Tratamiento Digital de Señal


 

Profesor

Andoni Irizar Picón airizar@ceit.es

Resumen

Conceptualmente, el tratamiento digital de señal no difiere gran cosa del control digital impartido en 4º Curso. Pondremos más enfásis en el concepto de la Transformada Discreta de Fourier y su algoritmo correspondiente (FFT)  y estudiaremos los dos tipos principales de filtros digitales: IIR (Infinite Impulse Response) y FIR (Finite Impulse Response). Finalmente, se estudiarán los problemas que presentan los filtros digitales a la hora se su implementación real (efectos de cuantización) y como solucionarlos.


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4 de diciembre de 2001: script_clase.m
18 de diciembre de 2001:script_clase2.m

8 de enero de 2002: firdig.m iirdig.m

20 Noviembre de 2002: 

    Programas de diseño de filtros analógicos

            Prototipos Filtro Pasobajo

                Butterworth: butter_ana_ej.m

                Chebyshev-I: cheb1_ana_ej.m

                Chebyshev-II: cheb2_ana_ej.m

            Filtro pasoalto

                Butterworth: hp_butter_ej.m

                Chebyshev-I: hp_cheb1_ej.m

                Chebyshev-II: hp_cheb2_ej.m

            Filtro pasabanda

                Butterworth: bp_butter_ej.m

                Chebyshev-I: bp_cheb1_ej.m

                Chebyshev-I: bp_cheb2_ej.m

            Filtro parabanda

                Butterworth: bs_butter_ej.m

                Chebyshev: bs_cheb1_ej.m

                Chebyshev-I: bs_cheb2_ej.m

             Programas de diseño de filtros digitales IIR

                    Predistorsión : warping.m

                    Ejemplo Transformación bilineal: transf_bilineal_ej.m 

                    Filtro pasabanda Butterworth: bp_butter_discr_ej.m

            Programas de diseño de filtros digitales FIR

                    Ventanas espectrales: spec_window.m

                    Coeficientes filtro ideal: h_ideal.m

                    Filtro pasobajo ideal: fir_lp_ideal.m

                    Filtro pasobajo: lp_fir.m

                    Filtro pasoalto: hp_fir.m

                    Filtro pasabanda: bp_fir.m

                    Filtro parabanda: bs_fir.m

                    Diseño general de filtros FIR (metodo de las ventanas): firdig.m 

Programa de la Asignatura

Capítulo 1: Señales y Sistemas

PDF: tema1.pdf (83 KB)
Clasificación de Señales y Sistemas.
Respuesta a impulso de sistemas lineales invariantes en el tiempo.

Capítulo 2: Convolución

PDF: tema2.pdf (66 KB)
Concepto y Definición de Convolución.
Propiedades.
Correlación y Autocorrelación.
Convolución Discreta.

Capitulo 3: Series y Transformada de Fourier

PDF: tema3.pdf (168 KB)

Capítulo 4: Transformada de Laplace

PDF: tema4.pdf (32 KB)

Capítulo 5: Muestreo y Cuantización

PDF: tema5.pdf (67 KB)
Convertidores Analógico-Digitales.

Capítulo 6: Transformada Discreta de Fourier

PDF: tema6.pdf (519 KB)
Transformada Discreta de Fourier (DFT).
Transformada Rápida de Fourier (FFT).
Ejemplos en Matlab: fftej1.m, fftej2.m, fftej3.m, fftej4.m, fftej5.m, fftej7.m, fftej8.m
Tiempo de procesamiento de FFT para algunos micros y DSPs

mp

FFT 256 puntos

FFT 1024 puntos

Pentium 166 MHz

2.5 ms

11.6 ms

Pentium II 200 MHz

1.2 ms

5.4 ms

ADSP 2115 20 MHz

0.69 ms

1.86 ms

TMS320C52 30 MHz

0.73 ms

2.45 ms

TMS320C67 167 MHz

0.0257 ms

0.124 m

 

Capítulo 7: Transformada Z

PDF: tema7.pdf (84 KB)
Definición y Propiedades.
Transformada Inversa.
Función de Transferencia Discreta.
Análisis de Sistemas.

Capítulo 8: Diseño de Filtros Digitales - Filtros IIR

PDF: tema8.pdf (400 KB)
Terminología y Clasificación.
Filtros IIR.
        Diseño de Filtros Analógicos (Butterworth, Chevyshev I y II, elípticos).
        Métodos de Transformación del plano s al plano z.
        Diseño de Filtros IIR con MATLAB
           -Analógicos
                Filtros Pasobajo (
lowfilt.m)
                Filtros Pasoalto (highfilt.m)
                Filtros Pasabanda (pasafilt.m)
                Filtros Parabanda (parafilt.m)
            - Digitales 
   
                 Utilizando la transformada bilineal
                        Filtros Pasobajo ( lowdig.m)
                        Filtros Pasoalto (highdig.m)
                        Filtros Pasabanda (pasadig.m)
                        Filtros Parabanda (paradig.m)
                    Utilizando la transformada invariante a impulso (invar_lp.m)                
        Función de Matlab para el diseño de todo tipo de filtros IIR
                Analógicos       iirafilt.m
                Digitales           iirdfilt.m

Capítulo 9: Diseño de Filtros Digitales: Filtros FIR

PDF: tema9.pdf (310 KB)
Filtros FIR.
        Secuencias Simétricas.
        Técnicas de Diseño de Filtros FIR.
            Método de las Series de Fourier.
            Método del muestreo de frecuencia.
            Métodos Iterativos basados en condiciones óptimas.
Diseño de Filtros FIR con MATLAB.
                specwin.m
                firfs1.m
                firmf.m
  Método de las Series de Fourier
            Filtro Pasobajo     (
firsflp.m)
            Filtro Pasoalto      (
firsfhp.m)
            Filtro Pasabanda  (
firsfbp.m)
            Filtros Parabanda (
firsfsb.m)
     Método del muestreo de frecuencia
            Filtro Pasobajo     (
mf16.m, mf17.m)
            Filtro Pasabanda   (
mfbp.m)

Capítulo 10: Implementación de Filtros Digitales

PDF: tema10.pdf (445 KB)
Realización de Filtros Digitales.
Efectos de cuantización.
Implementación Hardware de Filtros Digitales:
    Hardware : Bit-Serial : use-bitserial.ps, imp-bitserial.pdf
                      FPGAs (dsp40k.pdf)
    Programas en Matlab
        quantsos.m

Capítulo 11: Aplicaciones de Filtros Digitales

PDF: tema11.pdf (275 KB)
Aplicaciones
        Diferenciadores y Transformación de Hilbert.
        Interpolación y Decimación.
        Filtros Pasatodo, Peine y Notch.
        Convolución : convolver.pdf
        Detectción de Bordes : edge.pdf


Problemas

Aquí tienen una serie de problemas para practicar durante las vacaciones de Navidad. Todos menos uno son para hacer en Matlab:
Problemas.doc. Los problemas resueltos los tienen aquí, aunque se recomienda intentarlo antes de mirar (prob1.m, prob1b.m, prob1e.m, prob2.m, prob2mf.m, prob2r.m, prob2ls.m, prob4c.m, prob5.m, prob6.m, prob7.m, prob7a.m.)

Prácticas

Trabajo opcional
        Implementar en C una FFT de 1024 puntos. Los datos de entrada se encuentran en los ficheros:
                    -  real.dat  (parte real de la señal)
                    -  imag.dat (parte imaginaria)
        El programa deberá escribir los datos de salida en dos ficheros (uno para la parte real y otro para la imaginaria).
        Se deberá enviar los archivos .c  y .h a la dirección de correo airizar@ceit.es antes del 15 de diciembre.
 


Exámenes

El examen consta de dos partes: una teórica y otra práctica, esta última por ordenador. Disponen de una copia del examen del año pasado en Word:

1998

Febrero Teórico
Febrero Práctico
Septiembre Teórico
Septiembre Práctico

1999

Febrero Teórico
Febrero Práctico
Septiembre Teórico
Septiembre Practico

2000

Febrero Teórico 1
Febrero Teórico 2
Febrero Práctico 1
       Solución Problema 1
       Solución Problema 2
Febrero Práctico 2
       Solución Problema 1
       Solución Problema 2
Septiembre Teórico
Septiembre Práctico
   

2001

Febrero Teórico
Febrero Práctico

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2002

Febrero Teórico 1
Febrero Práctico 1

Febrero Teórico 2
Febrero Práctico 2

Septiembre Práctico

2003

Febrero Teórico
Febrero Práctico

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2004

Febrero Teórico
Febrero Práctico

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2005

Febrero Teórico

Febrero Práctico

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2006

Febrero Teórico

Febrero Práctico

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2007

Febrero Teórico 1

Febrero Práctico 1

Febrero Teórico 2

Febrero Práctico 2

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

2008

Febrero Teórico 1

Febrero Práctico 1

Febrero Teórico 2

Febrero Práctico 2

Septiembre Teórico

Septiembre Práctico

            2009

                        Febrero Teórico

                        Febrero Práctico

                        Septiembre Teórico

                        Septiembre Práctico

 

            Curso 2009-2010

                        Diciembre 09 Teórico

                        Diciembre 09 Práctico

             

           

 

 

  Bibliografía

  • "Señales y Sistemas", Alan V. Oppenheim and Alan S. Willsky, Prentice-Hall Hispanoamericana, 1983.
  • "Introduction to Digital Signal Processing", John G. Proakis and Dimitris G. Manolakis, Macmillan Publishing Company, 1988.
  • "Analog and Digital Signal Processing", Ashok Ambardar", PWS Publishing Company, 1995.
  • "Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach", Sanjit K. Mitra, McGraw-Hill, 1998.
  • "Digital Signal Processing using MATLAB", Vinay K. Ingle and John G. Proakis, PWS Publishing Company, 1997.
  • "Digital Filters and Signal Processing", Leland B. Jackson, Kluwer Academic Publishers, 1986.
  • "Digital Audio Signal Processing", Udo Zölzer, John Wiley & Sons, 1995.

 Links Interesantes

Estos links son externos. Para acceder a ellos debes utilizar los ordenadores de la Sala B.

Texas Instruments DSP. Todo acerca de los DSP de Texas Instruments y montones de aplicaciones de procesamiento de señal (en formato PDF).
Motorola DSP Lo mismo que el anterior, pero con los DSPs de Motorola.
Analog Devices DSP Más DSP, esta vez de Analog Devices.
SPIB-Signal Processing Information Base SPIB contiene información sobre grupos, artículos, software, bibliografías etc, en procesamiento de señal.
Chaos Homepage Una página dedicada a los sistemas caóticos
Computer Vision Homepage : Links a grupos dedicados a Visión Artificial, software, demos, publicaciones, imágenes de test, etc.

Otros Links

Forofos del Athletic y de Microsoft, abstenerse. Son también links externos.

The Linux Documentation Project : Linux es un sistema operativo para PCs (y workstations) disponible gratuitamente. En esta página lo encontarás todo sobre Linux.
Scientific Applications on Linux : Gran cantidad de software científico para Linux. La gran mayoría son gratis y se obtienen con su código fuente en C ó C++.
Sunsite Central Europe: Todo el software que quieras y más, todo gratis, principalmente para Unix, Linux y Windows95.
Hamburg VHDL Archive : Standards en VHDL, manuales, tutoriales, modelos etc.
Latex es un procesador de texto que no es WYSIWYG.  También gratis.
Intel Secrets: Todo lo que Intel no quiere que sepas sobre sus micros.
The GIMP es un programa de procesamiento de imágenes (tipo Adobe Photoshop) pero es gratis. Disponible en código fuente, por lo que los usuarios pueden modificar el programa y añadir nuevos algoritmos de tratamiento de imagen, por ejemplo. Para plataformas Unix o Linux.
Real Sociedad Pese a todo, este link no podía faltar.