1.introdução sinais e sistemas
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Sinais e sistemasTRANSCRIPT
Sinais e Sistemas(Introdução)
Tsang Ing Ren - [email protected] - Universidade Federal de Pernambuco
CIn - Centro de Informática
Baseadas no material do Prof. Aluizio Fausto Ribeiro Araújo
Tópicos
• Objetivos
• Conteúdo
• Referências
• Avaliação
• Estrutura de Apoio
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Objetivos
• Principal Objetivo– Tratamento abrangente de sistemas e sinais lineares em nível
introdutório, compreendendo:
• Fermentas para modelagem, análise e projeto de sistemaslineares contínuos e discretos;
• Ferramentas para modelagem, análise e processamento de
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• Ferramentas para modelagem, análise e processamento desinais lineares contínuos e discretos.
• Objetivos Secundários– Fundamentar estudante para conjunto de disciplinas que lidam
sinais e sistemas, tais como, processamento de sinais,princípios de comunicação, sistemas de controle, circuitoselétricos, robótica, etc.
Conteúdo
• Revisão Matemática
• Introdução a Sinais e Sistemas (Capítulo 1)
• Análise de Domínio do Tempo de Sistemas em Tempo Contínuos (Capítulo 2)
• Análise de Domínio do Tempo de Sistemas em Tempo Discreto (Capítulo 3)
• Análise de Sistemas em Tempo Contínuo Usando a Transformada de Laplace (Capítulo 4)
• Análise de Sistemas em Tempo Discreto Usando a Transformada Z (Capítulo 5)
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• Análise de Sistemas em Tempo Discreto Usando a Transformada Z (Capítulo 5)
• Análise de Sinais no Tempo Contínuo: A Série de Fourier (Capítulo 6)
• Análise de Sinais no Tempo Contínuo: A Transformada de Fourier (Capítulo 7)
• Amostragem: A ponte entre Contínuo e Discreto (Capítulo 8)
• Análise Fourier de Sinais em Tempo Discreto (Capítulo 9)
• Filtros Contínuos no Tempo
• Filtros Digitais
Conteúdo Detalhado
• Revisão Matemática• Introdução a Sinais e Sistemas (Capítulo 1)
– Sinais– Classificação de Sinais– Alguns Modelos Úteis de Sinais– Sistemas– Classificação de Sistemas– Modelos de Sistemas: Descrição Entrada-Saída
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– Modelos de Sistemas: Descrição Entrada-Saída
• Análise de Domínio do Tempo de Sistemas em Tempo Contínuos (Capítulo 2)– Resposta do Sistema a Condições Internas– Resposta do Sistema à Entrada Externa– Estabilidade do Sistema– Comportamento de Sistemas
Conteúdo Detalhado
• Análise de Domínio do Tempo de Sistemas em Tempo Discreto (Capítulo 3)– Modelos Úteis com Sinais– Exemplos de Sistemas em Tempo Discreto– Resposta do Sistema a Condições Internas– Resposta do Sistema à Entrada Externa– Estabilidade do Sistema
• Análise de Sistemas em Tempo Contínuo Usando a Transformada de Laplace
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• Análise de Sistemas em Tempo Contínuo Usando a Transformada de Laplace (Capítulo 4)– Transformada de Laplace– Realização de Sistemas
Conteúdo Detalhado
• Análise de Sistemas em Tempo Discreto Usando a Transformada Z (Capítulo 5)– A Transformada Z– Algumas propriedades da Tranformada Z
• Análise de Sinais no Tempo Contínuo: A Série de Fourier (Capítulo 6)– Representação de Sinais Periódicos pela Série Trigonométrica de Fourier– Existência e Convergência da Série de Fourier
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– Existência e Convergência da Série de Fourier– Série Exponencial de Fourier– Resposta do Sistema LCIT a Entradas Periódicas
Conteúdo Detalhado
• Análise de Sinais no Tempo Contínuo: A Transformada de Fourier (Capítulo 7)– Representação de Sinais não Periódicos pela Integral de Fourier– Propriedades da Transformada de Fourier– Transmissão de Sinal Através de Sistemas LCIT
• Amostragem: A ponte entre Contínuo e Discreto (Capítulo 8)– Teorema da Amostragem
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– Teorema da Amostragem– Reconstrução do Sinal
• Aplicações
Referências
• Livro texto
– Lathi, B. P. (2007). Sinais e Sistemas. Artmed Editora, Bookman;segunda edição.
• Livros para consulta
– Roberts, M. J. (2009). Fundamentos em Sinais e Sistemas. McGrawHill.
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Avaliação
• Avaliações
– Prova 1
– Prova 2
– Projeto = Apresentação (30%) + Implentação (30%) + Relatório (30%) + Presença (10%)
• Nota = Prova 1 (35%) + Prova 2 (35%) + Projeto (30%)
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Monitores
• Danilo Laurindo Souza de Araujo• José Ivson Soares da Silva• Diego Fernando Ferreira de Araujo• Hector Pinheiro
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Estrutura de Apoio
• Página (~\es413)
– Transparências;
– Links interessantes.
• Monitoria
– Horários para exercícios e dúvidas (ver site da disciplina);
– Exercícios em sala de aula;
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– Exercícios em sala de aula;
• Programas para praticar
– Scilab (http://www.scilab.org/)
– Matlab (http://www.mathworks.com/)
Perfil Processamento de Sinais
Universidade Federal de Pernambuco – UFPECentro de Informática - CIn
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• Processamento de Sinais - consiste na análise e/oumodificação de sinais de forma a extrair informações dosmesmos e/ou torná-los mais apropriados para alguma aplicaçãoespecífica. O processamento de sinais pode ser feito de formaanalógica ou digital.
• Sinais – é um conjuntos de dados ou informações, umaquantidade variável no tempo ou espaço. Ex: movimento, som,
O que é Processamento de Sinais
quantidade variável no tempo ou espaço. Ex: movimento, som,videos, imagens…
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ADC DACDigital Signal
Processor
Analogue to Digital Converte
r
Digital to Analogue Converte
r
Input Signal
Output
Signal
Perfil Curricular
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Perfil de Processamento de Sinais
Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação, Sinais e Sistemas, Circuits, Eletrônica, Comunicação Digital
ProcessamentoGráfico
ProcessamentoDigital de Sinais
Análise de Imagens eVisão Computacional
Análise de Voz e Vídeo
ProcessamentoDe Imagens
Comunicação sem Fio 2
Simulação Estocásticapara comunicação
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Tópicos Avançados em Sinais
Trabalho de Graduação Iniciação CientificaSeminário em Sinais
Projeto de Monitoria
Cursos
• Sinais e Sistemas• Eletromagnetismo• Servomecanismo• Princípios de Comunicação• Processamento Digital de Sinais• Processamento de Imagens• Análise de imagens e Visão computacional• Análise de Voz e Vídeo• Comunicações Digital• Processamento de Voz• …
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• Processamento de Sinais Analogico• Processamento de Sinais Digitais – DSP, FPGAs, ASICs • Processamento e Reconhecimento de Imagens• Processamento e Reconhecimento de Voz• Processamento de Sinais Biomédico• Processamento de Video e Audio
Áreas
• Processamento de Video e Audio• ….
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0.2
0.3
Vo
lta
ge
[V
]
0.1
0.2
0.3
Vo
lta
ge
[V
]
Continuous functionContinuous function V of continuouscontinuous variable t (time, space etc) : V(t).
AnalogDiscrete functionDiscrete function Vk of discretediscrete sampling variable tk, with k = integer: Vk = V(tk).
Digital
19
-0.2
-0.1
0
0.1
0 2 4 6 8 10
time [ms]
Vo
lta
ge
[V
]
-0.2
-0.1
0
0.1
0 2 4 6 8 10sampling time, tk [ms]
Vo
lta
ge
[V
]
ts
Uniform (periodic) sampling. Sampling frequency fS = 1/ tS
Processamento Digital de Sinal (DSP)
• Mais Flexivel.
• Na maiora das vezes mais fácil de upgrade.
VantagensVantagens
• A/D & velocidade de procesamento de sinal: Sinais de Banda-larga ainda são
LimitaçõesLimitações
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upgrade.
• Dados são facilmente armazenados.
• Melhor controle nos requerimento da presisão.
• Reproduzível.
de Banda-larga ainda são dificieis de ser tratados nos sistemas de tempo real.
• Efeito de palavras finito.
Onde é usado
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Processamento de Voz
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• Codificação/Compressão • Sintese• Reconhecimento
Propriedades da Voz
The blue--- s---p--o---------t i-s--on--the-- k--ey a---g--ai----n-----
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The blue--- s---p--o---------t i-s--on--the-- k--ey a---g--ai----n------
“k” in “key”
Propriedades da Voz
“ee” in “key”“o” in “spot”“oo” in “blue” “e” in “again”
Vogais
•Quasi-periódico
•Potência do sinal relativavemente alta
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“s” in “spot” “k” in “key”
Consoantes
•Potência do sinal relativavemente alta
•Não-periódico (randomico)
•Potência do sinal relativamente baixa
Codificação do Sinal
MSC
TRAU
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BTS
BSC
MSC64 kbits/s
13 kbits/s
22.8 kbits/s
Original Speech
Analysis:• Voiced/Unvoiced
decision• Pitch Period (voiced
only)• Signal power (Gain)
Encoder
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G
Pulse Train
Vocal TractModel
V/U
Synthesized Speech
Decoder
• Signal power (Gain)
Signal PowerPitch
Period
LPC-10:
Text-to-speech
To be ornot to bethat is thequestion
Textnormalizatio
nexpandsabbreviations
Parsing Pronunciation
Tu bee awrnawt tu beedhat iz dhekwestchun
semantic &syntactic ‘parts
phonetic descriptionof each word, dictionary
phonetic formInputtext
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abbreviationsdates, times,money..etc
Prosodyrules
syntactic ‘partsof speech’ analysis of text
of each word, dictionarywith letter-to-sound rules as a back up
Waveformgeneration
Synthesized speech
Apply wordstress, durationand pitch
Phonetic-to-acoustictransformation
Reconhecimento de Voz
Feature Phoneme
Phonememodels
SentenceWord
Wordpronunciation
Semanticknowledge
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Featureextractionspeech Phoneme
recognitionSentence
recognitionWord
recognition decision
Syntacticknowledge
Dialogueknowledge
Imagens e Videos
29
30
31
32
33
34
−−−−
−
−
≈
)1,1()1,1()0,1(
)1,1()1,1()0,1(
)1,0()1,0()0,0(
),(
NMfMfMf
Nfff
Nfff
yxf
L
MM
L
L
35
36
Ruído sinoidal
Espectro de FourierButterworth
Filtro rejeita banda
37
Espectro de Fourier Filtro rejeita banda
Imagem finalFiltro banda rejeitaImagem com ruído
Reconhecimento de caracteres
38
39
Reconhecimento de Face
Reconhecimento de
Reconhecimento de Assinaturas
Reconhecimento de Caracteres
Reconhecimento de Manuscritos
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Reconhecimento de Impressão Digital
Reconhecimento de Cheiro
Reconhecimento de Voz
Análise de Crédito
Mineração de Dados
Driving
Síntese de VozÍris
Retina
Perfil VLSI/DSP
Infra-estrutura de Software, Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação,Eletrônica, Circuitos, Comunicação Digital, Física para Engenharia da Computação
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Prototipação deCircuitos Integrados
Processamento devoz
ProcessamentoDigital de Sinais
Processamento De imagem
Circuitos Integrados 1
Tópicos Avançados em VLSI
Trabalho de Graduação Iniciação CientificaSeminário em VLSI
Iniciação à Monitoria
CircuitosIntegrados 2
MedidasEletromagnéticas
InterferênciaEletromagnética
SistemasDistribuídos
Projeto de SWDistribuído
Perfil Robótica
Análise de Imagense Visão Computacional
Sinais e Sistemas
ProcessamentoGráfico
Mecânica Dinâmica e Manipulação
Engenharia de Sistemas Embutidos
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Engenharia de Conhecimentoe SistemasEspecialistas
AgentesAutônomos
Aprendizagem de Máquina
e Visão Computacional
Robótica
AutomaçãoInteligente
Projeto de Mecatrónicae Robótica
SistemasInteligentes
Gráfico
Otimização
Percepção Computacional e Reconhecimento
de Padrões
Sistemas deTempo Real
Transdutores
Microcontroladores
Perfil Biotecnologia
Infra-estrutura de Software, Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação,Eletrônica, Circuitos, Comunicação Digital, Física para Engenharia da Computação
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Planejamento e Gerenciamento de
Projetos
Bioquímica dosSistemas vivos
Telesaúde
Aquisição de sinais biológicos
Trabalho de Graduação Iniciação CientificaSeminário em Engenharia da Computação
Projeto deMonitoria
Instrumentação
Protocolos deComunicação
Automação hospitalar
Análise de Imagense Visão Computacional