Procesado Digital de la Señal

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Créditos
6
Tipos
Complementaria de especialidad (Ingeniería de Computadores)
Requisitos
  • Prerrequisito: CI
Departamento
ESAII
La asignatura Procesamiento Digital del Señal forma al estudiante en las técnicas y herramientas fundamentales del procesamiento digital de la señal, y en el hardware necesario para la implementación de estos sistemas. Un procesador digital de señales o DSP es un sistema basado en un procesador o microprocesador que posee un juego de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad.

Les aplicaciones más habituales de los DSP son las que requieren un procesado en tiempo real, como el procesado de audio y vídeo, la instrumentación, las comunicaciones, equipos de diagnóstico médico, dispositivos móviles, televisión digital, generación / reconocimiento de voz, reproductores MP3, etc.

La evaluación de la asignatura se hará mediante controles parciales, las prácticas de laboratorio y trabajos en grupo, pudiéndose aprobar la asignatura sin tener que hacer un examen final.

Profesores

Responsable

  • Antoni Grau Saldes ( )

Horas semanales

Teoría
1.3
Problemas
0.7
Laboratorio
2
Aprendizaje dirigido
0.4
Aprendizaje autónomo
5.6

Competencias

Competencias Técnicas

Competencias técnicas comunes

  • CT1 - Demostrar conocimiento y comprensión de hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relativas a la informática y a sus disciplinas de referencia.
    • CT1.1B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB2. Capacidad para comprender y dominar los fundamentos físicos y tecnológicos de la informática: electromagnetismo, ondas, teoría de circuitos, electrónica y fotónica y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
    • CT1.2A - Demostrar conocimiento y comprensión de los conceptos fundamentales de la programación y de la estructura básica de un computador. CEFB5. Conocimiento de la estructura, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, así como los fundamentos de su programación.
    • CT1.2B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB3. Capacidad para comprender y dominar los conceptos básicos de matemática discreta, lógica, algorítmica y complejidad computacional, y su aplicación para el tratamiento automático de la información por medio de sistemas computacionales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
    • CT1.2C - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB1: Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantarse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: algebra, cálculo diferencial e integral i métodos numéricos; estadística y optimización.
  • CT2 - Utilizar de forma apropiada teorías, procedimientos y herramientas en el desarrollo profesional de la ingeniería informática en todos sus ámbitos (especificación, diseño, implementación, despliegue -implantación- y evaluación de productos) de manera que se demuestre la comprensión de los compromisos adoptados en las decisiones de diseño.
    • CT2.3 - Diseñar, desarrollar, seleccionar y evaluar aplicaciones, sistemas y servicios informáticos, y al mismo tiempo asegurar su fiabilidad, su seguridad y su calidad, conforme a principios éticos y a la legislación y la normativa vigente.
  • CT5 - Analizar, diseñar, construir y mantener aplicaciones de forma robusta, segura y eficiente, escogiendo el paradigma y los lenguajes de programación más adecuados.
    • CT5.5 - Usar las herramientas de un entorno de desarrollo de software para crear y desarrollar aplicaciones.
    • CT5.6 - Demostrar conocimiento y capacidad de aplicación de los principios fundamentales y de las técnicas básicas de la programación paralela, concurrente, distribuida y de tiempo real.
  • CT6 - Demostrar conocimiento y comprensión del funcionamiento interno de un computador y del funcionamiento de las comunicaciones entre ordenadores.
    • CT6.2 - Demostrar conocimiento, comprensión y capacidad de evaluar la estructura y la arquitectura de los computadores, así como los componentes básicos que los conforman.
  • CT7 - Evaluar y seleccionar plataformas de producción hardware y software para la ejecución de aplicaciones y de servicios informáticos.
    • CT7.2 - Evaluar sistemas hardware/software en función de un criterio de calidad determinado.

Competencias Transversales

Uso solvente de los recursos de información

  • G6 [Avaluable] - Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información del ámbito de la ingeniería informática y valorar de forma crítica los resultados de esta gestión.
    • G6.3 - Planificar y utilizar la información necesaria para un trabajo académico (por ejemplo, para el trabajo de final de grado) a partir de una reflexión crítica sobre los recursos de información utilizados. Gestionar la información de manera competente, independiente y autónoma. Evaluar la información encontrada e identificar las lagunas presentes.

Competencias Técnicas de cada especialidad

Especialidad ingeniería de computadores

  • CEC1 - Diseñar y construir sistemas digitales, incluyendo computadores, sistemas basados en microprocesadores y sistemas de comunicaciones.
    • CEC1.1 - Diseñar un sistema basado en microprocesador/microcontrolador.
    • CEC1.2 - Diseñar/configurar un circuito integrado usando las herramientas de software adecuadas.
  • CEC2 - Analizar y evaluar arquitecturas de computadores incluyendo plataformas paralelas y distribuidas, y desarrollar y optimizar software para dichas plataformas.
    • CEC2.3 - Desarrollar y analizar software para sistemas basados en microprocesadores y sus interfícies con usuarios y otros dispositivos.
  • CEC3 - Desarrollar y analizar hardware y software para sistemas empotrados y/o de muy bajo consumo.
    • CEC3.1 - Analizar, evaluar y seleccionar las plataformas hardware y software más adecuadas para el soporte de aplicaciones empotradas y de tiempo real.
    • CEC3.2 - Desarrollar procesadores específicos y sistemas empotrados; desarrollar y optimizar el software de estos sistemas. 

Objetivos

  1. Diferenciar los distintos tipos de sistemas, y definir cuáles son sus características
    Competencias relacionadas: G6.2, CT1.2B,
  2. Comprender las características específicas de un procesador DSP respecto un procesador de propósito general
    Competencias relacionadas: CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
  3. Diferenciar los distintos tipos de señales, y definir cuáles son sus características
    Competencias relacionadas: G6.2, CT1.2B,
  4. Comprender el significado y beneficios del procesamiento digital de la señal (PDS), y cuáles son las áreas de aplicación más habituales
    Competencias relacionadas: CEC3.2, CEC3.1, G6.2, CT1.1B, CT1.2B,
  5. Comprender el fundamentos del proceso de conversión analógico a digital, la interfaz necesaria en un sistema DSP y las limitaciones inherentes de este proceso.
    Competencias relacionadas: CEC3.2, CEC1.2, CT6.2, CEC3.1,
  6. Especificar, analizar y determinar los parámetros básico de una interfaz de entrada o salida analógica (adquisición y reconstrucción).
    Competencias relacionadas: CEC1.1, CEC1.2, CEC3.1,
  7. Conocer y aplicar la dualidad del dominio tiempo-frecuencia de la señal. Comprender las relaciones existentes entre ambos dominios
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT1.2B,
  8. Dominar las diversas alternativas para la implementación de la transformada de Fourier para señales discretas
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT7.2, CT5.6, CT1.2B,
  9. Reconocer la utilidad de las transformaciones discretas en el campo del PDS, y saber aplicar estas técnicas
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT7.2, CT5.6, CT1.2B,
  10. Utilizar la transformada z para la representación, análisis y diseño de señales y sistemas discretos
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, CT1.2B,
  11. Definir las aplicaciones más habituales de la transformada z en los sistemas de PDS
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.1, CT5.6, CT2.3,
  12. Conocer y saber aplicar la técnica de la correlación en el ámbito del PDS
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT1.2B, CT2.3,
  13. Conocer los ámbitos de aplicación de los filtros en los sistemas DSP
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2B,
  14. Diseñar filtros según los requisitos de la aplicación
    Competencias relacionadas: CEC1.2, CT6.2, CT5.5, CT1.2B,
  15. Saber aplicar los filtros FIR y filtros IIR según los requisitos de la aplicación
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CT1.2A, CEC1.2, CT1.2B,
  16. Conocer las diferencias en la arquitectura de los DSP de coma flotante y de coma fija
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC1.1, CT7.2, CEC3.1, CT5.5, CT5.6, CT1.1B, CT1.2B,
  17. Analizar los errores inherentes en los sistemas DSP debidos a la cuantificación y la resolución finita
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CT7.2, CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
  18. Saber utilizar los entornos de desarrollo basados en DSP, por el rápido desarrollo de prototipos
    Competencias relacionadas: CT7.2, CEC3.1, CT5.5, CT2.3,
  19. Saber utilizar los paquetes de computación numérica para la simulación, análisis y desarrollo algoritmos en el ámbito del DSP
    Competencias relacionadas: CT5.5, CT1.2B, CT2.3,
  20. Saber aplicar las técnicas del DSP en los sistemas de audio
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
  21. Saber aplicar las técnicas del DSP en el ámbito de la imagen
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
  22. Saber aplicar las técnicas del DSP en el ámbito del vídeo
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
  23. Aplicar las técnicas de compresión de la información (JPEG, MPEG, ...)
    Competencias relacionadas: CEC3.2, G6.3, CT7.2, CEC3.1, CT5.6, CT2.3,
  24. Conocer los componentes básicos de un sistema de procesamiento digital de la señal
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC1.1, CT6.2, CT2.3,
  25. Conocer y saber aplicar la técnica de la convolución en el ámbito del PDS
    Competencias relacionadas: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT1.2B, CT2.3,

Contenidos

  1. Introducción
    - Senyals, sistemes i processat del senyal.
    - Aplicacions del PDS
    - Operadors bàsics en el PDS
    - Arquitectura dels microprocessadors DSP
    - Estructura dels sistemes PDS
  2. Discretización de señales
    - Mostreig de senyals. Sinusoide mostrejada.
    - Teorema del mostreig.
    - Espectre dels senyals mostrejats.
    - Relació de freqüències continu-discret.
    - Conversió analògic a digital. Quantificacions.
    - Conversió digital a analògic. Reconstrucció.
  3. Analisis frecuencial de la señal. Transformada de Fourier
    - Aplicacions. Equalització, filtrat i compressió d' àudio, imatges i vídeo.
    -Transformada discreta de Fourier (DFT).
    - Algorisme ràpid (FFT).
    - Transformada Inversa de Fourier
    - Altres transformades discretes (DCT,Wavelet)

  4. Transformada Z. Utilización para el procesado de la señal
    - Transformada Z.
    - Transformada Inversa Z.
    - Propietats de la transformada Z.
    - Aplicacions de la transformada Z en el PDS
  5. Correlación y Convolución

    - Correlació creuada i autocorrelació
    - Fast correlation.
    - Convolució. Circular. Deconvolució. Fast linear convolution.
    - Exemples d'aplicacions.
  6. Filtros digitales
    - Introducció
    - Funció de transferència.
    - Resposta impulsional.
    - Estabilitat.
    - Resposta freqüencial.
    - Estructures.
    - Criteris i procediment pel disseny de filtres digitals
    - Disseny de filtres de resposta impulsional finita
    - Disseny de filtres de resposta impulsional infinita
    - Exemples
  7. Procesadores para tratamiento de señales

    - Arquitectura i tipus
    - Criteris de selecció.
    - Implementació dels algorismes en PDS de propòsit general.
    - PDS de propòsit específic.
    - Sistemes de desenvolupament pel PDS.
  8. Procesado de señal de audio

    Equalització
    Efectes de so
    Compressió
    Sintetitzador de so i veu
  9. Procesado de images y video
    Formats d'imatges. Compressió
    Efectes d'imatge
    Equalització
    Compressió de vídeo

Actividades

Actividad Acto evaluativo


examen Parcial


Objetivos: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25
Semana: 8
Tipo: examen de teoría
Teoría
2h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
10h

Examen de Laboratorio


Objetivos: 4 24 7 8 11 12 25 14 16 17 18 19 20 21 22 23
Semana: 15
Tipo: examen de laboratorio
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
2h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
6h

examen Final


Objetivos: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Semana: 15 (Fuera de horario lectivo)
Tipo: examen final
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
3h
Aprendizaje autónomo
16h

Desarrollo del Tema 1

Participar activamente en la sesión presencial. Estudio autónomo de los materiales propuestos. Resolución de los problemas propuestos. Búsqueda de informción y sistemas en que el PDS es clave.
  • Teoría: --
  • Problemas: --
  • Laboratorio: --
  • Aprendizaje dirigido: --
  • Aprendizaje autónomo: --
Objetivos: 4 24
Contenidos:
Teoría
1.5h
Problemas
0.5h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
3h

Desenvolupament del Tema 2

Participar activament en la sessió presencial. Estudi autònom dels materials propossats. Resolució dels problemes proposats.
Objetivos: 3 1 5 6
Contenidos:
Teoría
1.4h
Problemas
0.6h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
2h

Desenvolupament Tema 3

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats. Recerca d'informació respecte les diferents transformades discretes: concepte, propietats, implementació i aplicació en el PDS.
Objetivos: 4 7 8 9 20 21 22
Contenidos:
Teoría
3h
Problemas
1h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
1h
Aprendizaje autónomo
4h

Desenvolupament Tema 4

Participar activament en les sessió presencial. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 10 11
Contenidos:
Teoría
1.4h
Problemas
0.6h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
2h

Desenvolupament Tema 5

Participar activament en la sessió presencial. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 12 25
Contenidos:
Teoría
1.4h
Problemas
0.6h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
2h

Desenvolupament Tema 6

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 7 13 14 15
Contenidos:
Teoría
2.5h
Problemas
1.5h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
4h

Desenvolupament Tema 7

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 4 24 2 16 17 18 20 21
Contenidos:
Teoría
2h
Problemas
2h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
3h

Desenvolupament Tema 8

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 4 24 17 18 19 20 23
Contenidos:
Teoría
2h
Problemas
2h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
1h
Aprendizaje autónomo
3h

Desenvolupament Tema 9

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objetivos: 4 17 18 19 21 22 23
Contenidos:
Teoría
2h
Problemas
2h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
1.5h
Aprendizaje autónomo
4h

Pràctica 1

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat. Realització dels exercicis que s'han d'entregar a l'inici de la sessió de laboratori.
Objetivos: 4 24 2 3 1 5 6 17 18 20
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
6h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
4h

Pràctica 2

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat. Realització dels exercicis que s'han d'entregar a l'inici de la sessió de laboratori.
Objetivos: 4 24 2 7 8 9 10 11 12 25 20
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
6h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
6h

Pràctica 3

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objetivos: 4 2 3 1 13 14 15 19
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
4h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
4h

Pràctica 4

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objetivos: 16 17 18 19 20 23
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
4h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
6h

Pràctica 5

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objetivos: 17 19 21 22 23
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
6h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
8h

-

Realització s'un treball relacionat amb el contingut de l'assignatura, on s'ha de realitzar l'èmfasi en la part de recerca bibliogràfica. L'estudiant ha d'utilitzar bases de dades de recursos d'informació avançades, saber realitzar cerques en ella, i valorar críticament les referències localitzades.
Objetivos: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Semana: 15
Tipo: examen de problemas
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
0h

Metodología docente

No se hará distinción entre clases de teoría y problemas, las clases teóricas se reforzarán con ejemplos mostrando las posibles alternativas y soluciones a problemas del ámbito del DSP (tanto de componentes de un sistema DSP como de aplicaciones).
Las sesiones de prácticas se realizarán 'in situ' en el laboratorio docente del departamento en la FIB. Es requisito ineludible haber realizado un trabajo previo que será especificado para cada una de las prácticas. Por lo tanto la asistencia a las sesiones de laboratorio es obligatoria.

Método de evaluación

La nota de la asignatura se obtiene a partir de dos componentes: la nota de teoría / problemas (NT) y la nota de laboratorio (NL). Las dos componentes tienen un peso del 50% de la nota final.

NT obtiene a partir de un Examen Parcial (EP), que tiene un peso del 30% en la NT, de un Examen Final (EF), que tiene un peso del 60% en la NT, y de la evaluación de las actividades relacionadas directamente con la competencia transversal (ACT), que tiene un peso del 10% en la NT.

ACT obtiene de la realización de un trabajo relacionado con el contenido de la asignatura, donde el estudiante buscará información para completar los aspectos trabajados. Se hace especial atención en lo relativo a la calidad de las referencias utilizadas, su obtención y valoración crítica, y su correcto citación.

La nota obtenida en EP se puede recuperar con EF, ya que el peso correspondiente (30%) se aplica sobre el máximo de las dos notas.
NT = max (0.30 * EP + 0.6 * EF + 12:10 * ACT, 0.9 * EF + 12:10 * ACT)

La nota de laboratorio NL se obtiene a partir de la media de las evaluaciones individuales de las prácticas (NL1) y la nota de un examen final de prácticas (NL2). Se realizarán 5 prácticas evaluables durante el curso.

Bibliografía

Básica:

Complementaria:

Capacidades previas

Programación en algún lenguaje ensamblador.
Conocimiento del concepto de circuito electrónico, y de componentes electrónicos.
Saber cómo se representan los números en un computador, y saber realizar operaciones aritmético-lógicas.
Conocer el funcionamiento y estructura del procesador.
Conocer la arquitectura y funcionamiento de un computador.
Entender correctamente documentación escrita en inglés.

Adenda

Contenidos

NO HI HA CANVIS RESPECTE LA INFORMACIÓ PUBLICADA A LA GUIA DOCENT

Metodología docente

Totes les classes seran no presencials, tant les classes de teoria com els laboratoris

Método de evaluación

No hi haurà examen, l'avaluació serà en funció de les pràctiques lliurables.

Plan de contingencia

Si es produïssin rebrots per la pandèmia, les classes seguirien el seu curs normal al ser no presencials, tant la teoria com els laboratoris.