Maestría en Telecomunicaciones EL Procesamiento Digital de Señales. Métodos de Evaluación. Métodos de Aprendizaje

Transcripción

1 OBJETIVOS DE APREDIZAJE Maestría en Telecomunicaciones EL Procesamiento Digital de Señales 1. Describir los conceptos básicos del procesamiento digital de señales (PDS). 2. Utilizar herramientas de análisis para sistemas discretos lineales e invariantes en el tiempo, incluyendo Transformada Z, Transformada de Fourier de Tiempo Discreto (DTFT), Transformada Discreta de Fourier (DFT) y algoritmos de Transformada Rápida de Fourier (FFT). 3. Diseñar y simular filtros digitales recurrentes y no recurrentes con la ayuda de herramientas computacionales Profesor: Luis Tarazona. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 1 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 2 Métodos de Aprendizaje Clases Basadas en los libros de teto y otros documentos. Tareas: Ejercicios de prácticos de diseño y simulación Investigación bibliográfica en tetos, manuales e Internet. Métodos de Evaluación Asistencia y participación 5 % 2 tareas de 10% 20 % 1 tarea de 15% 15 % Eamen I 30 % Eamen II 30 % 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 3 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 4

2 Contenido Programático I. Señales y sistemas de tiempo discreto. II. La transformada z. III. Análisis de sistemas lineales e invariantes en el tiempo mediante transformadas. IV. La transformada discreta de Fourier (DFT). V. Técnicas de diseño de filtros digitales. VI. Cálculo eficiente de la transformada discreta de Fourier. TEMA I Señales y sistemas de tiempo discreto 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 5 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 6 Qué es PDS? Introducción al Procesamiento Digital de Señales Procesamiento: Ejecución de operaciones sobre unos datos de acuerdo a instrucciones programadas. Señal: Un parámetro variable a través del cual se transmite información usando circuitos electrónicos. Digital: relativo al uso de señales discretas para representar información en forma numérica. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 7 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 8

3 Qué es PDS? Disciplinas relacionadas con PDS Una definición: Es el análisis, modificación o manipulación de información, la cual es medida o representada mediante una secuencia discreta de números. PDS son las matemáticas, los algoritmos y técnicas utilizadas en la manipulación de dicha información digitalizada. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 9 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 10 Áreas de aplicación de PDS Espacial: Mejoramiento de imágenes espaciales. Compresión de datos. Médica: Diagnóstico por imágenes. Análsis de electrocardiograma. Comercial: Compresión de imágenes y sonido para multimedia. Efectos especiales para cine. Video conferencia. Militar: - Radar, sonar, comunicaciones seguras. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 11 Áreas de aplicación de PDS Telefonía: - Compresión de voz y datos, reducción de eco, Multipleaje, filtrado. Industrial: - Detección de yacimientos de petróleo y minerales - Control y monitoreo de procesos. - Herramientas de diseño y CAD. Científica: - Análisis y registro de terremotos. - Adquisición de datos. - Análisis espectral. - Simulación y modelado de sistemas. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 12

4 Algunas Aplicaciones del PDS Tecnologías de modems: DSL, cable modems Comunicaciones inalámbricas: Celulares, satélites Audio y vídeo digital Sistemas de almacenamiento y recuperación de datos: Equipos médicos: Discos duros, CD-ROM, cámaras, escáners Introducción a los Procesadores Digitales de Señal (DSPs) Algoritmos típicos de DSP: Filtro FIR: Filtro IIR: M 0 a M 0 a ( ( 1 b ( 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 13 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 14 Introducción a los Procesadores Digitales de Señal (DSPs) Algoritmos típicos de DSP: Convolución: 0 ( ) h( Transformada Discreta de Fourier: X ( ) 1 n 0 ( ep[ j(2π / ) n] Operaciones comunes en PDS De los algoritmos anteriores, es claro que estos comparten operaciones comunes: sumas, multiplicaciones, retardos y manejo de arreglos. Estas operaciones son las características claves de un DSP y por ello contienen hardware especial para ejecutarlas muy eficientemente. 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 15 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 16

5 Características claves de un DSP - Resumen Multiplicaciónes y sumas en paralelo Accesos múltiples a memoria (para buscar dos operandos y almacenar el resultado) Muchos registros para guardar datos temporalmente. Generación eficiente de direcciones para manejar arreglos Características especiales como retardos o direccionamiento circular. Principales fabricantes de DSPs de propósito general Lucent 28% Teas Instruments 47% Motorola 13% Otros 3% Analog Devices 9% 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 17 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 18 C64 CPU Instruction fetch Instruction dispatch Control registers Advanced instruction pacing Advanced emulation Instruction decode Interrupt control Ejemplo: La familia TMS320c64 de TI (Diagrama de bloque del CPU) L1 Data path 1 Register file A A15-A0 A31-A16 S1 M1 D1 D2 Data path 2 Register file B B15-B0 B31-B16 M2 S2 L2 Dual 64-bit load/store paths 12/08/02 EL Proc. Digital de Señales - DIP UEXPO Bqto - L. Tarazona 19