Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
Procesamiento Digital de Señales	Ingeniería Electrónica	OrdC.D.Nº019/12	2016	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
CATUOGNO, GUILLERMO RICARDO	Prof. Responsable	P.Adj Exc	40 Hs
ACOSTA, GUILLERMO LUIS	Auxiliar de Práctico	JTP Semi	20 Hs
HIDALGO, GABRIEL EDUARDO	Auxiliar de Práctico	A.1ra Semi	20 Hs

Es de conocimiento general la importancia y el uso actual de los sistemas digitales en todas las ramas tecnológicas: sistemas de control directos e inalámbricos; procesamiento de datos; señales de audio, subsónicas y ultrasónicas; procesamiento de imágenes de fotos, de videos, de visión artificial, médicas, astronómicas, militares, sismológicas, etc.; sonar y radar; monitoreo de procesos físicos, químicos y biológicos; casi todas las áreas de la comunicación; medios de transporte;aparatos domésticos, etc.

En todos los casos es necesario procesar señales en modo digital, para modificar sus características de acuerdo con determinados parámetros y condiciones, mezclarlas, filtrarlas, almacenarlas, etc.

En el proceso de señales digitales se emplean diversos dispositivos de lógica programada: computadora, PLC (Controlador Lógico Programable), FPGA (Field Programmable Gate Array), microprocesadores, microcontroladores y en especial el DSC (Digital Signal Controller).

Actualmente un DSP ya ha dejado de ser un sistema digital de uso muy exclusivo y se lo encuentra formando parte fundamental de muchos equipos: teléfonos celulares, Variadores de frecuencia para el control de velocidad de motores eléctricos, sistemas electrónicos de ignición y control de automóviles, etc.

Todas estas razones hacen el conocimiento del procesamiento digital de señales sea de enorme importancia para el ingeniero electrónico electricista.

El estudiante que apruebe la materia deberá estar capacitado para:

a) Poder analizar dispositivos y sistemas de cualquier rama de la ingeniería donde es necesario procesar señales digitales.

b) Diseñar e implementar sistemas y equipos donde se deben procesar señales digitales.

Unidad 1: Introducción al DSP. Historia: Campos de aplicación. Características de un DSP: instrucciones y direccionamientos especiales, operaciones por hardware, memorias de banda ancha. Arquitectura típica de un DSP. Su unidad lógico-aritmética. Diferencias con las arquitecturas convencionales. DSP de alto rendimiento. Ejemplos de aplicaciones con DSP.


Unidad 2: Adquisición de señales. Introducción. Estructura de un sistema de adquisición de datos. Conversores análogo digitales y digitales analógicos. Tipos y características de CAD para el procesamiento digital de señales. Cuantificación y codificación. Errores en los convertidores A/D. La etapa de acondicionamiento de señal. El muestreo de la señal. Teorema del muestreo o de Nyquist. El aliasing. Filtrados y otros conceptos necesarios para la adquisición de señales.


Unidad 3: Transformadas para el proceso matemático de señales digitales. Definiciones, características y campos de aplicación. Transformada Z. transformada de Fourier discreta. Transformada rápida de Fourier. Transformada del coseno discreta. transformada wavelet.


Unidad 4: Análisis de sistemas discretos. Señales continuas y discretas. Representaciones gráficas y relaciones matemáticas. Desplazamientos en el tiempo. Propiedades. Representación de sistemas discretos mediante diagramas en bloque. Clasificación de los sistemas discretos: dinámicos y estáticos, causales y anticausales, lineales y no lineales, estables e inestables. Sistemas lit. Interconexión de sistemas discretos. Ecuación de definición de un sistema discreto.


Unidad 5: La transformada Z en los sistemas LIT (lineal e invariante en el tiempo). Definición y región de convergencia. Transformada Z de funciones singulares, exponenciales, armónicas. Diferenciación. Antitransformación: por fórmula de inversión, por transformación directa, por serie de potencias, por fracciones parciales. Teorema del desplazamiento. Transformada Z de señales causales, anticausales y bilaterales. Propiedades de la F(Z).


Unidad 6: Respuesta impulsional de los sistemas discretos. Descomposición de funciones continuas en impulsos. Convolución discreta. Propiedades. Convolución discreta en el dominio Z. Análisis de sistemas por el método de la convolución. Ejemplos y aplicaciones.


Unidad 7: Función de transferencia de un sistema discreto. Análisis de función de transferencia de sistemas discretos. Teorema del valor inicial. Desplazamiento temporal con condiciones iniciales no nulas. Respuesta impulsional. Sistemas recurrentes (FIR) y no recurrentes (IIR). Estabilidad. Respuesta en frecuencia: frecuencia digital, respuesta frecuencial, respuesta de amplitud y característica de fase. Constelación de polos y ceros. Analisis de respuestas frecuenciales de filtros discretos.


Unidad 8: El filtro digital. Características. Análisis en bloque de un filtro digital. Tipos de filtro: pasa bajos, pasa altos, pasa banda, suprime banda, multibanda, pasa todo. Filtros de acuerdo al tipo de respuesta impulsional: FIR (finite impulse response), IIR (infinite impulse response), TIIR (truncated impulse response). Características de la función de transferencia. Representaciones mediante diagramas en bloque. Estructuras de filtros: cascada, paralelo, celosía (lattice). Diseño de filtros FIR e IIR. Método de la transformada bililineal. Efecto de combatura (warping effect). Procedimiento de diseño: precombado, normalización de frecuencias, reducción a pasa bajos por normalización de frecuencias, obtención de la función analógica prebombeada, desnormalización, obtención de la función digital H(Z) y antitransformación para obtener el filtro digital. Ejemplos de cálculo de filtros digitales.


Unidad 9: Procesamiento digital de señales de audio y voz. Introducción, características y aplicaciones. Características de sonido que se procesan en modo digital. Dinámica: normalización, modificación de la amplitud, compresión, limitación, expansión, etc. Transformaciones tímbricas basadas en retardos y transformaciones en la estructura de los sonidos. Filtrado. Muestro y aliasing de señales de audio, estándares de frecuencias de muestreo. Relación entre ruido de digitalización y resolución. Características de la relación señal ruido según aplicaciones.


Unidad 10: Ejemplos de hardware que hacen uso de los DSP para el procesamiento de señales de audio: divisores de frecuencia digitales para bafles y subwoofer, parlantes y micrófonos inalámbricos, sintetizadores de sonido y voz, cámaras de reverberación y eco, etc. Códec de audio. Definición. Parámetros que caracterizan un códec de audio: número de canales, frecuencia de muestreo, número de bits por muestra y pérdidas. El bit rate. Definición, el bit rate variable. Características del bit rate en ficheros de audio y video.


Unidad 11: Introducción al procesamiento digital de imágenes. Fundamentos de la digitalización. Características de la digitalización de imágenes en escala de grises y color. Paletas de color. Dispositivos de captación. El sensor de imagen CCD (Charge-Coupled Device), características y tipos. Aplicaciones. Avances tecnológicos de los CCD. Proceso y almacenamiento de la imagen fotográfica y de video. Características que determinan la performance de una cámara digital. El proceso digital de imágenes en los sistemas de impresión domésticos, comerciales e industriales.

Resolución de problemas: Se entregará una guía semanal de trabajos prácticos con ejercicios correspondientes a los temas desarrollados en las clases teóricas.

Trabajo especial: Desarrollo de un trabajo práctico de laboratorio sobre algún tema relacionado con la materia y propuesto por la cátedra

Se accede a la condición de regular de la asignatura si se cumplen los siguientes requisitos:
Aprobar los exámenes parciales o sus correspondientes recuperaciones, con calificación superior o igual a 6 (seis), en una escala de 0 a 10.

Presentar y aprobar el informe sobre el trabajo especial.

Para aprobar la materia:
El estudiante será evaluado en un examen final, oral, sobre temas prácticos y teóricos que solicite la mesa examinadora.

Régimen de alumno libre:

Un alumno libre deberá rendir un examen escrito eliminatorio cuyos temas se basan en los trabajos prácticos de la asignatura.

Si aprueba esta instancia, el alumno será evaluado en un examen final oral sobre temas teóricos y prácticos que solicite la mesa examinadora.

[1] "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing" Autor: Steven Smith - Editorial McGraw-Hill.
[2] "Introducción al Procesamiento Digital de Señales" Autor: Juan Vignolo - Editorial Universidad Catolica de Valparaiso
[3] "Tratamiento Digital de Señales" Autor: Proakis Manolakis - Editorial Prentice Hall

[1] "Datasheet dsPIC 4011" Autor: Microchip
[2] "Digital Signal Processing Using MATLAB" 3rd Edition. Proakis - Ingles

El alumno debe poder demostrar destreza en la manipulación de señales analógicas, y su conversión a digital, para su posterior tratamiento con software o hardware.

Entender el funcionamiento y diseños un filtros digitales.

Ademas debe poder plantear soluciones en el area del procesamiento digital de señales.

Introducción al DSP. Características generales de hardware y software de los DSP. Ejemplos reales de uso de los DSP.
Señales empleadas en DSP: Función impulso, escalón, etc. Ejemplos prácticos.
Características sobre la adquisición de señales de un DSP.
Conversión analógica digital y digital analógica. Ejemplos prácticos.
Los sistemas discretos. Características, clasificación, propiedades.
Operaciones con sistemas discretos. Ejemplos prácticos.
Representación de sistemas discretos mediante diagramas en bloques. Interconexión de sistemas discretos.
La transformada Z. Definición, propiedades, operaciones de transformación y antitransformación. Ejemplos prácticos.
Transformada de Fourier discreta. Transformada rápida de Fourier.
Convolución. Introducción, definiciones. Operaciones de convolución en el dominio Z. Ejemplos prácticos.
La función de transferencia en los sistemas discretos. Ejemplos prácticos.
El filtro digital. Características sobre filtros recurrentes (IIR) y no recurrentes (FIR).
El procesamiento digital de audio.
El procesamiento digital de imágenes.