Laskennallisesti tehokkaita algoritmeja monikanavaisen signaalinkäsittelyn tarpeisiin

Moduloidut suodatinpankit ovat tärkeässä roolissa monilla digitaalisen signaalinkäsittelyn sovellusalueilla, kuten audio- ja videosignaaleiden käsittelyssä sekä uusimmissa langattoman tietoliikenteen ratkaisuissa. Sovelluskohteita löytyy monista arkisista asioista.

Verkottuneen yhteiskunnan kehittyminen ja informaation rajaton liikkuminen on ollut monitieteellisen kehitystyön tulos, jossa myös kehittyneillä digitaalisen signaalinkäsittelyn menetelmillä on ollut merkittävää painoarvoa. Pitkäjänteisen tutkimuksen hedelmät, muun muassa monikanavaisen signaalinkäsittelyn alueella, piiloutuvat henkilökohtaisten viestivälineiden ohjelmistoihin, jossa ne muokkaavat “signaaleja” eli digitaaliseen muotoon muutettuja viestinnän sisältöjä. Diplomi-insinööri Juuso Alhava laajensi ja yhtenäisti väitöskirjassaan suodatinpankkien teoriaa, kehittäen tehokkaampia suunnittelumenetelmiä sekä nopeisiin toteutusrakenteisiin sopivia algoritmeja.

– Moduloidut suodatinpankit ovat käytössä monissa arkisissa asioissa. Esimerkiksi videon ja äänen bittivirtojen “tiivistäminen” ilman aistein havaittavaa laadun heikkenemistä on osin signaalimuunnosten ansiota, Alhava kertoo.

Tärkeä kehityskohde on monikantoaaltotekniikkaan perustuva langaton tiedonsiirto, jossa käyttäviä radiolähetteitä voidaan joustavasti ja tehokkaasti sopeuttaa siirtokanavan vapaiden taajuuskaistojen mukaan. Moduloiduilla suodatinpankeilla voidaan generoida aaltomuotoja, joiden aiheuttama häiriö (ylikuuluminen) viereisiin kanaviin on hyvin pientä.

Lisäksi kehittyneet muunnosalgoritmit alentavat virrankulutusta ja prosessointiviivettä. Teknisessä mielessä suodatinpankit ovat signaalinkäsittelyn työkaluja aika-taajuusmuunnosten toteuttamiseen ja erityisillä suunnittelumenetelmillä voidaan mahdollistaa muunnoksen kääntyvyys.

– Voisi sanoa, että täydellinen pankki ”repii signaalin palasiksi” eli hetkellisiksi taajuuskomponenteiksi, mutta onnistuu tarvittaessa syntetisoimaan alkuperäiseen signaalin palasista. Esimerkiksi audio- ja videosignaaleiden tiivistäminen voidaan toteuttaa tehokkaammin käyttäen näitä muunnosalgoritmeja kuin käsittelemällä alkuperäisiä signaaleita.

Väitöstilaisuus perjantaina 5.8.2016

Diplomi-insinööri Juuso Alhavan väitöskirja Unified theory for biorthogonal modulated filter banks tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 5.8.2016 klo 12 alkaen, Tietotalon salissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Håkan Johansson (Linköping University, Ruotsi). Tilaisuutta valvoo professori Markku Renfors TTY:n elektroniikan ja tietoliikennetekniikan laitokselta.

Lisätietoja: Juuso Alhava etunimi.sukunimi@tut.fi