הקתדרה לעיבוד אותות

מופקד: פרופ' אנטוני וייס

עיבוד אותות הוא תחום בהנדסת חשמל ובמתמטיקה העוסק בפעולות על אותות או בניתוח של אותות בזמן רציף או בדיד כדי להשיג מטרה כלשהי. אותות בעלי עניין יכולים לכלול צלילים, תמונות, יציאות של חיישנים שונים (אנטנות, מיקרופונים, הידרופונים, גאופונים, אלקטרודות, מדי לחץ, מדי תאוצה, מדי מהירות, מדי טמפרטורה וכו') העוקבים אחר תופעות פיסיקליות שונות כגון אותות ביולוגיים (קרדיוגראמות), אותות רדיו ואותות רבים אחרים.

עיבוד אותות כולל את הפעולות ואת האלגוריתמים הבאים:

• סינון (לדוגמה - equalizers)
• החלקה, שיפור איכות (בשיפור תמונה)
• סינון מסתגל (ביטול הדים ביטול והפחתת רעשים)
• ניתוח ספקטרום (בדימות תהודה מגנטית, טומוגרפיה, אפנון - OFDM)
• דגימה, שיחזור, ודחיסה (לדוגמה, דחיסת תמונות, קידוד קול)
• אחסון נתונים יעיל
• שערוך פרמטרים ותכונות
• אפנון וגילוי ( מודמים)
• חיזוי (מזג אויר, מטרות נעות)
• זיהוי וסיווג מערכות באופן אוטומטי
• מגוון של פעולות אחרות בתקשורת ובתחומים נוספים כגון גיאולוגיה וגיאופיסיקה

שיטות מתמטיות שנעשה בהם שימוש בעיבוד אותות

• מערכות ואותות ליניאריים, המרות שונות (פורייה)
• חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי
• אלגברה ליניארית
• אנליזה פונקציונאלית
• תהליכים סטוכסטיים
• תורת זיהוי (דיטקציה)
• תורת השערוך
• אופטימיזציה
• תכנות
• שיטות נומריות
• שיטות איטרטיביות

קטגוריות של עיבוד אותות

עיבוד אותות אנלוגי

עיבוד אותות אנלוגי מבוצע עבור אותות רציפים שלא נדגמו, כמו במערכות רדיו, טלפון, מכ"ם וטלביזיה. העיבוד מבוצע ע"י מעגלים אלקטרוניים ליניאריים כגון מסננים פסיביים, מסננים אקטיביים, מערבלים, אינטגרטורים וקווי השהיה. הוא כולל גם מעגלים לא ליניאריים כגון דוחסים, מכפלים (מערבלי תדר, מגברים הנשלטים ע"י מתח חשמלי), מסננים ומחוללים הנשלטים על-ידי מתח, ומעגלי PLL.

עיבוד אותות בזמן בדיד

עיבוד אותות בזמן בדיד מבוצע עבור אותות שנדגמו בנקודות דיסקרטית בזמן, אבל בדיוק גבוה באמפליטודה.

עיבוד אנלוגי עבור אותות בדידים בזמן הוא טכנולוגיה המבוססת על מכשירים אלקטרוניים כגון מעגלי דגום והחזק ((Sample and hold,מרבבים אנלוגיים, קווי השהיה אנלוגיים וכו'. טכנולוגיה זו הייתה בשימוש לפני עיבוד אותות ספרתי (ראו להלן), ומשמשת עדיין בעיבוד אותות רדיו בתדרים גבוהים מאד.

המתמטיקה של אותות בזמן בדיד יוצרת בסיס איתן עבור עיבוד אותות ספרתי כאשר מתעלמים מהקוונטיזציה באמפליטודה הקיימת בעיבוד אות ספרתי.

עיבוד אותות ספרתי

עיבוד אותות דיגיטלי מבוצע עבור אותות המבוטאים בצורה ספרתית ע"י מילים של אפסים ואחדים. העיבוד מתבצע על-ידי מחשבים זעירים או מעגלים דיגיטליים כגון ASICs, FPGA  או רכיבים ייעודיים למטרה זו. פעולות אופייניות כוללות כפל וחיבור עם נקודה קבועה או עם נקודה צפה, עבור מספרים ממשיים או מרוכבים. פעולות אופייניות אחרות הנתמכות על-ידי החומרה הם אוגרים וטבלאות. דוגמאות של אלגוריתמים: התמרת פורייה מהירה (FFT), מסנני FIR , מסנני IIR , מסנן וינר, מסנן מסתגל ומסנן קלמן.

תחומים של עיבוד אותות

עיבוד אות סטטיסטי - ניתוח וחילוץ מידע מאותות אקראיים על סמך מאפיינים סטוכסטיים

עיבוד אותות שמע - צליל, כגון דיבור או מוסיקה

עיבוד אותות דיבור - עיבוד ופענוח מילים מדוברות

עיבוד תמונה - במצלמות דיגיטליות, מחשבים ומערכות הדמיה שונים

עיבוד וידאו - עבור פענוח והעברת סרטים

עיבוד אותות ממערכי חיישנים - לעיבוד אותות מתוך מספר חיישנים בו זמנית.

עיבוד אותות זמן-תדר - לעיבוד אותות שתכונותיהם משתנות בזמן.

סינון - עבור תחומים רבים בעיבוד אותות

עיבוד אותות סיסמיים

כריית נתונים

המטרה של הקתדרה היא לקדם מחקר אקדמי בעיבוד אותות, לתרום לשיתוף פעולה עם מעבדות מחקר באוניברסיטאות, מעבדות הממשלה והתעשייה, הן בישראל והן מעבר לים, ולסייע לתלמידים בקורסים ובמחקר .