Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia

Apresentação em tema: "Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia
Processamento Digital de Sinais Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Prof. Francisco Assis de O. Nascimento

2 Histórico Anterior a 1a Guerra Mundial 2a guerra mundial
Década de 50 - computador transistorizado Década de 60 - integração em larga escala Década de 70 - a era do microprocessador Década de 80 - sistemas customizados Década de 90 - processadores de prateleira Futuro? - máquinas inteligentes

3 Funções, Sinais e Dados Definições e exemplos

4 Considerações sobre dados e sinais
O sinal está relacionado com a variável “tempo”, “espaço” ou outra grandeza correlata. Exp.: saldo diário de uma conta corrente. O dado geralmente consiste de uma seqüência onde seus elementos não estão relacionados, uns com os outros, pela variável temporal. Exp. Saldo dos clientes no primeiro dia da semana.

5 Sinal Analógico: função contínua de uma variável contínua.

6 Sinal de Domínio Discreto: função contínua de uma variável discreta

7 Sinal Discreto de Variável Contínua: função discreta de variável contínua.

8 Sinal Digital:função discreta de variável discreta.

9 Característica de um sinal digital
Discretizado temporalmente: amostragem Discretizado em amplitude: quantização Também tem-se o processamento de sinais com processadores em ponto flutuante. Neste caso o contradomínio pode ser considerado como contínuo.

10 Sinal ou Dado? Notas da turma; saldo mensal da conta bancária;
inflação diária; últimos 100 resultados da loteria - SENA; fotografia da Vovó; som produzido por um alto-falante; filme digitalizado “O mundo perdido”.

11 Processamento digital de sinais analógicos

12 Teorema da Amostragem Amostragem Um sinal x(t) que não tem componentes espectrais acima de uma freqüência de B hertz — isto é, X( f ) = 0 para | f |> B — pode ser reconstruído exatamente (sem qualquer erro) a partir de suas amostras tomadas uniformemente a intervalos de Ts  1/(2B) segundos — ou seja, a uma taxa fs  2B hertz (ou amostras por segundo).

13 Instantes de amostragem
Teorema da Amostragem Amostragem -B B | X( f )| f Ts  1/(2B) fs  2B Instantes de amostragem t x(t) Ts

14 Amostragem Teorema da Amostragem Ts  1/(2B) fs  2B

15 Instantes de amostragem
Operações básicas do esquema PCM: Amostragem, Quantização e Codificação Instantes de amostragem 000 001 010 011 101 110 111 100 Palavras-código PCM -0,2 0,2 0,6 1,0 1,4 -0,6 -1,4 -1,0 Níveis de quantização permitidos Ts  = 0,4 Seqüência de p.c. PCM Sinal PCM Amostra do sinal analógico Amostra quantizada Sinal analógico original Sinal PAM quantizado Sinal analógico reconstruído

16 Exemplo: Sinal de voz.

17 Exemplo: Sinal de Eletrocardiografia.

18 Exemplo: Transitório em rede de transmissão de energia elétrica.

19 Exemplo: Imagem digitalizada.

20 Exemplo: Lena - 8bits/pixel (E) e 0,51 bits/pixel(D) - compactada.

21 Exemplo: voz digitalizada
Barbalha

22 Vídeo sintético

23 Vídeo

24 Processamento Digital de Sinais x Processamento Analógico de Sinais
Vantagens do PDS: imunidade a ruído, imunidade a variação de temperatura, maior precisão, maior flexibilidade, capacidade e memória e inteligência, realiza sistemas não possíveis por sistemas analógicos. Desvantagens do PDS: custo alto (em algumas aplicações), processamento lento (em algumas aplicações).

25 Implementação de PDS Via hardware dedicado; via software.

26 Aplicações de PDS Telecomunicações: modulação de sinais, telefonia digital e celular, radio digital, teleconferência, videofone, modems, correio eletrônico de voz, fax, criptografia, equalização e cancelamento de eco em meios de comunicação

27 Processamento de Voz: reconhe-cimento e síntese de voz (comunicação homem-máquina), verificação de locutor, codificação e baixas taxas, equipamento para deficientes auditivos.

28 Processamento de Sinais de Áudio: Disco Laser (Compact Disc - CD), fitas de áudio digitais (Digital Audio Tape - DAT), controle de reverberação e eliminação de eco, sintetizadores, recuperação de gravações antigas, composição por computador.

29 Medicina: tomografia computadorizada, ressonância magnética nuclear, ecografia, eletrocardiografia, eletromiografia, eletroecefalografia, aparelhos para deficientes físicos, sistemas especialistas de diagnósticos.

30 Processamento de Imagens: sensoriamento remoto, classificação de imagens de satélite, televisão de alta definição (HDTV), computação gráfica, visão para robôs, restauração de imagens, identificação de objetos, navegação de aeronaves e mísseis.

31 Sistemas elétricos de potência: proteção digital, oscilografia digital, monitoração de variáveis, detecção rápida de transientes. Controle e Automação: controla-dores digitais, robótica.

32 Outras aplicações de PDS
Radar; Sonar; Geofísica; Meteorologia; Setor financeiro; Guerra eletrônica.

33 Exemplos de pesquisas recentes desenvolvidas no GPDS

34 DATA COMPRESSION TECHNIQUE FOR POWER SYSTEMS TRANSIENTS
Universidade de Brasília - UnB Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS Francisco Assis de Oliveira Nascimento

35 Diagrama de blocos do sistema de codificação.

36 Diagrama em blocos do sistema de decodificação

37 Resultado simulado-de cima para baixo: sinal original,Hartley,DCT,LOT

38 Histograma:número de bits X período da fundamental.

39 Minimização de Ruídos em ECG Usando a Transformada de Wavelets
Universidade de Brasília - UnB Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS Francisco Assis de O. Nascimento, Cláudio Batista Silva e Adson Ferreira da Rocha

40 Localização da condição de melhor reconstrução

41 Resultado de Simulação

42 Resultado de Simulação: Transformada de Wavelets Invariante ao Deslocamento

43 SIMULADOR DE CANAL TELEFÔNICO EM TEMPO REAL-SBT 1997
Universidade de Brasília - UnB Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS Francisco Assis de Oliveira Nascimento

44 Cartão coprocessador de sinais
Vista superior

45 Características dos canais telefônicos e filtros aproximadores

46 Resultados Simulados

47 Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS
CODIFICAÇÃO ADAPTATIVA DE IMAGENS POR TRANSFORMAÇÃO DE DOMÍNIO E IMPOSIÇÃO DA RELAÇÃO SINAL/RUÍDO MÍNIMA SEGMENTADA SBT’95 Universidade de Brasília - UnB Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS Sebastião do nascimento Neto & Francisco Assis de Oliveira Nascimento

48 Características da função de autocorrelação e da amplitude dos coeficientes no espaço transformado.

49 Diagrama em blocos do codificador

50 Diagrama em blocos do decodificador

51 Resultados simulados:(1) original-8bits/pixel; (2)DCT-0,52bit/pixel; (3) LOT-0,52bit/pixel.

52 Introdução Operações com seqüências

53 Operações com seqüências

54 Operações com seqüências

55 Operações com seqüências

56 Operações com seqüências

57 Operações com seqüências: deslocamento no tempo

58 Seqüências básicas - Impulso unitário

59 Seqüências básicas - Degrau unitário

60 Relações entre o impulso unitário e o degrau unitário

61 Visualização gráfica da relação degrau-impulso unitário

62 Representação de uma seqüência genérica através de somatório de impulsos unitário.

63 Seqüência exponencial

64 Seqüência senoidal

65 As seqüências senoidais que diferem por um múltiplo de 2PI rad/amostra são idênticas.

66 Seqüência periódica.

67 Exemplo de seqüência periódica.

68 Condição para haver periodicidade em tempo discreto

69 Tipos de seqüência com respeito a região de suporte.

70 Definições de seqüências simétrica e anti-simétrica.

71 Seqüências par e ímpar.

72 Cálculo da parte simétrica e anti-simétrica.

73 Sistemas em Tempo Discreto

74 Classificação dos Sistemas:
1) Sistemas monovariáveis; 2) Sistemas multivariáveis; 3) Sistemas determinísticos; 4) Sistemas estocásticos; 5) Sistemas instantâneos;

75 6) Sistemas dinâmicos; 7) Sistemas relaxados; 8) Sistemas causais; 9) Sistemas invariantes no tempo; 10) Sistemas lineares.

76 1 - Sistemas monovariáveis
Apresentam uma única entrada e uma única saída. Saída Entrada Sistema Monovariável

77 2 - Sistemas Multivariáveis
Apresentam “m” entradas e “r”saídas. Saídas Entradas 1 1 Sistema Multivariável r m

78 3 - Sistemas determinísticos
Sobre as mesmas condições a repetição da entrada causará sempre a mesma a saída.

79 4 - Sistemas Estocásticos
Não se pode prever com segurança qual será a saída. Para uma dada entrada há apenas uma “certa probabilidade” de que a saída seja esta ou aquela. Grandezas estatísticas importantes: média,variância e função de auto-correlação.

80 5 - Sistemas Instantâneos
O valor da saída em um determinado instante de tempo depende somente do valor da entrada no mesmo instante de tempo.

81 6 - Sistemas Dinâmicos O valor da saída em determinado instante de tempo depende de valores passados e/ou presentes e/ou futuros da entrada.

82 7 - Sistemas Relaxados São aqueles cujas saídas dependem única e exclusivamente das entradas aplicadas (inexiste o armazenamento de energia).

83 8 - Sistemas Causais A saída em um determinado instante de tempo, depende de valores passados e/ou presentes da entrada (também chamados de não antecipativo ou físicos).

84 9- Sistemas Invariantes no Tempo
São aqueles que apresentam a mesma resposta para uma mesma entrada quando esta é aplicada em diferentes instantes de tempo (também chamado de “estacionário ou fixo”).

85 10 - Sistemas Lineares Um sistema é dito linear quando atende a dois princípios: o da aditividade e o da homogeneidade. Este dois princípios podem ser condensados no teorema da superposição.

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88 Fim da primeira parte pessoal.