Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2023/2024 | Otros años:  2022/2023  |  2021/2022  |  2020/2021 
Graduado o Graduada en Ingeniería de Telecomunicación/Graduado o Graduada en Ingeniería Biomédica por la Universidad Pública de Navarra
Código: 247209 Asignatura: PROCESADO DIGITAL DE SEÑAL
Créditos: 6 Tipo: Obligatoria Curso: 2 Periodo: 2º S
Departamento: Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
Profesorado:
PORTA CUELLAR, SONIA (Resp)   [Tutorías ] MUÑOZ SANCHEZ, JOSÉ MARÍA   [Tutorías ]
EDERRA URZAINQUI, IÑIGO   [Tutorías ] NAVALLAS IRUJO, JAVIER   [Tutorías ]

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

Módulo: Formación tecnológica transversal
Materia: Señales y Sistemas

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Competencias genéricas

CG4 - Comprender y dominar los fundamentos de procesado de señal y sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.

CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.

CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.

CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.

CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

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Resultados aprendizaje

R1 - Comprender y dominar la herramienta de la DFT, sus implementaciones rápidas (FFT) y las técnicas de filtrado lineal, análisis y estimación espectral basados en DFT.

R2 - Comprender y utilizar la DFT deslizante (STFT) para la caracterización de señales no estacionarias.

R3 - Dominar las técnicas de diezmado e interpolación, y comprender las limitaciones de la codificación de señales discretas con número finito de bits por muestra.

R4 - Manejar correctamente las herramientas, instrumentos y aplicativos software disponibles en los laboratorios de las materias básicas y llevar a cabo correctamente el análisis de los datos recogidos.

R5 - Trabajar en grupo de forma efectiva, identificando los objetivos del grupo y planificando el trabajo para alcanzarlos, así como asumiendo las responsabilidades y compromisos asociados a la tarea asignada.

R6 - Planificar las tareas encomendadas de forma que se realicen de acuerdo con las pautas marcadas por el profesor y en el tiempo previsto. Evaluar el grado de cumplimiento de los objetivos de aprendizaje y detectar problemas en el propio progreso formativo.

R7 - Plantear adecuadamente un problema a partir de un enunciado propuesto e identificar las distintas opciones para la resolución. Aplicar el método de resolución más adecuado e identificar la corrección o no de tal solución.

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Metodología

El calendario de la asignatura se establece en 4 horas semanales por grupo (5 en semanas con prácticas) durante todo el semestre. El total de las horas de sesiones de exposición de contenidos más las 15 horas dedicadas a la resolución de problemas y ejercicios prácticos se impartirán en las aulas asignadas de acuerdo con este horario.

Las sesiones de resolución de problemas y ejercicios prácticos serán adecuadamente programadas para tener lugar tras la correspondiente exposición de contenidos y se llevarán a cabo con la participación activa de los estudiantes, quienes habrán tenido a su disposición la colección de problemas propuestos (con indicación de la solución final correcta) con suficiente antelación como para poder prepararlos, individual o colectivamente. La participación del estudiante en esta actividad será tenida en cuenta para mejorar la calificación de la asignatura.

Asimismo, las cinco sesiones prácticas (cada una con una duración de 3 horas) se intercalarán a lo largo del semestre (utilizando el mismo horario asignado ampliado) en función del avance del temario. Serán realizadas por los estudiantes en el Laboratorio de Diseño, Instrumentación y Señales (Los Tejos, primera planta) o en el Laboratorio de Señales y Sistemas (Los Tejos, segunda planta). El horario de dichas sesiones prácticas será el de las sesiones de aula extendido en 1 hora adicional.

Al finalizar cada una de las cinco sesiones prácticas, se propondrá a los estudiantes, individualmente, una prueba de test que deberán completar y entregar en media hora. Las cuestiones del test estarán en relación con los ejercicios prácticos realizados y también con los contenidos teóricos subyacentes. Se pretende con ello fomentar en el estudiante el esfuerzo previo en la preparación de la sesión práctica y el seguimiento actualizado del progreso de los contenidos del temario de la asignatura.

 
Metodología / Actividad
Horas presenciales
Horas no presenciales
A-1    Sesiones expositivas/participativas
30
 
A-2    Prácticas: problemas y laboratorio
15+15
15
A-5    Lectura de material
 
25
A-6    Estudio individual
 
50
A-7    Exámenes y pruebas de evaluación
5.5
 
A-8    Tutorías individuales
 2.5
 
Total
68
90

 

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Relación actividades formativas-competencias/resultados de aprendizaje

Competencia Actividad Formativa
CG4 - Comprender y dominar los fundamentos de procesado de señal y sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.  
  • A-1    Clases participativas
  • A-2    Prácticas: problemas y laboratorio
  • A-5    Lectura de material
  • A-6    Estudio individual
CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
  • A-1    Clases participativas
  • A-7    Exámenes y pruebas de evaluación
CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
  • A-1    Clases participativas
  • A-7    Exámenes y pruebas de evaluación
CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
  • A-1    Clases participativas
CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
  • A-1    Clases participativas
  • A-2    Prácticas: problemas y laboratorio
CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
  • A-2    Prácticas: problemas y laboratorio
  • A-5    Lectura de material
  • A-6    Estudio individual
  • A-7    Exámenes y pruebas de evaluación

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Idiomas

Impartición de las clases/prácticas: castellano.
Documentación y bibliografía: inglés y castellano.

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Evaluación

 

Resultados de
aprendizaje
Actividad de
evaluación
Peso (%) Carácter
recuperable
Nota mínima
requerida
  • Planificar las tareas encomendadas de forma que se realicen de acuerdo con las pautas marcadas por el profesor y en el tiempo previsto. Evaluar el grado de cumplimiento de los objetivos de aprendizaje y detectar problemas en el propio progreso formativo
  • Utilizar de forma autónoma las herramientas, instrumentos y aplicativos software disponibles en los laboratorios de las materias básicas y avanzadas. Conocer su funcionamiento y sus limitaciones
P1: Pruebas individuales de evaluación objetiva (test) tras la realización de las prácticas en laboratorio 30% no ninguna
  • Dominar la caracterización, diseño e implementación de filtros digitales. Dominar las técnicas de filtrado lineal basado en DFT
  • Comprender y dominar la herramienta de la DFT: propiedades básicas y relación con otras transformadas (DFS, DTFT, TZ). Dominar las técnicas de análisis y estimación espectral basadas en DFT. Comprender y utilizar la DFT deslizante (STFT) para la caracterización de señales no estacionarias
  • Dominar las técnicas de diezmado e interpolación.
  • Comprender las limitaciones y errores derivados de la codificación de señales discretas con número finito de bits por muestra. Estrategias para minimizar este error.
  • Aplicar los principios básicos de sistemas de comunicaciones a la resolución de problemas propios de la ingeniería
P2: Prueba individual de duración larga: resolución de problemas prácticos     40%         4/10
  • Dominar la caracterización, diseño e implementación de filtros digitales. Dominar las técnicas de filtrado lineal basado en DFT
  • Comprender y dominar la herramienta de la DFT: propiedades básicas y relación con otras transformadas (DFS, DTFT, TZ). Dominar las técnicas de análisis y estimación espectral basadas en DFT. Comprender y utilizar la DFT deslizante (STFT) para la caracterización de señales no estacionarias
  • Dominar las técnicas de diezmado e interpolación.
  • Comprender las limitaciones y errores derivados de la codificación de señales discretas con número finito de bits por muestra. Estrategias para minimizar este error.
  • Aplicar los principios básicos de sistemas de comunicaciones a la resolución de problemas propios de la ingeniería
P3: Prueba individual de corta duración: test final de contenidos 30% 4 /10
         

 

El 30% de la calificación final, correspondiente a P1, se evaluará mediante la entrega de un test al finalizar cada una de las cinco sesiones prácticas. Sin nota mínima requerida. En el test se incluirán preguntas específicas de la práctica guiada realizada en esa sesión así como de los conceptos y estrategias subyacentes a la misma.

El restante 70%, correspondiente a las pruebas P2+P3, mediante examen escrito individual, de tres horas de duración, que contendrá cuestiones de tipo test (30%) y resolución de ejercicios prácticos (40%). Se exigirá una nota mínima de 4/10 para poder promediar con el 30% de la calificación procedente de P1. Se habilitará una segunda oportunidad para es examen escrito individual (P2+P3) en el correspondiente periodo de evaluación de recuperación.
 

La calificación final será de "no presentado" cuando tan solo se haya participado en las actividades correspondientes a la evaluación continua de P1.

 

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Contenidos

Se pretende que la materia aporte las competencias mínimas necesarias en el ámbito de procesado digital de señal que se considera que todo graduado, independientemente de la intensificación, debe haber adquirido:

  • Utilidad y manejo de la transformada Z
  • Técnicas de conexión entre los mundos tiempo-continuo y tiempo-discreto: muestreo, sobremuestreo y reconstrucción analógica
  • Técnicas específicas de procesado digital: diezmado, interpolación, filtrado, ecualización, conformado de ruido
  • Utilización y diseño de sistemas tiempo-discretos de interés. Posibles implementaciones alternativas
  • Efectos de precisión finita en cuantificación y codificación de señales. Estrategias de mejora de la relación señal-ruido
  • Propiedades y aplicaciones de la herramienta DTF

El correcto aprovechamiento de la asignatura requiere de conceptos que son adquiridos en el semestre anterior. En concreto, no se recomienda matricularla sin haber cursado previamente Señales y Sistemas II.

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Temario

[1] Transformada z. Propiedades y aplicaciones
Definición, propiedades básicas, convergencia y pares transformados. Causalidad y estabilidad. Métodos de cálculo de la transformada inversa y unilateral. Conexión con tratamiento de Fourier: DFS y DTFT. Periodicidad en espectro y respuesta en frecuencia. Contribución de polos y ceros a la representación frecuencial.
[2] Aplicación a la descripción de señales y sistemas tiempo-discretos
Respuesta impulsional finita e infinita. Ecuaciones en diferencias y función de transferencia: polos y ceros. Respuesta natural y forzada: regímenes transitorio y estacionario. Respuesta en frecuencia: magnitud, fase y retardo de grupo. Vectores de polos y ceros en el plano complejo. Sistemas de interés: filtros ideales paso bajo, alto, banda y rechazo de banda. Filtros reales: especificaciones y ejemplos. Nociones básicas de las técnicas de diseño de filtros.
Estructuras para la realización de sistemas FIR e IIR. Comparación de prestaciones y nivel de dificultad en el diseño.
[3] Conversión analógico digital
Conversión analógico digital. Muestreo ideal y teorema del muestreo. Reconstrucción. Sub-muestreo, aliasing y filtros anti-aliasing. Limitaciones prácticas y soluciones. Sobre-muestreo, diezmado e interpolación. Cuantificación y codificación. Errores de cuantificación. Tratamiento y minimización del ruido de cuantificación.
Conversión digital analógico: Descodificación. Reconstrucción ideal. Reconstrucción práctica mediante circuitos S/H y filtrado. Mantenedores de orden cero e interpoladores lineales con retardo. Filtrado analógico anti-imagen y ecualización.
[4] Transformada discreta de Fourier. Propiedades y aplicaciones
Definición, propiedades básicas y algoritmos eficientes. Conexión entre DFT y otras transformadas. Circularidad, periodicidad y dimensionado. Técnica de zero padding. Filtrado lineal basado en DFT. Filtrado por bloques: métodos OA y OS. Aplicación al análisis espectral.  Efectos de enventanado: modelos de ventanas, características y capacidad de resolución espectral. Aplicación al análisis de espectros no estacionarios mediante STFT: espectrograma. Aplicación a estimación espectral no paramétrica mediante DFT: periodograma.

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Programa de prácticas experimentales

Las prácticas guiadas se orientarán a la implementación práctica de sistemas y procesos propios del procesado digital mediante la utilización de la herramienta Matlab.
Concretamente se realizarán cinco sesiones de prácticas de 2,5 horas con los siguientes guiones:
[L1] Filtros digitales: diseño y caracterización
Manejo de MATLAB para el diseño de filtros IIR y FIR a partir de sus especificaciones para filtrados paso bajo y notch. Manipulación y conexión entre las diferentes caracterizaciones alternativas de estos sistemas. Estudio de las distorsiones de magnitud y fase, transitorios y retardos que producen estos filtros sobre señales. Implementación, caracterización y uso de filtros "notch" para la cancelación de interferencias sinusoidales sobre registros ECG.
[L2] Interpolación y diezmado
Presentación de distintos procedimientos de interpolación de señales discretas: de orden cero, lineal y de paso bajo, comparando su comportamiento en los dominios temporal y frecuencial. Efectos inversos de compresión/expansión entre los dominios tiempo y frecuencia. Estudio del diezmado, observando el efecto de "aliasing" y la manera de evitarlo mediante adecuado filtrado paso bajo.
[L3] Cuantificación uniforme
Estudio de las propiedades del proceso de cuantificación de señales en la conversión analógico/digital. Caracterización del error de cuantificación en función del rango dinámico y del número de bits. Uso de señales aleatorias para la evaluación de las propiedades del cuantificador. Análisis de la relación señal-ruido y de la validez del modelo estadístico. Estudio de la reducción del ruido de cuantificación mediante sobremuestreo, filtrado y posterior compresión.
[L4] Aplicaciones de la DFT
Análisis de las relaciones existentes entre la DTFT y la DFT, poniendo de relieve algunas propiedades de la DFT. Procesos circulares de desplazamiento y convolución. Correcto dimensionado de la DFT: técnica de zero padding y problemas de aliasing temporal. Conexión entre convolución lineal y convolución circular: aplicación a procesos de filtrado.
[L5] DFT en análisis espectral y en filtrado por bloques
Concepto de resolución frecuencial. Comparación de prestaciones entre distintas ventanas. Introducción al análisis tiempo-frecuencia a través de la STFT, estudiando el compromiso entre resolución frecuencial y temporal.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.


Textos recomendados:
Applied Digital Signal Processing
D.G. Manolakis, V.K. Ingle
Cambridge University Press, 2011. ISBN 978-0-521-11002-0
 
Digital Signal Processing: Principles and Applications
T. Holton
Cambridge University Press, 2021. ISBN 978-1108418447
 
Textos alternativos clásicos:
Introduction to Signal Processing
S. J. Orfanidis
Prentice Hall International, 1996. ISBN 0-13-240334-X
Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications
J. G. Proakis, D. G. Manolakis
Prentice Hall, 1996. (3ª edición en castellano, 1998. ISBN 84-8322-000-8)
Discrete-Time Signal Processing
A.V. Oppenheim, R. W. Schafer
Prentice Hall, 1998. (2ª edición en castellano, 2000. ISBN 84-205-2987-7)
Bibliografía específica de aplicaciones mediante Matlab:
Essentials of Digital Signal Processing using Matlab
V.K. Ingle, J.G. Proakis
Cengage Learning, 2007. ISBN 978-1-111-42738-2
 
Tratamiento de la Señal utilizando Matlab. Un enfoque práctico
C.S. Burrus, J.H. McClellan, A.V. Oppenheim, T.W. Parks, R.W. Chafer, H.W. Schessler
Prentice Hall, 1998. ISBN 84-89660-68-9
A Self-Study Guide for Digital Signal Processing
J. G. Proakis, V. K. Ingle
Pearson - Prentice Hall, 2004. ISBN 0-13-143239-7
Computer Explorations in Signal and Systems using Matlab
J. R. Buck, M. M. Daniel, A. C. Singer
Prentice Hall, 2002. ISBN 0-13-042155-3

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Lugar de impartición

Las sesiones expositivas (grupo grande) serán impartidas en el aula asignada al grupo en el correspondiente semestre.

Las prácticas guiadas se impartirán en el Laboratorio de Diseño, Instrumentación y Señales (Los Tejos, primera planta) y/o en el Laboratorio de Señales y Sistemas (Los Tejos, segunda planta).

http://www.unavarra.es/ets-industrialesytelecos/estudios/grado/grado-en-ingenieria-biomedica/horarios?submenu=yes

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