Presentacion PDS 1

8/17/2019 Presentacion PDS 1

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Maestría en Ingeniería Electrónica

Procesamiento Digital de Señales

Primavera 2016

M. C. José Francisco Portillo Robledo


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Perspectiva Histórica


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• Antes del 3000 A. C. Los egipcios desarrollan un lenguaje pictorico

• 800 D. C. Los árabes adoptan el sistema numérico de la

India

• 1440 Gutemberg inventa los tipos de metal móviles

• 1752 Benjamín Franklin muestra que los relámpagos son electricidad

• 1827 George Simon Ohm formula su ley (V=IR)

• 1834 Gauss y Weber construyen el telégrafo electromagnético


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• 1838 Cook y Wheatstone construyen el telégrafo

• 1844 Samuel Morse muestra una línea telegráfica entre

Baltimore y Washington


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• 1850 Gustave Robert Kirchhoff publica sus leyes de

circuitos

• 1858 Es tendido el primer cable trasatlántico, el cual falla

después de 26 días


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• 1864 James Clerck Maxwell predice la radiación

electromagnética• 1871 Se organiza la sociedad de ingenieros telegráficos en

Londres

• 1876 Alejandro Gram. Bell desarrolla y patenta el teléfono


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• 1883 Thomas A.Edison descubre el flujo de

electrones en el vacío, efecto

Edison, base del tubo de

electrones

• 1884 Se funda el Instituto

Americano de Ingenieros

Eléctricos (AIEE)

• 1887 Heinrich Hertz verifica lasleyes de Maxwell


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• 1889 El Instituto de

Ingenieros Eléctricos (IEE)

forma la sociedad de

Ingenieros telegráficos enLondres

•

1894 Oliver Lodge demuestra

la comunicación inalámbrica

sobre una distancia de 150yardas

• 1900 Guillermo Marconi

transmite la primera señal

trasatlántica inhalámbrica


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• 1905 Reginald Fessenden transmite voz y música por

radio

• 1906 Lee deForest inventa el tubo de vacío triodoamplificador


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• 1912 Se crea el Instituto deRadioingenieros (IRE) en E. U

• 1915 Bell System completauna línea intercontinental en E.U

• 1918 Edwin Armstrong

inventa el circuito receptorsuperheterodino

• 1920 KDKA de Pittsburg primera estación deradiodofusión

• Carson aplica el muestreo en lascomunicaciones


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• 1923 Vladimir Zworkykin idea el tubo iconoscopio

• 1926 J. L. Baird y C. F Jenkins demuestran la televisión

• 1927 Harold Black desarrolla el amplificador con

retroalimentación negativa


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• 1928 P. T. Farnsworth demuestra el primer sistema de

televisión totalmente electrónico


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• 1931 Se inicia el servicio de teletipo

• 1933 Edwin Armstrong inventa la FM

• 1934 Se crea la Federal Communication Comisión (FCC)

• 1935 Robert Watson-Watt desarrolla el primer radar práctico

• 1936 La British Broadcasting Corporation (BBC) comienza latransmission de televisión

• 1937 Alex Reeves concibe la modulación de codigo por pulsos (PCM)


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• 1941 John V. Atanasoff inventa la computadora en la Universidad

Estatal de Iowa

• 1945 La computadora digital ENIAC se desarrolla en la Universidadde Pensylvania por John M. Mauchly


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EDVAC ORDVAC


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Procesamiento de datos


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BRLESC I


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BRLESC I


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BRLESC II (Ballistic Research Laboratory'sElectronic Scientific Computer)


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• 1947 WalterH. Brattain,

John Bardeen

y WilliamShockley idean

el transistor en

los

Laboratorios

Bell


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Primertransistor,

pnp de punto

de contacto.Amplificador

de ganancia

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• 1947 Steve O. Rice desarrolla la representaciónestadística del ruido

• 1948 Claude E. Shanon publica su trabajo sobreteoría de Información.

• 1950 Se aplica el multiplexado por división detiempo en telefonía

• 1950s Se desarrollan los enlaces decomunicaciones y la telefonía de microondas

• 1953 El sistema NTSC de TV a color esintroducido en E. U

• 1953 Se tiende el primer cable telefónicotrasatlántico con capacidad de 36 canales de voz


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• 1957 Es lanzado el primer satélite artificial, el

Sputnik, por la URSS


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• 1958 A. L.Schawlow y C. H.

Tornes publican los principios del Laser

• 1958 Robert Noyce de FairchildSemiconductor

produce el primer CIde Silicio

• 1958 JackKilby de TexasInstruments construye

el primer circuitointegrado (CI) deGermanio.


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• 1961 Se inician las radiotransmisiones de FM estéreo

• 1962 El primer satélite activo Telestar I, une señales deTV entre EU y Europa

• 1963 Bell System introduce la marcación telefónica portonos

• 1963 Surge la IEEE al unirse la AIEE y la IRE

• 1964 Se desarrollan los códigos de corrección de erroresy la ecualización adaptiva

• 1964 Se pone en servicio el switcheo electrónico en lossistemas telefónicos

• 1965 Se pone en servicio el primer satélite comercial decomunicaciones el “early bird”

• 1968 Se desarrollan los sistemas de TV por cable

• 1969 Se crea ARPANET, precursor de INTERNET


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1971 Intel Corporation desarrolla el primer microprocesador en un solo

CI, el 4004


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• 1972 Motorola demuestra el teléfono celular

a la FCC


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• 1990-presente Esta es la era de

– Procesamiento Digital de Señales con

Microprocesadores

– osciloscopios digitales


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•receptores sintonizados digitalmente

•sistemas spread spectrum


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– redes de servicios digitales integrados (ISDN)

– sistemas digitales de satélite


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– televisión de alta definición (HDTV)

– computadoras portátiles


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-Alto desarrollo de la tecnonolía VLSI


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– telefonía celular

• 1996 Se lanza la TV digital en E. U.


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1981—IBM introduces its first PC which features an Intel 8088


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1981 — IBM introduces its first PC, which features an Intel 8088microprocessor as the "brains" inside the computer.

1981 — Adam Osborne completes the first portable computer, theOsborne I, which weighs 24 pounds.

1983 — Microsoft releases Windows* and introduces a "low-cost"mouse at $195.

1983 — Time magazine names the computer "Machine of the Year."

1984 — Apple debuts the Macintosh*, which popularizes the graphical

user interface.

1984 — Hewlett-Packard markets the laserjet printer, which prints eight pages per minute.

1985 — Grolier's Electronic Encyclopedia* becomes available on CD-ROM.

1985 —Intel introduces the Intel386™ microprocessor and Compaq isthe first to ship a PC based on the chip.

1987 —IBM's PS/2 machine, with the Intel386™ microprocessor,makes the 3.5-inch floppy disk drive standard on IBM computers.


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•2001 — The PC turns 20 and the number of PCs sold worldwide

between 1981 and 2000 reaches 835 million.4

2001 — Apple launches the iPod* personal music player, which marks

a major turning point in the digital music revolution.6

2003 — Tom Anderson and Chris DeWolfe found MySpace.com, oneof the world's most popular online social networking services.

2003 — Intel introduces Intel® Centrino® mobile technology for

notebook PCs, enabling breakthrough mobile performance with built-in wireless connectivity to provide everything mobile lifestylesdemand.

2004 — Notebook PCs outsell TVs during the 2004 holiday season forthe first time.

2005 — Lenovo acquires IBM's PC division.

2006 —Intel launches Intel® Viiv™ technology, the company's premier brand for PCs designed for entertainment in the home toenjoy, share, manage, and control digital content — from photos andmusic to games and movies.


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• 2006 —Intel announces Intel® vPro™ technology, its forthcoming PC platform brand optimized for businesses. Intel vPro technology isIntel's premier platform for superior manageability, enhanced security,

and energy-efficient performance.

2006 —Intel launches the Intel® Core™2 Duo processor for drasticallyimproved performance and energy efficiency. The Intel Core 2 desktop

processors provide up to a 40 percent increase in performance and aremore than 40 percent more energy efficient versus Intel's previous best

processor.72006 — Intel estimates that there are close to one billion Internet-connected PCs worldwide. 1Pew Internet & American Life ProjectsOnline Music Report, September 2000


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ii) Introducción


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Areas relacionadas

• Teoría de comunicaciones

• Análisis numérico

• Probabilidad y estadística

• Procesamiento de señales analógicas

• Teoría de decisión

• Electrónica digital

• Electrónica analógica


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Aplicaciones por áreas

• Ciencias espaciales

– Enriquecimiento de imágenes

– Compresión de datos – Análisis inteligente con sensores a control

remoto

– Sistemas de comunicación


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• Médicas

– Imágenes de diagnóstico (CT, MRI,

ultrasonido) – Análisis y pruebas de diagnóstico

– Monitoreo de pacientes

– Análisis de electrocardiogramas – Almacenamiento y recuperación de imágenes


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• Comerciales

– Compresión de imágenes y sonido para

multimedia – Efectos especiales en cinematografía

– Videoconferencias

– Juegos – Música: grabación, reproducción mezclado

– Fotografía y video digital


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• Telefonía

– Compresión de voz y datos

– Reducción de eco – Multiplexado de señales

– Filtrado


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• Militares

– Radar

– Sonar – Sistemas guiados

– Detección de blancos

– Comunicaciones seguras-encriptado


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• Industriales

– Exploración petrolera y mineral

– Procesos de monitoreo y control – Pruebas no destructivas

– CAD y herramientas de diseño

– Control de motores


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• Científicas

– Análisis y registro de sismos y actividad

volcánica (Prevención de desastres) – Adquisición de datos

– Análisis espectral

– Simulación y modelado


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• Procesamiento de voz e imágenes

– Filtrado

– Codificación – Síntesis

– Realce

– Compresión


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Procesamiento de Señales

Señal: cualquier variable o cantidad que lleva algúntipo de información que puede ser tranformada omanipulada

Señales de interés: – voz

– biomédicas

– audio

– video, imágenes

– radar


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Procesamiento de señales analógicas

– tiempo continuo

– transformadas continuas (Fourier, Laplace) – filtros implementados en base a funciones

matemáticas: Butterworth, Chebyshev,

Elípticos

– filtros implementados: pasivos, activos, activos

sin L, capacitores conmutados

– circuitos aritméticos analógicos (sumadores,

multiplicadores)


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Procesamiento de señales de tiempo discreto(procesamiento digital de señales)

• tiempo discreto

• transformadas discretas (Fourier, Z)

• Filtros: IIR y FIR

• IIR: basados en un filtro prototipo analógico

y una transformación AD• FIR: basados en la aproximación a una

función de transferencia pasabajas ideal


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• Requieren circuitos aritméticos digitales:

sumadores, multiplicadores, registros,...

• Sistemas implementados:

– software: c, c++, matlab

– hardware: procesadores, DSP’s, FPGA´s

– software/hardware


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Ventajas del procesamiento digital

• Inmunidad al ruido

• Exactitud garantizada

• Reproducibilidad perfecta

• No dependencia de parámetros físicos (temp.)

• Gran flexibilidad (reprogramabilidad)

• El desarrollo de la tecnología los impactadirectamente

• Rendimiento superior


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Desventajas:

• Velocidad y costo

• Tiempo de diseño

• Longitud de palabra finita


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MATLAB - SIMULINK

• Entorno de computo y desarrollo de

aplicaciones

• Orientado para llevar a cabo proyectos• Indicado en donde se encuentren implicados

elevados cálculos matemáticos y la

visualización gráfica de los mismos


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Componentes básicos

• Lenguaje MATLAB

• Medio ambiente de trabajo

• Manejo de gráficos

• Biblioteca de funciones matemáticas

• Programa interfaz de aplicaciones


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• Elemento básico: matriz

• Permite resolver muchos problemas

técnicos• Usando una fracción del tiempo del usado

con C o Fortran

• Herramienta estándar en universidades (encursos introductorios y avanzados)


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Estándar de la industria, investigación y

docencia

Herramienta de investigación desarrollo yanálisis

Capacidades no superadas en computación y

visualización numérica.


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• Contiene familias de soluciones deaplicaciones específicas: Toolboxes

Los toolboxes:

• Colecciones de funciones (archivos-m)

• Extensiones hacia áreas y aplicaciones

específicas


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• Toolboxes cubren casi todas las áreas de la ingenieríay la simulación:

– procesamiento digital de señales

– comunicaciones

– procesamiento de imágenes

– wavelets – control robusto

– redes neuronales

– lógica difusa

– identificación de sistemas

– simulación de sistema dinámicos – estadística

– análisis financiero

– matemáticas simbólicas

– etc.


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Usos típicos:

• matemáticas y computación

• desarrollo de algoritmos• modelado, simulación y prototipos

• análisis, exploración y visualización de datos

• gráficos para ciencias e ingenierías• desarrollo de aplicaciones (GUI)

• permiten aprender y aplicar tecnología

especializada


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Origen

• MATLAB viene de "matrix laboratory"

(laboratorio matricial).

• Originalmente escrito para proveer accesofácil al software matricial desarrollado por

los proyectos LINPACK y EISPACK, que

juntos representan el estado del arte esoftware para computación matricial


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Importancia

• Ambiente de computación técnica

integrada, combina:

– cálculo matricial

– análisis numérico

– gráficos

– visualización avanzada

– lenguaje de programación de alto nivel.


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• Los problemas y sus soluciones son

expresados del mismo modo en que se

escribirían tradicionalmente, sin necesidadde hacer uso de la programación tradicional.


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• Permite a ingenieros y científicos:

– expresar sus ideas técnicas con simplicidad.

– pruebar y explorar ideas alternativas confacilidad

• Facilita producir resultados prácticos

fácilmente.


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En Procesamiento Digital de Señales

• Toolbox Signal

• Otros Archivos-m

• Blockset dspblks


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– crear un ambiente de análisis personalizado deseñales y desarrollo de algoritmos

– simulación y desarrollo de prototipos

– agregar Simulink y el DSP Blockset para modelar ysimular sistemas

– usar Real-Time Workshop para generar código C

para su hardware designado – usar System Generator junto con ise de Xilinx para

implementar sistemas en FPGAs

Presentacion PDS 1

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