PROCESSAMENTO DIGITAL DE SINAIS

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PROCESSAMENTO DIGITAL DE SINAIS
Evaldo Gonçalves PelaesAldebaro
Klautau Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Elétrica - PPGEE Universidade Federal do Pará -
UFPA Tel [phone] Email pelaes,
aldebaro_at_ufpa.br
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Esboço do Curso

• Introdução ao Processamento Digital de Sinais
• Sinais e Sistemas Discretos no Tempo
• Transformada Z
• Amostragem de Sinais Contínuos no Tempo
• Análise de sistemas LTI no Domínio Transformado
• Análise de Estruturas de Sistemas Discretos no
• Tempo. Filtros FIR e IIR.
• Transformada de Fourier Discreta (DFT)

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Bibliografia

• Oppenheim, A. V. Schafer, R. W. , Discrete
  -Time Signal
• Processing, Prentice-Hall, 2rd edition, 1998.
• Oppenheim, A., A. S. Willsky, Signal and
  Systems,
• Prentice-Hall, 2rd edition, 1997.
• Mitra, S. K.,Digital Signal Processing A
  Ccomputer-Based Aproach, McGraw-Hill, 2rd
  edition, 2001.
• Mitra, S. K.,Digital Signal Processing
  Laboratory Using Matlab, McGraw-Hill, 1999.

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Perspectiva Histórica de PDS
Fast Fourier Transform (FFT)
Processamento de sinais com computadores com
sistemas analógico digital
Micro-eletrônica com Tecnologia VLSI
Métodos numéricos
Tecnologia IC chips DSP
Cálculos
1600s 1700s 1950s
1965 1980s Futuro
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Sinais Analógicos

• Historicamente (antes dos computadores e
  processadores digitais), a Engenharia Elétrica
  lidava principalmente com sinais contínuos no
  tempo ou contínuos no espaço.
• Tipos de Sinais Contínuos
• Sinais contínuos no tempo definidos para
  qualquer instante de tempo sobre um domínio ou
  intervalo contínuo, ou ainda uma união de
  intervalos.
• Sinais de amplitude contínua assumem qualquer
  valor de uma região contínua, um número
  incontável de possíveis valores.
• Sinais Analógicos Ambos, contínuo no tempo e
  contínuo em amplitude.

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Sinais Digitais

• Após a invenção de computadores e processadores
  digitais, os sinais discretos, em amplitude e
  tempo, passaram a ter grande interesse na
  Engenharia Elétrica.
• Tipos de Sinais Discretos
• Sinais Discretos no Tempo Assumem somente
  valores contidos em um conjunto de pontos
  contáveis sobre uma linha real e esses instantes
  de tempo são igualmente espaçados.
• Sinais Discretos em Amplitude Assumem valores
  dentre um conjunto de valores reais, discretos,
  contáveis e finitos.
• Sinais Digitais - Ambos Discretos no tempo e
  discretos em amplitude.

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Exemplo de sinais a) Contínuo no tempo b)
Sequências de amostras obtidas para T 125 ?s
Sinal discreto no tempo
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• Processamento Digital de Sinais Processamento ou
  manipulação de sinais usando técnicas digitais

Processamento Digital
Sinal de entrada
Sinal de Saída
A/D
D/A
ConversorDigital Analógico
Conversor AnalógicoDigital
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Objetivo do Processamento de Sinais

• Modificar a apresentação de um sinal para
• - Facilitar a supressão de alguma componente.
  Ex. redução
• de ruído.
• - Realçar alguma componente. Ex. imagens
  médicas.
• - Extrair ou isolar alguma informação.
• - Permitir a implementação de sistemas em
  software.
• - Armazenar e transmitir imagens utilizando
  métodos de codificação e compressão para a
  redução do tamanho de um arquivos, etc.

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Processamento Digital de Sinais
Aplicações Jogos de diversão, Telecomunicações,
Medicina, Processamento de Vídeo, voz, etc.
Conteúdo Representação, Transformação Manipulação
Abrangências Teoria, Aplicações, Tecnologias
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Onde é usado PDS?

• E muito
  mais!

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Processamento de Voz

• Codificação/compressão de Voz
• Síntese de voz
• Reconhecimento de voz

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Codificação de voz
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Sistema de Reconhecimento de Fala
pronúncia
Modelos de fenenas
Semântica
Extração de características
Reconhecimento de fenemas
Reconhecimento de sentença
Reconhecimento de palavras
Sinal de voz
Decisão
Diálogo
Sintax
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Digital Audio

• CD de música padrão
• Taxa de amostragem 44.1 kHz
• 16-bits/amostra
• 2 canais stereo
• Transferencia de dados 2?16?44,100 1.4
  Mbits/s
• 1 hora de música 1.4?3,600 635 MB

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Codificação de Áudio

• Padrões
• MPEG Camadas I, II, e III (MP3) AAC.
• Usado em DAB, DVD.
• Dolby AC3, Dolby Digital, Dolby Surround.
• Taxa típica de bits para 2 canais stereo
• 64kbits/s a 384 kbits/s.

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Codificação de Áudio

• Típico 3/2 multicanal stereo (configuração)

• Left, Right, Centre,
• Left Surround, Right Surround,
• .

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Imagem/Vídeo

• Codificação de imagem parada
• JPEG (Joint Photographic Experts Group)
• Baseado na DCT (Discrete Cosine Transform)
• JPEG2000 Baseado na Transformada Wavelet
• Codificação de Vídeo
• MPEG (Moving Pictures Experts Group)
• Baseado na DCT
• Predição interframe e intraframe
• Estimação e compensação de movimento.
• Aplicações TV digital, DVD, etc.

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JPEG Exemplo
Original
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Contraste Detecção de bordas Imagem
distorcida
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Realce de Imagens Filtragem high-boost
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Porque o processamento de sinais?

• Versátil é fácil de programar e reprogramar.
• Alta precisão Pode-se especificar a precisão
  desejada, bastando para isso um algoritmo
  apropriado.
• Custo sistemas digitais são pequenos, baratos e
  consomem pouca energia.
• Velocidade limitada pela taxa do clock, e a cada
  dia tem-se buscado velocidades cada vez maior.

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Sinal analógico x digital

• O processamento de sinais analógicos são
  limitados somente pela
• Velocidade dos elétrons (sistemas elétricos ou
  circuitos)
• A velocidade de fótons (sistemas ópticos) e são
  efetivamente instantâneos.
• Interpretação de sinais digitais
• Podem ser amostrados a partir de um sinal
  contínuo (A/D). (Teorema da amostragem)
• Podem ser armazenados como sequência de números,
  permitindo o uso de poderosas ferramentas
  matemáticas.