curso de pds - introdução
TRANSCRIPT
Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Prof. Francisco Assis de O. Nascimento
Processamento Digital de SinaisProcessamento Digital de Sinais
Histórico
Anterior a 1a Guerra Mundial 2a guerra mundial Década de 50 - computador transistorizado Década de 60 - integração em larga escala Década de 70 - a era do microprocessador Década de 80 - sistemas customizados Década de 90 - processadores de prateleira Futuro? - máquinas inteligentes
Funções, Sinais e Dados
Definições e exemplos
Considerações sobre dados e sinais
O sinal está relacionado com a variável “tempo”, “espaço” ou outra grandeza correlata. Exp.: saldo diário de uma conta corrente.
O dado geralmente consiste de uma seqüência onde seus elementos não estão relacionados, uns com os outros, pela variável temporal. Exp. Saldo dos clientes no primeiro dia da semana.
Sinal Analógico: função contínua de uma variável contínua.
Sinal de Domínio Discreto: função contínua de uma variável discreta
0
5
10
15
20
25
30
Janeiro abril julho outubroTemperatura média
Sinal Discreto de Variável Contínua: função discreta de variável contínua.
Sinal Digital:função discreta de variável discreta.
Característica de um sinal digital
Discretizado temporalmente: amostragem
Discretizado em amplitude: quantização
Também tem-se o processamento de sinais com processadores em ponto flutuante. Neste caso o contradomínio pode ser considerado como contínuo.
Sinal ou Dado?
Notas da turma; saldo mensal da conta bancária; inflação diária; últimos 100 resultados da loteria - SENA; fotografia da Vovó; som produzido por um alto-falante; filme digitalizado “O mundo perdido”.
Processamento digital de sinais analógicos
Exemplo: Sinal de voz.
Exemplo: Sinal de Eletrocardiografia.
Exemplo: Transitório em rede de transmissão de energia elétrica.
Exemplo: Imagem digitalizada.
Exemplo: Lena - 8bits/pixel (E) e 0,51 bits/pixel(D) - compactada.
Exemplo: voz digitalizada
Barbalha
Vídeo sintético
Vídeo DigitalVídeo Digital
Processamento Digital de Sinais x Processamento Analógico de Sinais
Vantagens do PDS: imunidade a ruído, imunidade a variação de temperatura, maior precisão, maior flexibilidade, capacidade e memória e inteligência, realiza sistemas não possíveis por sistemas analógicos.
Desvantagens do PDS: custo alto (em algumas aplicações), processamento lento (em algumas aplicações).
Implementação de PDS
Via hardware dedicado;
via software.
Aplicações de PDS
Telecomunicações: modulação de sinais, telefonia digital e celular, radio digital, teleconferência, videofone, modems, correio eletrônico de voz, fax, criptografia, equalização e cancelamento de eco em meios de comunicação
Processamento de Voz: reconhe-cimento e síntese de voz (comunicação homem-máquina), verificação de locutor, codificação e baixas taxas, equipamento para deficientes auditivos.
Processamento de Sinais de Áudio: Disco Laser (Compact Disc - CD), fitas de áudio digitais (Digital Audio Tape - DAT), controle de reverberação e eliminação de eco, sintetizadores, recuperação de gravações antigas, composição por computador.
Medicina: tomografia computadorizada, ressonância magnética nuclear, ecografia, eletrocardiografia, eletromiografia, eletroecefalografia, aparelhos para deficientes físicos, sistemas especialistas de diagnósticos.
Processamento de Imagens: sensoriamento remoto, classificação de imagens de satélite, televisão de alta definição (HDTV), computação gráfica, visão para robôs, restauração de imagens, identificação de objetos, navegação de aeronaves e mísseis.
Sistemas elétricos de potência: proteção digital, oscilografia digital, monitoração de variáveis, detecção rápida de transientes.
Controle e Automação: controla-dores digitais, robótica.
Outras aplicações de PDS
Radar; Sonar; Geofísica; Meteorologia; Setor financeiro; Guerra eletrônica.
Exemplos de pesquisas recentes desenvolvidas no GPDS
DATA COMPRESSION TECHNIQUE FOR POWER SYSTEMS TRANSIENTS
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS
Francisco Assis de Oliveira Nascimento
Resultado simulado-de cima para baixo: sinal original,Hartley,DCT,LOT.
Histograma:número de bits X período da fundamental.
Minimização de Ruídos em ECG Usando a Transformada de Wavelets
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS
Francisco Assis de O. Nascimento, Cláudio Batista Silva e Adson Ferreira da Rocha
Localização da condição de melhor reconstrução
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1Erro x Limiar de Decisão - Daubechies - 8 (5 níveis de decomposição)
Limiar de Decisão em (%) por quantidade de coeficientes
PDR
Mínimo do erromédio quadrático
Resultado de Simulação
0 1024
Resultado de Simulação: Transformada de Wavelets Invariante ao Deslocamento
0 1024
SIMULADOR DE CANAL TELEFÔNICO EM TEMPO REAL.
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS
Francisco Assis de Oliveira Nascimento
Cartão coprocessador de sinais
Vista superior
Características dos canais telefônicos e filtros aproximadores
Resultados Simulados
CODIFICAÇÃO ADAPTATIVA DE IMAGENS POR TRANSFORMAÇÃO DE DOMÍNIO E IMPOSIÇÃO DA RELAÇÃO SINAL/RUÍDO MÍNIMA SEGMENTADA
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Grupo de Processamento Digital de Sinais - GPDS
Sebastião do nascimento Neto & Francisco Assis de Oliveira Nascimento
Resultados simulados:(1) original-8bits/pixel; (2)DCT-0,52bit/pixel; (3) LOT-0,52bit/pixel.
ECGLab - Módulo de detecção
ECGLab – Módulo de análise de Poincaré
ECGLab – Módulo de análise em freqüência: escalograma (wavelet)
Aplicações em Biomecânica
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -6 -4 -2 0 2 4 6
Sinal Eletromiográfico e o Trigger
0 200 400 600 800 1000 1200 -6 -4 -2 0 2 4 6
Sinal Próximo a um em Contração Isométrica
Segmentação do sinal de EMG
DESLOCAMENTO ESPECTRAL COMPUTADO A PARTIR DO EXPERIMENTO
0 100 200 300 400 500 600 7000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7Sujeito 4 Sujeito 6 Sujeito 7 Sujeito 9 Sujeito 10Sujeito 13Sujeito 14
Gráfico do Relógio
0 90 180 270 360
0
200
400
600Forças Aplicadas no Pedal Direito
For
ça (
N)
Posição Angular do Pedal
Normal Tangencial
0 90 180 270 360
0
200
400
600Forças Aplicadas no Pedal Esquerdo
For
ça (
N)
Posição Angular do Pedal
Normal Tangencial
Forças Aplicadas no Pedal DireitoForças Aplicadas no Pedal Esquerdo
Instrumentação com telemetria
strain gage
Filtro/Amplif.
ADC/ P
Tx
ECG EMG trigger
Rx/Tx
ADC/ P
Rx/Tx
P
Estação Transceptora Central - ETC
Unidade Transceptora Bicicleta - UTBUnidades Transmissoras dos PedaisEsquerdo e Direito – UTPD, UTPE
R F
R F
Hardware para telemetria
Integração com cinética
O exame típico de um paciente se inicia com a ecocardiografia transtorácica bidimensional, utilizando-se quatro posições padronizadas para o transdutor: (1) janelas paraesternal, (2) apical, (3) subcostal e (4) supra-esternal (4).
Ecocardiografia transtorácica
Imagem de Ecocardiografia
Existem diferentes janelas (posições do transdutor) para realizar a ecocardiografia 2D.
Para cada posição do transdutor pode-se obter imagens relativas aos seus eixos longo e curtos.
Imagens de eixos Longo e Curto
Extração da Borda do VE
Foi assumido como limiar de binarização a diminuição de 3dB em amplitude (>3dB=0 & <3dB=1).
Inserida a barragem no primeiro frame processado, localização da barragem se torna automática e acompanha a válvula mitral. Ela é reposicionada pela região extraída na segmentação do frame anterior, colocando-se logo abaixo à cavidade.
Localização da Barragem
Construção da CVA
Da segmentação em cada frame do VE na imagem de eixo longo de 4 câmaras é possível calcular a área, obtendo assim a CVA.
Relaxamento Isovolmétrica
Enchimento Rápido Enchimento
Lento
Sístole Atrial
EjeçãoContração Isovolumétrica
Fim da introdução.Fim da introdução.