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

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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

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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.

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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

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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.