PROCESSAMENTO DIGITAL DE
SINAIS
Evaldo Gonçalves Pelaes
Aldebaro Klautau
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Elétrica - PPGEE
Universidade Federal do Pará - UFPA
Tel: (091) 3181-1634
Email: {pelaes, aldebaro}@ufpa.br
Esboço do Curso
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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)
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 CcomputerBased Aproach”, McGraw-Hill, 2rd edition, 2001.
• Mitra, S. K.,“Digital Signal Processing Laboratory Using
Matlab”, McGraw-Hill, 1999.
Perspectiva Histórica de PDS
Fast Fourier Transform
(FFT)
Processamento de sinais com
Micro-eletrônica
computadores com sistemas
com Tecnologia VLSI
analógico & digital
Métodos numéricos
Tecnologia IC
chips DSP
Cálculos
1600’s
1700’s
1950’s
1965
1980’s
Futuro
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.
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.
Exemplo de sinais: a) Contínuo no tempo
b) Sequências de amostras obtidas para T = 125 s
Sinal discreto no tempo

Sinal de
entrada
Processamento Digital de Sinais
Processamento ou manipulação de sinais
usando técnicas digitais
A/D
Conversor
Analógico
Digital
Processamento
Digital
D/A
Conversor
Digital
Analógico
Sinal de
Saída
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.

Processamento Digital de Sinais
Aplicações
Jogos de diversão,
Telecomunicações, Medicina,
Processamento de Vídeo, voz,
etc.
Abrangências
Conteúdo
Teoria, Aplicações,
Tecnologias
Representação, Transformação
Manipulação
Onde é usado PDS?
…E muito mais!
Processamento de Voz
Codificação/compressão de Voz
 Síntese de voz
 Reconhecimento de voz

Codificação de voz
TRAU
MSC
64 kbits/s
22.8 kbits/s
BSC
13 kbits/s
BTS
Sistema de Reconhecimento de Fala
Modelos
de fenenas
Extração de
características
Reconhecimento
de fenemas
pronúncia
Semântica
Reconhecimento
de palavras
Sinal de
voz
Reconhecimento
de sentença
Decisão
Sintax
Diálogo
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
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.
Codificação de Áudio
• Típico 3/2 multicanal stereo (configuração)
Right
Surround
Right
Centre
Left
– Left, Right, Centre,
– Left Surround, Right Surround,
.
Surround
Left
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.
JPEG: Exemplo
Original
JPEG (4:1)
JPEG (100:1)
Contraste
Detecção de bordas
Imagem distorcida
Realce de Imagens
Filtragem high-boost
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.
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.