Procesado Multimedia - ucam.edu · Dentro del procesado de estas señales, se estudiarán los...

hola

Universidad Católica San Antonio de Murcia – Tlf: (+34) 968 278 160 [email protected] – www.ucam.edu

Procesado Multimedia


1

Procesado Multimedia - Telf: (+34) 968 278825

Índice

Procesado Multimedia .........................................................................................................2

Breve descripción de la asignatura ...................................................................................2

Requisitos Previos ..............................................................................................................2

Objetivos ..............................................................................................................................3

Competencias ......................................................................................................................3

Metodología .........................................................................................................................5

Temario .................................................................................................................................6

Relación con otras materias ...............................................................................................8

Sistema de evaluación ........................................................................................................8

Bibliografía y fuentes de referencia ................................................................................. 10

Web relacionadas .............................................................................................................. 11

Recomendaciones para el estudio y la docencia ........................................................... 11

Material necesario ............................................................................................................. 12

Tutorías .............................................................................................................................. 12


2



Módulo: Especialidad.

Materia: Procesado Digital de Señal.

Carácter: Obligatoria.

Nº de créditos: 6.0 ECTS.

Unidad Temporal: 3er curso – 2º semestre

Profesor/a de la asignatura: Rafael Berenguer Vidal

Email: [email protected]

Horario de atención a los alumnos/as: jueves, de 10.30h a 11.30h

Profesor/a coordinador de módulo, materia o curso:

Coordinador del Módulo: Prof. Rafael Melendreras Ruiz

Coordinador del Curso Académico (3er Curso): Prof. Inmaculada Sanchis Borrás

Breve descripción de la asignatura

En esta asignatura se estudiarán en primer lugar los sistemas multimedia, analizando con detalle sus

características, requisitos y elementos constituyentes. Dentro de los sistemas multimedia, se

analizarán los elementos hardware que se utilizan en el procesamiento de las señales multimedia a

través de los terminales multimedia.

Posteriormente se realizará un repaso a la teoría de la señal en una y varias dimensiones para el

procesamiento discreto de señales. Estos conocimientos se aplicarán al procesado de señales

multimedia digitales. En concreto, se estudiará el procesado de señales unidimensionales, como son

las señales de audio, y señales multidimensionales como son las imágenes y vídeo en una y varias

vistas. Dentro del procesado de estas señales, se estudiarán los algoritmos de compresión para

señales de audio y vídeo.

Brief Description

The aim of this course is the study of multimedia signal processing algorithms. For this purpose,

multimedia systems will be studied in depth firstly, which implies the description of characteristics,

requirements and elements of these systems. The analysis of the requirements of hardware and

processing in multimedia devices will be also a key point of the subject.

Subsequently, a review of the signal processing theory for one- and multidimensional multimedia

discrete signals will be conducted. This theory will be applied to processing of one-dimensional

signals, such as audio and multidimensional ones, such as images and video. Within the processing

techniques, the audio and video compression algorithms will be analyzed and studied.

Requisitos Previos

Para la correcta asimilación de los contenidos de esta asignatura es muy importante haber adquirido

los conocimientos y competencias correspondientes a las asignaturas “Tratamiento digital de

Señales” y “Fundamentos de audio y vídeo”. Asimismo, es fundamental la posesión de las

mailto:[email protected]


3


competencias de las asignaturas del módulo de “Teoría de la Señal” así como del módulo de

“Fundamentos Matemáticos”. Por tanto, antes del inicio de esta asignatura, el alumno deberá

asegurarse la posesión de dichos conocimientos y competencias.

Objetivos

Los objetivos específicos de la asignatura son:

1. Análisis y caracterización de los requisitos y elementos de los sistemas multimedia según su

aplicación.

2. Caracterización de los elementos hardware de procesamiento en los sistemas multimedia, y

elección del procesamiento más adecuado en función de la aplicación y terminal a utilizar.

3. Definir el planteamiento teórico e implementación de los algoritmos de procesado de señal en una

y varias dimensionales.

4. Aplicación de la teoría de la señal en una y varias dimensiones para el procesamiento general y

compresión de señales de audio, vídeo y otras medias.

Competencias

Competencias específicas

E1. Capacidad para construir, explotar y gestionar las redes, servicios, procesos y aplicaciones de

telecomunicaciones, entendidas éstas como sistemas de captación, transporte, representación,

procesado, almacenamiento, gestión y presentación de información multimedia, desde el punto de

vista de los sistemas de transmisión.

E6. Capacidad para analizar, codificar, procesar y transmitir información multimedia empleando

técnicas de procesado analógico y digital de señal.

Resultados de aprendizaje

RA. Defender cuál es la mejor solución planteada en un problema, justificando las ventajas e

inconvenientes.

RA. Trabajar en grupo solucionando problemas relacionados con el tratamiento digital de la señal

para la transmisión de información.

RA. Comprender y determinar los mecanismos de codificación y procesamiento más apropiados

para la transmisión en redes para reducir anchos de banda (compresión de datos), aumentar la

privacidad (cifrado o encriptación) y aumentar la robustez del sistema (codificación para detección y

corrección de errores).

RA. Analizar y determinar las características de los sistemas multimedia.

RA. Comprender y diseñar los módulos, mecanismos y procesos que se utilizarán en los sistemas

multimedia.

RA. Determinar el impacto ambiental que genera las diferentes tecnologías multimedia (procesado,

displays, almacenamiento,..) y valorar el coste ambiental y económico que supone cada tecnología.


4


RA. Construir sistemas multimedia interactivos elementales.

RA. Comprender el proceso de conversión de los dominios analógicos a discretos y las

implicaciones que presenta dicha conversión.

RA. Conocer los fundamentos y procedimientos de procesado de la señal en el dominio discreto.

RA. Analizar las señales en el dominio del tiempo y dominio de la frecuencia.

RA. Analizar y determinar la solución más apropiada según las circunstancias para los problemas

relacionados con el procesado digital de la señal.

RA. Exponer y defender las soluciones propuestas a los problemas descritos anteriormente.

RA. Estimar la degradación que sufre la señal durante su transmisión y proponer sistemas para

detectar y reconstruir errores en la señal recibida.

RA. Determinar los procedimientos de procesado más apropiado para acondicionar las señales en

la transmisión de señales digitales en los diferentes redes y sistemas de comunicación.

RA. Determinar los procedimientos para el análisis de las diferentes medias en una señal

multimedia.

RA. Analizar y determinar las características de los sistemas discretos multidimensionales.

RA. Comprender el proceso de conversión de los dominios analógicos a discretos para señales

multidimensionales y las implicaciones que presenta dicha conversión.

RA. Conocer los fundamentos y procedimientos de procesado de la señal multidimensional en el

dominio discreto.

RA. Analizar las señales multidimensionales en el dominio del tiempo y dominio de la frecuencia.

RA. Analizar y determinar la solución más apropiada según las circunstancias para los problemas

relacionados con el procesado digital de la señal multidimensional y multimedia

RA. Defender cuál es la mejor solución planteada en un problema, justificando las ventajas e

inconvenientes.

RA. Trabajar en grupo solucionando problemas relacionados con el tratamiento digital de la señal

multidimensional y multimedia.

RA. Exponer y defender las soluciones propuestas a los problemas descritos anteriormente.

RA. Determinar los procedimientos de procesado más apropiado para la transmisión de señales

digitales multimedia (incluidas audio y vídeo) en redes y sistemas de comunicación.

RA. Estimar la degradación que sufre la señal multimedia durante su transmisión y proponer

sistemas para detectar y reconstruir errores en la señal recibida.


5


RA. Determinar los procedimientos de procesado más apropiado para acondicionar las señales

multimedia en la transmisión de señales digitales en los diferentes redes y sistemas de

comunicación.

RA. Determinar los procedimientos para el análisis de las diferentes medias en una señal

multimedia.

RA. Determinar los procedimientos de codificación, gestión y difusión más apropiados la

transmisión de señales multimedia en función de la aplicación, terminal y medio de transmisión.

Metodología

Metodología Horas Horas de trabajo

presencial

Horas de trabajo

no presencial

Clase teórica 24.2

60 horas (40 %)

Clases prácticas y

trabajo en grupo 13.3

Evaluación 4.5

Tutorías académicas 12.0

Estudio personal 37.5

90 horas (60 %) Preparación de trabajos

y ejercicios 45.0

Actividades de

aprendizaje virtual 7.5

TOTAL 150 60 90

Clase teórica: Exposición teórica por parte del profesor del temario de la asignatura en 24.2 horas.

Tendrán lugar en un aula de la Universidad.

Clases prácticas y trabajo en grupo: El alumno dedicará 20 horas a la realización de actividades

prácticas y de seminarios grupales, a efectuar en aula y en laboratorio.

Evaluación: El alumno empleará de 3.8 horas en la realización de exámenes presenciales. Se

realizará un examen parcial de la asignatura y un examen final de la misma, así como una prueba

tipo test a la finalización de cada tema. Se seguirán los criterios generales de evaluación de la

Universidad.

Tutorías académicas: El alumno empleará 12 horas en la asistencia a tutorías presenciales en las

que se abordarán aspectos concretos de los temas desarrollados.

Estudio personal: El alumno empleará 35 horas en el estudio del temario de la asignatura.

Preparación de trabajos y ejercicios: Las prácticas y ejercicios de la asignatura presentadas en

los seminarios y clases prácticas y trabajo en grupo requieren de 41.2 horas de trabajo no presencial

por parte del alumno.


6


Actividades de aprendizaje virtual: El alumno empleará 13.8 horas no presenciales en la

realización del trabajo en equipo.

Temario

Programa de la enseñanza teórica

UNIDAD DIDÁCTICA I: SISTEMAS MULTIMEDIA.

TEMA 1. COMUNICACIONES MULTIMEDIA.

1.1. Introducción

1.2. Modelo de comunicaciones multimedia

1.3. Historia

1.4. Elementos de los sistemas multimedia

1.5. Requisitos de usuario y de red

1.6. Terminales Multimedia

1.7. Mixed Reality (MR): R-AR-AV-VR

1.8. Requerimientos de codificación

1.9. Introducción a la compresión de datos

TEMA 2. PROCESADO MULTIMEDIA EN COMUNICACIONES.

2.1. Introducción

2.2. Media digital

2.3. Elementos del procesado de señal multimedia

2.4. Hardware de procesado en multimedia

2.5. Impacto medioambiental del hardware multimedia

UNIDAD DIDÁCTICA II: PROCESADO EN 1 DIMENSIÓN.

TEMA 3. PROCESADO DE SEÑAL EN TIEMPO DISCRETO.

3.1. Introducción

3.2. Señales y Sistemas en Tiempo Discreto


7


3.3. Muestreo de señales continuas

3.4. Transformada Discreta de Fourier (DFT)

TEMA 4. IMPLEMENTACIÓN Y DISEÑO DE FILTROS DIGITALES.

4.1. Introducción

4.2. Análisis y propiedades

4.3. Diseño de filtros

4.4. Introducción al filtrado adaptativo

TEMA 5. PROCESADO DE AUDIO EN SISTEMAS MULTIMEDIA.

5.1. Introducción

5.2. Características físicas del sonido

5.3. Formatos de audio digital

5.4. MIDI

5.5. Modelos psicoacústicos

5.6. Procedimientos básicos de muestreo-codificación

5.7. Procedimientos básicos de procesado de audio

5.8. Codificación por transformación y sub-banda

5.9. MPEG-Audio

UNIDAD DIDÁCTICA III: PROCESADO MULTIDIMENSIONAL.

TEMA 6. PROCESADO DE SEÑALES MULTIDIMENSIONALES DISCRETAS.

6.1. Introducción

6.2. Transformada de Fourier 2D

6.3. Filtrado 2D

6.4. Señales discretas multidimensionales

6.5. Procedimientos básicos de muestreo-codificación


8


TEMA 7. PROCESADO DE IMAGEN Y VÍDEO EN SISTEMAS MULTIMEDIA.

7.1. Introducción

7.2. Imágenes y gráficos

7.3. Obtención y codificación de imágenes

7.4. Algoritmos de tratamiento digital de imagen

7.5. Algoritmos de compresión de imágenes: JPEG

7.6. Algoritmos de compresión de imágenes: MPEG

Programa de la enseñanza práctica

Seminario 1 (1 hora). Tema 1: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y

conceptos presentados en el tema 1 de la asignatura.





Práctica 1 (2 horas). Diseño de filtros digitales. (Tema 4)

Práctica 2 (2 horas). Procesado de señal en 1 dimensión con MATLAB y Arduino. (Temas 3 y 4)

Práctica 3 (2 horas). Edición de audio con Matlab (Tema 5)

Práctica 4 (2 horas). Edición de imagen con Matlab (Temas 6 y 7)

Para la realización de las prácticas se hará uso de la instalación del software Matlab y el Signal

Processing Toolbox y DSP System Toolbox en los ordenadores de las API presenciales, y desde el

propio ordenador del alumno a través de la API Virtual (https://apiweb.ucam.edu/vpn/index.html).

Relación con otras materias

Tal y como se ha indicado en el apartado de Requisitos Previos, esta asignatura está relacionada

claramente con las asignaturas de “Tratamiento digital de señales” y “Fundamentos de Audio y

video”, así como con “Redes y servicios de comunicaciones II”, “Electroacústica”, “Desarrollo de

aplicaciones para TV Digital” y “Desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles”.

Sistema de evaluación

Convocatoria de Febrero/Junio/Septiembre:

- Parte teórica: 80% de la nota total.

- Parte práctica: 20% de la nota total.

https://apiweb.ucam.edu/vpn/index.html


9


El alumno superará la asignatura cuando la media ponderada sea igual o superior a 5 puntos y tenga

una nota de, al menos, 4 puntos en todas las partes que componen el sistema de evaluación cuya

ponderación global sea igual o superior al 20% en convocatoria oficial. Para eliminar materia en el

examen parcial de la asignatura que se hace a mitad de cuatrimestre, el alumno tiene que sacar una

nota igual o superior a 5 puntos.

Si el alumno tiene menos de un 4 en alguna de las partes cuya ponderación sea igual o superior al

20%, la asignatura estará suspensa y deberá recuperar esa/s parte/s en la siguiente convocatoria

dentro del mismo curso académico. La/s parte/s superada/s en convocatorias oficiales

(Febrero/Junio) se guardarán para las sucesivas convocatorias que se celebren en el mismo curso

académico.

En caso de que no se supere la asignatura en la Convocatoria de Septiembre, no contarán las partes

aprobadas para sucesivos cursos académicos.

El sistema de calificaciones (RD 1.125/2003. de 5 de septiembre) será el siguiente:

0-4,9 Suspenso (SS)

5,0-6,9 Aprobado (AP)

7,0-8,9 Notable (NT)

9,0-10 Sobresaliente (SB)

La mención de “matrícula de honor” podrá ser otorgada a alumnos que hayan obtenido una

calificación igual o superior a 9,0. Su número no podrá exceder del 5% de los alumnos matriculados

en una materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de alumnos

matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso se podrá conceder una sola matrícula de honor.

Detalle de cada parte:

1. Parte teórica. Formada por dos parciales. Cada uno de ellos estará formado por una prueba

teórica (test) y una teórico-práctica (problemas y/o casos prácticos). Se tendrá en cuenta:

Claridad en la exposición de los conceptos teóricos exigidos.

Forma en que se plantea el ejercicio que se debe desarrollar.

Resolución correcta del ejercicio. Ausencia de faltas de ortografía. Fallos notables en las operaciones matemáticas.

2. Parte práctica. Formado por un conjunto de tareas, cada uno de ellos tendrá una

ponderación de 1/3 sobre el total de esta parte:

Memoria de prácticas y validación.

Tests en el campus virtual (un test por tema).

Realización de trabajo práctico y exposición en clase.

El total de los documentos presentados por alumno se puntuará entre 0 y 10. Se valorará:

Formato, presentación, estructura y legibilidad de los documentos y presentaciones.


10


Medios empleados y fuentes bibliográficas consultadas para su elaboración.

Calidad y profundidad de los contenidos, así como los resultados y las conclusiones extraídas.

Bibliografía y fuentes de referencia

Bibliografía básica

“Discrete-Time Signal Processing“, Oppenheim A. V., Schafer R.W., 3/E, Pearson, 2010. (Temas 3 y

5)

“Audio Signal Processing and Coding”, Spanias A., Painter T., Atti V., Willey, 2007 (Temas 3 y 4)

“Applied Speech and Audio Processing: With Matlab Examples“, McLoughlin I., Cambridge University

Press, 2009 (Temas 3 y 4)

“Image and Video Compression for Multimedia Engineering: Fundamentals, Algorithms, and

Standards”, Yun Q. S., Huifang S., Second Edition, CRC Press, 2008. (Temas 4 y 6)

“Digital Image Processing Using MATLAB”, Gonzalez, Woods, Eddins, 2nd edition, Gatesmark

Publishing, 2009 (Temas 5 y 6)

“Practical Image and Video Processing Using MATLAB”, Marques O., Willey, 2011 (Tema 6)

“Image Processing: The Fundamentals”, Petrou M., Petrou C., 2nd Edition, Wiley, 2010 (Temas 5 y

6)

“Fundamentals of Digital Image Processing: A Practical Approach with Examples in Matlab”, Solomon

C. Breckon T., Wiley-Blackwel, 2011 (Temas 5 y 6).

Bibliografía complementaria

“The H.264 Advanced Video Compression Standard“, Richardson I. E., Willey , 2010

“Multimedia Communication Systems: Techniques”, Standards, and Networks m “ Rao K. R.,

Bojkovic Z. S., Milovanovic D. A., Prentice Hall, 2002

“Video 4th Edition Demystified”, Keith J., Elsevier, Burlington USA, 2005

“Handbook of Image & Video Processing”, Bovik A., Elsevier Academic Press, Burlington USA, 2005

“Compression for Great Video and Audio”, Waggoner B., Elsevier, 2009

“Introduction to Data Compression”, Sayood K., Elsevier, 2005

“How Video Works”, Weise M., Weynand D., Elsevier, 2007

“The H.264 Advanced Video Compression Standard“, Richardson I. E., 2nd Edition, Wiley, 2010

“Video Compression and Communications: From Basics to H.261, H.263, H.264, MPEG4 for DVB

and HSDPA-Style Adaptive Turbo-Transceivers”, Hanzo L., Cherriman P., Streit J., Wiley, 2007


11


“The JPEG 2000 Suite”, Schelkens P., Skodras A., Ebrahimi T., Wiley, 2009

Web relacionadas

- Biomedical Signal and Image Processing (MIT)

http://ocw.mit.edu/courses/health-sciences-and-technology/hst-582j-biomedical-signal-and-image-

processing-spring-2007/

- Recursos Matlab sobre DSP

http://www.mathworks.com/dsp/?s_cid=global_nav

http://www.mathworks.com/products/signal/?BB=1

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/

- Recursos Matlab sobre procesado de sonido

http://es.mathworks.com/products/audio-system/

- Recursos Matlab sobre procesado de imagen

http://es.mathworks.com/solutions/image-video-processing/index.html

El resto de enlaces se indicarán en cada tema de la asignatura.

Recomendaciones para el estudio y la docencia

Las recomendaciones básicas para estudiar la materia consisten en primer lugar en disponer de los

conocimientos de base para iniciar su estudio. Por este motivo, es conveniente que el alumno haya

adquirido las competencias indicadas en el apartado de requisitos previos.

En segundo lugar, se anima a los estudiantes a seguir un estudio continuado de la materia con el fin

de poder ir asimilando conocimientos. El estudio y asimilación de cada jornada docente deberá

realizarse antes de la siguiente clase y complementado con la realización de los problemas y

cuestiones propuestas. Como tiempo de estudio, se propone como mínimo un tiempo de estudio

similar al indicado en la tabla de actividades formativas y metodología de enseñanza aprendizaje de

esta asignatura.

Por este motivo, el punto clave para superar la asignatura con éxito, es “comprender” la materia y no

tanto su “memorización”. En caso de dudas o cuestiones, el estudiante debe preguntar al profesor

bien en clase, en el horario de atención al alum-no o bien telemáticamente. Como regla general una

duda correctamente resuelta evita cinco interrogantes en el futuro.

Las prácticas deben ser realizadas por el alumno, y siempre con el objetivo claro de relacionar los

ejercicios prácticos con los conocimientos teóricos a asimilar. En la siguiente práctica, el alumno

deberá entregar la memoria con las soluciones a los ejercicios propuestos.

Por último, y con respecto a la asistencia, aunque se fijan unos mínimos en teoría y práctica, se

recomienda a los alumnos la asistencia a la totalidad de las jornadas teóricas y prácticas de la

asignatura.

http://ocw.mit.edu/courses/health-sciences-and-technology/hst-582j-biomedical-signal-and-image-processing-spring-2007/

http://ocw.mit.edu/courses/health-sciences-and-technology/hst-582j-biomedical-signal-and-image-processing-spring-2007/

http://www.mathworks.com/dsp/?s_cid=global_nav

http://www.mathworks.com/products/signal/?BB=1

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/

http://es.mathworks.com/products/audio-system/

http://es.mathworks.com/solutions/image-video-processing/index.html


12


Material necesario

Se precisa acceso a internet y las herramientas ofimáticas habituales. Cada tema será presentado

en un documento pdf disponible desde el Campus Virtual, que será ampliado y comentado en las

clases presenciales y resto de actividades presenciales.

Es recomendable el uso de calculadora científica y disponer de un lápiz de memoria para poder llevar

a las sesiones prácticas y seminarios los documentos necesarios para su realización, así como la

confección de las memorias a entregar.

Los conceptos teóricos impartidos serán complementados mediante el trabajo con software Matlab y

applets de acceso libre que permita al alumno visualizar e interactuar con los parámetros estudiados

en las sesiones teóricas. El software Matlab, así como sus toolboxes, es accesible para los alumnos

desde un API presencial ubicado en la propia Universidad o un API Virtual. El API Virtual es una

plataforma que permite acceder, desde cualquier dispositivo con conexión a internet, a un gran

número de aplicaciones informáticas sin necesidad de ninguna instalación previa. Los programas

están listos para usarse directamente desde el api.ucam.edu

Además del Matlab, en la asignatura se hará uso del software Cubase. Este software está disponible

en el laboratorio de sonido de la titulación.

Gracias a esta infraestructura, es posible guardar cualquier archivo en el que se esté trabajando en

un pendrive y continuar con el trabajo en casa o cualquier ordenador de la Universidad de forma

segura y sin necesidad de preocuparte por nada más. Se precisa el usuario y clave de alumno UCAM

para acceder (http://www.ucam.edu/servicios/informatica/api-virtual/como-acceder).

Tutorías

Las tutorías se dedicarán a reforzar los conceptos y a comprobar que el alumno asimila todo lo

explicado en las clases magistrales. Los objetivos formativos planteados para la tutoría son:

Orientación sobre los contenidos de la asignatura, los sistemas de evaluación y la

metodología de enseñanza-aprendizaje, así como su vincula con otras materias y con el

ejercicio profesional.

Seguimiento y evaluación de trabajos, problemas y ejercicios planteados como horas de

trabajo no presencial.

Aclaración de dudas personales sobre los contenidos de la asignatura, memorias de las

prácticas, trabajos o ejercicios planteados.

Entre las actividades que se van a realizar en estas sesiones tenemos:

Una primera sesión de planificación y planteamiento de la asignatura.

Tras finalizar los temas indicado en este documento se planteará una sesión de resolución

de problemas a realizar por el estudiante en pizarra y con apoyo del profesor.

Antes del examen parcial y examen final una o varias sesiones de resolución de dudas,

consolidación de conocimientos y actividades complementarias para asentar conocimientos

impartidos.

http://api.ucam.edu/Citrix/XenApp/auth/login.aspx


13


La metodología de enseñanza va a ser compartida entre clase magistral y clase de resolución de

problemas en pizarra por parte del alumno.

Los trabajos y problemas realizados por los alumnos en las sesiones de tutorías se tendrán en

cuenta de forma positiva en la Evaluación Continua.

Procesado Multimedia - ucam.edu · Dentro del procesado de estas señales, se estudiarán los...

Documents

Transcript of Procesado Multimedia - ucam.edu · Dentro del procesado de estas señales, se estudiarán los...