruido y la potencia de la señal
  • Relación señal-ruido máxima , SNR máxima en un sistema
  • Relación señal/ruido (imágenes) , para imágenes
  • Relación portadora-ruido , la relación señal-ruido de una señal modulada
• Potencia del ruido
• Figura de ruido
• Densidad de flujo equivalente a ruido , una medida de ruido en astronomía
• Nivel de ruido
• Margen de ruido , en qué medida una señal excede el nivel de ruido
• Ruido de referencia , un nivel de referencia para el ruido electrónico
• Densidad espectral de ruido , potencia de ruido por unidad de ancho de banda
• Temperatura de ruido
• Temperatura de ruido de entrada efectiva
• Potencia equivalente de ruido , una medida de sensibilidad para fotodetectores
• Ruido de intensidad relativa en un rayo láser
• Temperatura de ruido de la antena , medida del ruido en antenas de telecomunicaciones
• Potencia de ruido recibida , ruido en un receptor de telecomunicaciones
• Nivel de ruido del circuito , relación entre el ruido del circuito y algún nivel de referencia
• Nivel de ruido del canal , alguna medida de ruido en un canal de comunicación.
• Objetivo equivalente a ruido, intensidad de un objetivo cuando el nivel de señal a ruido es 1 ^[2]
• Resistencia al ruido equivalente , una medida de ruido basada en una resistencia equivalente
• Densidad de ruido de portadora a receptor , relación entre la potencia de la portadora recibida y el ruido del receptor
• Relación portadora-densidad de ruido
• Relación señal-ruido espectral
• Relación ganancia-ruido de la antena , una medida del rendimiento de la antena
• Relación contraste-ruido , una medida de la calidad de la imagen
• Impresión de ruido , firma estadística del ruido ambiental para su supresión
• Ruido de modulación de código de pulso equivalente , medida del ruido comparándolo con el ruido de cuantificación PCM

Tecnología para el ruido en las señales

Casi todas las técnicas y dispositivos para el procesamiento de señales tienen alguna relación con el ruido. Algunos ejemplos aleatorios son:

• Modelado de ruido
• Analizador de antena o puente de ruido, utilizado para medir la eficiencia de las antenas.
• Puerta de ruido
• Generador de ruido , un circuito que produce una señal eléctrica aleatoria.
• Fuente de ruido de radio utilizada para calibrar radiotelescopios
• Fórmulas de Friis para el ruido en las telecomunicaciones
• Reflectometría en el dominio del ruido , utiliza señales existentes para encontrar fallas en los cables
• Espectroscopia molecular heterodina óptica mejorada con cavidad inmune al ruido

Véase también

• Antiinformación
• Ruido (electrónica)
• Estadística de señal a ruido , una fórmula matemática para medir la diferencia de dos valores en relación con sus desviaciones estándar.

Referencias

1. Vyacheslav Tuzlukov (2010), Procesamiento de señales de ruido , Serie de ingeniería eléctrica y procesamiento de señales aplicado, CRC Press. 688 páginas. ISBN  9781420041118
2. Viviana Vladutescu, Daniela. "Ingeniería de sistemas para aplicaciones espaciales" (PDF) . www.ieee.li . Sección Long Island del IEEE de CAS . Consultado el 26 de marzo de 2023 .