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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 2003-041 Procesadores digitales de señal (PDS) DSP: Digital Signal Processors (procesadores) DSP: Digital Signal Processing (técnicas matemáticas)

2 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-042 Inicios del PDS (1) Años 1960-70: 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 2003-043 Inicios del PDS (2) Años 1980-90: 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 2003-044 Interdisciplinariedad

5 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-045 Aplicaciones del PDS (1)

6 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-046 Ejemplos concretos (1) Sistema ABS de alta fiabilidad con controlador digital de señal

7 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-047 Ejemplos concretos (2) Sistema de suspensión activa

8 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-048 Ejemplos concretos (3) Sistema controlador de disco

9 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-049 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 2003-0410 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 2003-0411 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 2003-0412 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 2003-0413 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 2003-0414 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 2003-0415 Ejemplo: filtros digitales (3) En general:

16 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0416 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 2003-0417 Ejemplo:correlación (3) Aplicación: radar

18 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0418 Ejemplo:correlación (4)

19 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0419 Ejemplo:correlación (5)

20 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0420 Ejemplo:autocorrelación (2)

21 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0421 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 2003-0422 Ejemplo:convolución (2) Filtro FIR (Finite Impulse Response)

23 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0423 Ejemplo:convolución (3)

24 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0424 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 2003-0425 Algoritmos: resumen (2) Multiplicación : generalmente, lenta Necesidad de acelerarla

26 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0426 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 2003-0427 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 2003-0428 Frecuencia de muestreo (2) Dependiente de la aplicación:

29 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0429 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 2003-0430 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 2003-0431 Tipos de datos aritméticos Coma flotante versus coma fija Ancho de palabra: precisión

32 Electrónica aplicada al tratamiento de datos 2003-0432 Algunos DSP típicos


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