Sinais e Sistemas (Introdução)

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1 Sinais e Sistemas (Introdução) Tsang Ing Ren - tir@cin.ufpe.br UFPE - Universidade Federal de Pernambuco CIn - Centro de Informática Baseadas no material do Prof. Aluizio Fausto Ribeiro Araújo

2 Tópicos Objetivos Conteúdo Referências Avaliação Estrutura de Apoio 2

3 Objetivos Principal Objetivo Tratamento abrangente de sistemas e sinais lineares em nível introdutório, compreendendo: Fermentas para modelagem, análise e projeto de sistemas lineares contínuos e discretos; Ferramentas para modelagem, análise e processamento de sinais 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, circuitos elétricos, robótica, etc. 3

4 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) 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 4

5 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 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 5

6 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 (Capítulo 4) Transformada de Laplace Realização de Sistemas 6

7 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 Série Exponencial de Fourier Resposta do Sistema LCIT a Entradas Periódicas 7

8 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 Reconstrução do Sinal Aplicações 8

9 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. McGraw Hill. 9

10 Avaliação Avaliações Prova 1 Prova 2 Projeto = Apresentação (30%) + Implentação (30%) + Relatório (30%) + Presença (10%) Nota = Prova 1 (35%) + Prova 2 (35%) + Projeto (30%) 10

11 Monitores Danilo Laurindo Souza de Araujo José Ivson Soares da Silva Diego Fernando Ferreira de Araujo Hector Pinheiro 11

12 Estrutura de Apoio Página (~\es413) Transparências; Links interessantes. Monitoria Horários para exercícios e dúvidas (ver site da disciplina); Exercícios em sala de aula; Programas para praticar Scilab ( Matlab ( 12

13 Perfil Processamento de Sinais Universidade Federal de Pernambuco UFPE Centro de Informática - CIn 1 3

14 O que é Processamento de Sinais Processamento de Sinais - consiste na análise e/ou modificação de sinais de forma a extrair informações dos mesmos e/ou torná-los mais apropriados para alguma aplicação específica. O processamento de sinais pode ser feito de forma analógica ou digital. Sinais é um conjuntos de dados ou informações, uma quantidade variável no tempo ou espaço. Ex: movimento, som, videos, imagens Input Signal ADC Analogue to Digital Converte r Digital Signal Process or DAC Digital to Analogue Converte r Outpu t Signal 1 4

15 Perfil Curricular 1 5

16 Perfil de Processamento de Sinais Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação, Sinais e Sistemas, Circuits, Eletrônica, Comunicação Digital Processamento Gráfico Simulação Estocástica para comunicação Processamento Digital de Sinais Processamento De Imagens Análise de Imagens e Visão Computacional Análise de Voz e Vídeo Comunicação sem Fio 2 Tópicos Avançados em Sinais Seminário em Sinais Trabalho de Graduação Iniciação Cientifica Projeto de Monitoria 1 6

17 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 1 7

18 Áreas 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. 1 8

19 Analog Continuous function V of continuous variable t (time, space etc) : V(t). Digital Discrete function V k of discrete sampling variable t k, with k = integer: V k = V(t k ) Voltage [V] Voltage [V] t s time [ms] sampling time, t k [ms] Uniform (periodic) sampling. Sampling frequency f S = 1/ t S 1 9

20 Processamento Digital de Sinal (DSP) Mais Flexivel. Vantagens Na maiora das vezes mais fácil de upgrade. Dados são facilmente armazenados. Melhor controle nos requerimento da presisão. Reproduzível. Limitações A/D & velocidade de procesamento de sinal: Sinais de Banda-larga ainda são dificieis de ser tratados nos sistemas de tempo real. Efeito de palavras finito. 2 0

21 Onde é usado 2 1

22 Processamento de Voz Codificação/Compressão Sintese Reconhecimento 2 2

23 Propriedades da Voz The blue--- s---p--o t i-s--on--the-- k--ey a---g--ai----n k in key 2 3

24 Propriedades da Voz Vogais oo in blue o in spot ee in key e in again Quasi-periódico Potência do sinal relativavemente alta Consoantes s in spot k in key Não-periódico (randomico) Potência do sinal relativamente baixa 2 4

25 Codificação do Sinal TRAU MSC 64 kbits/s BSC 22.8 kbits/s 13 kbits/s BTS 2 5

26 Original Speech Encoder Analysis: Voiced/Unvoiced decision Pitch Period (voiced only) Signal power (Gain) Pitch Period Pulse Train V/U Signal Power Decoder G Vocal Tract Model LPC-10: Synthesized Speech 2 6

27 Text-to-speech Input text To be or not to be that is the question Tu bee awr nawt tu bee dhat iz dhe kwestchun phonetic form Text normalizatio n expands abbreviations dates, times, money..etc Parsing semantic & syntactic parts of speech analysis of text Pronunciation phonetic description of each word, dictionary with letter-to-sound rules as a back up Prosody rules Apply word stress, duration and pitch Waveform generation Phonetic-toacoustic transformation Synthesized speech 2 7

28 Reconhecimento de Voz Phoneme models Word pronunciation Semantic knowledge speech Feature extraction Phoneme recognition Word recognition Sentence recognition decision Syntactic knowledge Dialogue knowledge 2 8

29 Imagens e Videos 2 9

30 3 0

31 3 1

32 3 2

33 3 3

34 3 4 1) 1, ( 1,1) ( 1,0) ( 1), 1(,1) 1(,0) 1( 1) (0, (0,1) (0,0) ), ( N M f M f M f N f f f N f f f x y f L M M L L

35 3 5

36 3 6

37 Ruído sinoidal Espectro de Fourier Butterworth Filtro rejeita banda Filtro banda rejeita Imagem com ruído Imagem final 3 7

38 Reconhecimento de caracteres 3 8

39 3 9

40 Reconhecimento de Face Reconhecimento de Caracteres Reconhecimento Reconhecimento de Manuscritos de Assinaturas Íris Reconhecimento de Impressão Digital Síntese de Voz Mineração de Dados Retina Reconhecimento de Voz Driving Análise de Crédito Reconhecimento de Cheiro 4 0

41 Perfil VLSI/DSP Infra-estrutura de Software, Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação,Eletrônica, Circuitos, Comunicação Digital, Física para Engenharia da Computação Processamento Digital de Sinais Processamento de voz Circuitos Integrados 1 Projeto de SW Distribuído Circuitos Integrados 2 Processamento De imagem Prototipação de Circuitos Integrados Sistemas Distribuídos Interferência Eletromagnética Tópicos Avançados em VLSI Seminário em VLSI Trabalho de Graduação Iniciação Cientifica Iniciação à Monitoria Medidas Eletromagnéticas 4 1

42 Perfil Robótica Sinais e Sistemas Mecânica Dinâmica e Manipulação Engenharia de Sistemas Embutidos Processamento Gráfico Análise de Imagens e Visão Computacional Sistemas Inteligentes Agentes Autônomos Robótica Projeto de Mecatrónica e Robótica Aprendizagem de Máquina Percepção Computacional e Reconhecimento de Padrões Engenharia de Conhecimento e Sistemas Especialistas Otimização Automação Inteligente Sistemas de Tempo Real Transdutores Microcontroladores 4 2

43 Perfil Biotecnologia Infra-estrutura de Software, Infra-estrutura de Hardware, Infra-estrutura de Comunicação,Eletrônica, Circuitos, Comunicação Digital, Física para Engenharia da Computação Bioquímica dos Sistemas vivos Automação hospitalar Aquisição de sinais biológicos Instrumentação Protocolos de Comunicação Telesaúde Planejamento e Gerenciamento de Projetos Análise de Imagens e Visão Computacional Seminário em Engenharia da Computação Trabalho de Graduação Iniciação Cientifica Projeto de Monitoria 4 3