1 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
2 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
3 Interdisciplinariedad
4 Aplicaciones del PDS (1)
5 Ejemplos concretos (1) Sistema ABS de alta fiabilidad con controlador digital de señal
6 Ejemplos concretos (2) Sistema de suspensión activa
7 Ejemplos concretos (3) Sistema controlador de disco
8 Características Los sistemas DSP suelen tener una serie de características comunes: Algoritmos: operaciones aritméticas Frecuencia de muestreo Frecuencia de reloj Tipos de datos aritméticos
9 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
10 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
11 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
12 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
13 Ejemplo: filtros digitales (2) Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones (1/4) Retardos (n, n-1, n-2, n-3)
14 Ejemplo: filtros digitales (3) En general:
15 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)
16 Ejemplo:correlación (3) Aplicación: radar
17 Ejemplo:correlación (4)
18 Ejemplo:correlación (5)
19 Ejemplo:autocorrelación (2)
20 Ejemplo:convolución (1) Similar a la correlación: Posible interpretación: filtro de coeficientes t[k] Operaciones aritméticas: Sumas Multiplicaciones Desplazamientos (retardos)
21 Ejemplo:convolución (2) Filtro FIR (Finite Impulse Response)
22 Ejemplo:convolución (3)
23 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
24 Algoritmos: resumen (2) Multiplicación : generalmente, lenta Necesidad de acelerarla
25 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
26 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
27 Frecuencia de muestreo (2) Dependiente de la aplicación:
28 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 ms Convertidor debe producir muestras a la salida cada 20,8 ms Si se pierde alguna muestra: señal de salida corrupta
29 Frecuencia de reloj Importante: relación entre la frecuencia de reloj del DSP y la frecuencia de muestreo (f/fm) Determina la implementación: cantidad de hardware necesario para implementar en tiempo real un algoritmo de una determinada complejidad A menor razón f/fm, más hardware y más complejo
30 Tipos de datos aritméticos Coma flotante versus coma fija Ancho de palabra: precisión
31 Algunos DSP típicos