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Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-041 Procesadores digitales de señal (PDS) DSP: Digital Signal Processors (procesadores) DSP: Digital.

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Presentación del tema: "Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-041 Procesadores digitales de señal (PDS) DSP: Digital Signal Processors (procesadores) DSP: Digital."— Transcripción de la presentación:

1 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Procesadores digitales de señal (PDS) DSP: Digital Signal Processors (procesadores) DSP: Digital Signal Processing (técnicas matemáticas)

2 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Inicios del PDS (1) Años : Primeros computadores digitales Muy caros DSP limitada a unas pocas aplicaciones muy críticas Esfuerzos pioneros en: Radar y sonar: seguridad nacional Exploración petrolífera: posibilidad de obtener grandes cantidades de dinero Exploración del espacio: los datos son irreemplazables Imágenes médicas: para salvar vidas

3 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Inicios del PDS (2) Años : La revolución de los computadores digitales: el PC Cada vez más baratos Grandes avances tecnológicos: chips DSP específicos DSP en productos comerciales para el gran público: Teléfonos móviles Reproductores de CDs Correo electrónico por voz

4 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Interdisciplinariedad

5 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Aplicaciones del PDS (1)

6 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplos concretos (1) Sistema ABS de alta fiabilidad con controlador digital de señal

7 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplos concretos (2) Sistema de suspensión activa

8 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplos concretos (3) Sistema controlador de disco

9 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Características Los sistemas DSP suelen tener una serie de características comunes: Algoritmos: operaciones aritméticas Frecuencia de muestreo Frecuencia de reloj Tipos de datos aritméticos

10 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos El algoritmo especifica la operación aritmética que debe realizar el DSP pero no cómo se debe implementar Velocidad/ precisión aritmética Software En un procesador ordinario DSP programable Hardware ASIC

11 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos típicos (1) Codificación y decodificación de voz Teléfonos digitales celulares, sistemas de comunicación personal, teléfonos digitales inalámbricos, computadores multimedia, comunicaciones seguras Encriptación y desencriptación de voz Teléfonos digitales celulares, sistemas de comunicación personal, teléfonos digitales inalámbricos, comunicaciones seguras

12 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos típicos (6) Composición de imágenes Computadores multimedia, video de consumo, interfaces de usuario avanzadas, navegación Formación de imágenes Navegación, imágenes médicas, radar/sonar, inteligencia de las señales Cancelación del eco Micrófonos, modems, conmutadores telefónicos Estimación espectral Inteligencia de las señales, radar/sonar, audio profesional, música

13 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo: filtros digitales (1) Operación básica de procesado de señales Bloquear o dejar pasar determinadas frecuencias presentes en la señal Filtro más sencillo: promediador (tapped delay line) = filtro pasa-baja Ejemplo: promediador de 4 muestras

14 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo: filtros digitales (2) Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones (1/4) Retardos (n, n-1, n-2, n-3)

15 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo: filtros digitales (3) En general:

16 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:correlación (1) Sirve para comparar dos señales en el dominio temporal Una desplazada con respecto a la otra Aplicación: radar, sonar Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones Desplazamientos (retardos)

17 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:correlación (3) Aplicación: radar

18 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:correlación (4)

19 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:correlación (5)

20 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:autocorrelación (2)

21 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:convolución (1) Similar a la correlación: Posible interpretación: filtro de coeficientes t[k] Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones Desplazamientos (retardos)

22 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:convolución (2) Filtro FIR (Finite Impulse Response)

23 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Ejemplo:convolución (3)

24 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos: resumen (1) En la gran mayoría de los algoritmos típicos de PDS: Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones Desplazamientos (retardos) Denominadas MAC (multiply-accumulate) DSP: ruta de datos adecuada para MAC Multiplicación en un sólo ciclo

25 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos: resumen (2) Multiplicación : generalmente, lenta Necesidad de acelerarla

26 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algoritmos: implementación Diferencia esencial entre un DSP (procesador digital de señal específico) y un microprocesador o microcontrolador convencionales: El DSP diseñado específicamente para tareas de cálculo intensivas, repetitivas y de alto rendimiento Microprocesador: no especializado para una tarea concreta Microcontrolador: especializado para tareas de control

27 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Frecuencia de muestreo (1) Velocidad de muestreo: velocidad a la que las muestras son consumidas, procesadas o producidas Tiempo real La aplicación concreta condiciona la tecnología de implementación del algoritmo

28 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Frecuencia de muestreo (2) Dependiente de la aplicación:

29 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Frecuencia de muestreo (3) Restricciones de tiempo real duras Ejemplo: convertidor de CD a cinta magnética CD: 44,1 kHz Cinta magnética: 48 kHz Muestras del CD cada 22,7 s Convertidor debe producir muestras a la salida cada 20,8 s Si se pierde alguna muestra: señal de salida corrupta

30 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Frecuencia de reloj Importante: relación entre la frecuencia de reloj del DSP y la frecuencia de muestreo (f/f m ) Determina la implementación: cantidad de hardware necesario para implementar en tiempo real un algoritmo de una determinada complejidad A menor razón f/f m, más hardware y más complejo

31 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Tipos de datos aritméticos Coma flotante versus coma fija Ancho de palabra: precisión

32 Electrónica aplicada al tratamiento de datos Algunos DSP típicos


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