Plan 95 Adecuado

PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEALES

rea: Sistemas Digitales Bloque: Tecnologas Aplicadas

Nivel: 6to. Nivel Tipo Electiva

Modalidad: Cuatrimestral

Carga Horaria total. Hs Reloj 48 Hs. Ctedra 64

FUNDAMENTACIN La comprensin, anlisis y diseo de sistemas digitales abarca varias ramas de las ciencias exactas y biolgicas. Su metodologa de anlisis comprende diversas tcnicas aplicables a distintos tipos de sistemas y es necesario el conocimiento de tales tcnicas para su abordaje y resolucin.Por otro lado, esta es una asignatura donde se centran varias materias de la carrera de Ingeniera en Electrnica, en la cual el alumno aplica los conocimientos anteriores y los impartidos en el curso actual para resolver diferentes tpicos de procesamiento de seales digitales. Se motiva al alumno a adquirir un conocimiento en tcnicas digitales de diseo de sistemas fsicos que se extiende inmediatamente a la modelizacin de sistemas biolgicos, al control y procesamiento de los mismos.

OBJETIVOSIdentificar distintos tipos de seales discretas, as tambin como la forma de abordaje para cada una de ellas.Desarrollar una seal digital como sumatoria de funciones discretas mutuamente ortogonales mediante la Transformada de Fourier (DFT y FFT).Disear y utilizar segn criterio, filtros de fase cero.Identificar el uso de ventanas de truncamiento y en que situaciones emplear distintos tipos de ellas.Identificar distintos tipos de configuraciones de filtros digitales como as tambin el diseo y utilizacin de cada uno de ellas.Interpretar el Procesamiento Adaptativo de seales y sus aplicaciones con filtros adaptativos LMS FIR e IIR.Procesar distintos tipos de seales discretas mediante el uso de la Transformada Ondita en sus diferentes versiones (continua, discreta no decimada, discreta clsica)

CONTENIDOS Contenidos mnimos

Seales y Sistemas Discretos. Transformada de Fourier Discreta. Muestreo. Teorema de Shanon. Frecuencia de Nyquist. Submuestreo. Muestreo ponderado. Zero Padding. Transformada rpida de Fourier. Aplicaciones: Filtros de fase cero. Convolucin circular. Convolucin rpida. Ventanas temporales y frecuenciales. Aplicaciones. Filtros de media mvil (MA). Filtros autoregresivos y de media mvil (ARMA). Introduccin a los filtros IIR y FIR. Introduccin al filtrado adaptativo de seales. Combinador lineal adaptativo. Mtodo del descenso ms escalonado. Algoritmos LMS. Filtros recursivos adaptativos. Aplicaciones: cancelacin de ruido en ECG, respuesta de pared arterial y cancelacin de eco. Introduccin a

la Transformada Ondita. Aplicaciones uni y bidimensionales.

Contenidos analticos

Unidad No 1. Seales y Convolucin Discreta

Seales y Sistemas temporales discretos. Tipos de seales. Clasificacin. Seales biomdicas Ejemplos de discretizacin (AM, FM, Sampling, etc.). Convolucin discreta. Convolucin grfica. Implementacin algortmica. Respuesta al impulso discreta. Derivacin discreta. Resolucin de ecuaciones en diferencia. Transformada de Fourier continua (TF). Teorema del muestreo revisado (muestreo ideal). Frecuencia de Nyquist. Muestreo Natural e Instantneo.

Unidad N 2. Frecuencia Discreta

Representacin de sistemas y seales discretos en el dominio de la frecuencia. Anlisis espectral. Transformada de Fourier para seales discretas en el tiempo (TFS). Propiedades. Transformada Discreta de Fourier (DFT). Propiedades y relacin con TFS y TF. Implementacin algortmica. Convolucin circular. Filtros de fase cero. Filtros de umbral. Implementacin algortmica.

Unidad N 3. Transformada Rpida de Fourier.

Propiedades de WN. Diferentes algoritmos. FFT con particin en tiempo y particin en frecuencia.

Aplicaciones. Data Smoothing. Truncamiento de seales en el dominio del tiempo y de la frecuencia. Ventanas temporales y frecuenciales. Implementacin algortmica. Funciones de autocorrelacin, correlacin cruzada y autoespectro.

Unidad No 4. Filtros Digitales. Revisin de Transformada Z. Filtrado en el dominio temporal discreto. Filtros de media mvil (MA). Filtros IIR. Propiedades. Arquitectura y diseo de IIR mediante Transformada Bilineal. Estabilidad. Filtros FIR. Arquitectura y diseo. Mtodo de ventanas. Minimizacin del error. Eleccin del tipo de filtro adecuado. Estructuras de FIR e IIR (Cannicas y Lattice). Filtros Pasa Todo

Unidad No 5. Filtrado Adaptativo.

reas de aplicacin. Diferentes enfoques del procesamiento adaptativo de seales. Ejemplos. Propiedades de la superficie de performance cuadrtica. Estimacin del gradiente y sus efectos en la adaptacin. Estimacin de parmetros. Error cuadrtico medio (MSE). Mtodos de minimizacin. Ejemplos de diseo.

Unidad No 6. Transformada Ondita (Wavelet)

Concepto de tiempo y frecuencia. Transformada de Fourier mediante ventanas. Transformada de Gabor. Resolucin espectral. Transformada ondita. Transformada Ondita Continua (CWT). Transformada ondita discreta no decimada (UDWT). Transformada ondita discreta clsica (DWT). Banco de Filtros. Aplicaciones de la transformada ondita. Extensin a seales bidimensionales.

Distribucin de carga horaria entre actividades tericas y prcticas

Tipo de actividadCarga horaria total

en hs. relojCarga horaria total en

hs. ctedra

Terica 24 32

Formacin Prctica 24 32

Formacin experimental

Resolucin de problemas 14 19

Proyectos y diseo 10 13

Prctica supervisada

ESTRATEGIAS METODOLGICAS

Modalidades de enseanza empleadas segn tipo de actividad (terica-prctica)La asignatura Procesamiento Digital de Seales se ajusta a un cronograma cuatrimestral. Las clases estn divididas en teoras y prcticas durante 16 semanas.La organizacin del curso est estructurada en unidades temticas consistentes en fundamentos tericos, aplicaciones, ejercitacin y programacin de cada una de ellas.En cada unidad temtica en la cual se encuentra estructurada la asignatura, hay guas de trabajos prcticos a desarrollar por los alumnos e implementaciones de algoritmos a ser desarrollados en el lenguaje de programacin MatLab. Cada unidad temtica tiene un desarrollo aproximado de dos semanas.La asignatura est diseada de tal manera que los temas tratados se refuerzan entre s. En forma lgica, se forma al estudiante desde las tcnicas bsicas del anlisis en el dominio del tiempo discreto hasta las tcnicas ms abstractas en el dominio de la frecuencia discreta.El desarrollo de las clases tericas y prcticas tiene un denominador comn: la implementacin de tcnicas operacionales para la adquisicin por parte del alumno de una capacidad de razonamiento cientfico y diseo de sistemas digitales. Ello se logra integrando los conceptos tericos y prcticos en el diseo de algoritmos en donde se pueden observar similitudes, diferencias y variaciones entre todos los mtodos de anlisis de seales y sistemas discretos.Esta modalidad permite combinar el aprendizaje de conceptos con su inmediata aplicacin prctica, de modo de ir fomentando la creatividad y el ingenio por parte del alumno, condiciones necesarias para el perfil de todo graduado en ciencias de la ingeniera.

ecursos didcticos para el desarrollo de las distintas actividades (guas, esquemas, lecturas previas, computadoras, software, otros)

Para el desarrollo de las actividades prcticas de la asignatura, adems de los contenidos impartidos en las clases tericas, los alumnos cuentan con apuntes desarrollados por la ctedra. Los trabajos prcticos se desarrollan en el Lenguaje de Programacin MatLab y constan de 6 actividades correspondientes a cada una de las unidades temticas, a saber:Trabajos Prcticos de Analticos y de Programacin:

TP#1: Desarrollo, visualizacin y discretizacin de seales. Convolucin discreta. TP#2: DFT. Filtros de Fase cero. TP#3: Implementacin de rutina de clculo de FFT, correlacin y ventanas. TP#4: Implementacin de Filtros Digitales FIR e IIR. TP#5: Implementacin de rutinas de Filtrado Adaptativo. TP#6: Transformada Ondita. Implementacin de rutinas y uso de toolbox.

EVALUACINModalidad (tipo, cantidad, instrumentos)La asignatura tiene un examen parcial al final del cursado. El mismo tiene el carcter de examen integrador de conocimientos tericos y prcticos y tendr solamente una instancia de recuperacin Requisitos de regularidadLos requisitos de regularidad de PDS requieren la entrega y aprobacin de todos los Trabajos Prcticos desarrollados en el cuatrimestre y la aprobacin del examen parcial integrador o su correspondiente recuperatorio en caso de la desaprobacin del examen parcial integrador.

Requisitos de aprobacinLa asignatura Procesamiento Digital de Seales tiene como requisitos de aprobacin en primer lugar, la regularidad de la asignatura, es decir, aprobacin de los trabajos prcticos de programacin y el parcial integrador y en segundo lugar, la aprobacin del examen final con contenidos terico prcticos.

Articulacin Horizontal y Vertical con otras materiasLa asignatura se encuentra enmarcada dentro del rea de Sistemas Digitales. La articulacin vertical se realiza con las asignaturas Anlisis de Seales y Sistemas, Informtica II y Tcnicas Digitales III. Se realizarn reuniones peridicas del rea de Sistemas Digitales y docentes y Director de la ctedra Anlisis de Seales y Sistemas, asignatura ntimamente ligada a la asignatura presente.Por otro lado, con algunos docentes de una de las articulaciones verticales inferiores, Anlisis de Seales y Sistemas (Profesores, JTPs y auxiliares), se realizan seminarios internos sobre avances en el Procesamiento y Anlisis de Seales Digitales, alguno de los cuales integran nuestro PID actual del Departamento de Electrnica Ingeniera de la Interaccin Sangre-Pared: Deteccin precoz de la Ateroesclerosis.

CRONOGRAMA ESTIMADO DE CLASES A continuacin, en formato tabular, se especifica semana por semana la duracin de cada unidad temtica de la asignatura como as tambin la fecha de parcial y entrega de trabajos prcticos. Se utiliza como referencia el Calendario Acadmico 2010.

SEGUNDO CUATRIMESTRE Ciclo Lectivo 2011

LUNES MARTES MIRCOLES JUEVES VIERNES

17/08 Clase #01. Sistemas y seales digitales. Convolucin Discreta lineal. Derivacin e Integracin Discretas. Teorema del Muestreo Ideal Revisado. Muestreo Natural e Instantneo. Transformada de Fourier de una Secuencia.

22/08 Feriado

24/08 Clase #02. Transformada de Fourier de una Secuencia Alternativa (TFS). Propiedades. Serie Discreta de Fourier (SDF). Propiedades. Transformada Discreta de Fourier (TDF). Propiedades. Submuestreo y Sobremuestreo. Programacin en Matlab. Fundamentos.

31/08 Clase #03. TP#1. Sntesis de Seales. TP#2. Transformada Discreta de Fourier.

07/09 Clase #04. Transformada Discreta de Fourier, Aplicaciones. Convolucin Circular. Filtros de Fase Cero.

14/09 Clase #05. Transformada Rpida de Fourier. Aplicaciones (Correlacin). Ventanas

21/09 Clase #06. TP#3. FFT, Correlacin y Ventanas.

28/09 Clase #07. Filtrado Digital FIR e IIR. Primera Parte.

05/10 Clase #08. Filtrado Digital FIR e IIR. Segunda Parte.

10/10 Feriado

12/10 Clase #09. TP#4. Filtrado Digital FIR e IIR.

19/10 Clase #10. Filtrado Adaptativo. Teora y

Aplicaciones

26/10 Clase #11. TP#5. Filtrado Digital Adaptativo

02/11 Clase #12. Introduccin a la Transformada Ondita. Primera Parte.

09/11 Clase #13. Introduccin a la Transformada Ondita. Segunda Parte.

16/11 Clase #14. TP#6. Introduccin a las onditas.

23/11Clase #15. TP#6. Introduccin a las onditas

.30/ 11 Clase #16 Examen Parcial Integrador. Entregas de Trabajos Prcticos

BIBLIOGRAFA OBLIGATORIA

Stephane_Mallat, 2009. A_Wavelet_Tour_of_Signal_Processing. Francia. Editorial Prentice Hall, Second Edition. (Unidad 6). Carcter Aplicado y Complementario.Bernard Widrow and Samuel Sterns, 2005. Adaptive Signal Processing. Inglaterra. Editorial Prentice Hall UK. (Unidad 5). Carcter Aplicado y Complementario.Damin Craiem. Ricardo Armentano, 2003. Anlisis de Sistemas Lineales. Buenos Aires. Ediciones Nuevos Tiempos. (Unidades 1 a 6). Carcter Bsico.Ricardo Armentano, Javier Fochesatto, Marcelo Risk, 2001 Anlisis de Seales y Sistemas. Tomo I y II. Buenos Aires. Editorial Rocamora. (Unidades 1 a 4). Carcter Bsico.Lennart Ljung, 1999. System Identification, Theory for the User. New Jersey, USA. Editorial Prentice Hall, Second Edition. (Unidades 4 y 5). Carcter Aplicado y Complementario.Stphane Mallat, 1997. Signaux et Systmes. Francia. Dpartement de Mathmatiques Appliques. (Unidades 2, 3 y 6). Carcter Complementario.Zoher Z. Karu, 1995. Signals and Sistems. Made Ridiculously Simple. Editorial ZiZI Press. (Unidades 2 y 3). Carcter Complementario.Alan Oppeinheim. Alan Willsky. Withian Young, 1994. Seales y Sistemas. New York. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. (Unidades 1, 2 y 3). Carcter complementario.Robert A. Gabel y Richard A. Roberts, 1993. Seales y Sistemas Lineales. Editorial Limusa. 1993. (Unidades 1 y 2). Carcter Bsico.Athanasios Papoulis, 1993. Sistemas Digitales y Analgicos, Transformadas de Fourier. Estimacin Espectral. Editorial Marcombo. Boixareu Editores. (Unidades 2, 3 y 6). Carcter Bsico y Complementario.A. Papoulis, 1989. Probability, Random Variables and Stochastic Process. New York. Editorial Jamsa. (Unidad 1 y 2). Carcter Bsico y Complementario.Alan Oppenheim, 1994. Digital Signal Processing. Editorial Prentice Hall. (Unidades 1 a 5). Carcter Complementario.Julius S. Bendat and Allan G. Piersol, 1980. Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis. New York. Editorial John Wiley and Sons. (Unidades 3, 4 y 5). Carcter Complementario.Misha Schwartz. Leonard Shaw, 1975. Signal Processing: Discrete Spectral Analysis, Detection and Estimation. New York. Editorial Mc Graw-Hill. (Unidades 2, 3 y 5). Carcter Complementario.