Fundamentos de Processamento de Sinal

Código:

L.EEC025

Sigla:

FPS

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Fundamentais e da Eletrotecnia

Ocorrência: 2024/2025 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle2425.up.pt/course/view.php?id=4187
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EEC	219	Plano Oficial	3	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português e inglês

Objetivos

Esta unidade curricular (UC) pretende motivar os estudantes para o domínio de conceitos fundamentais, técnicas e ferramentas de análise e projeto na área do Processamento de Sinal (PS). É dada particular ênfase aos tópicos de amostragem e reconstrução de sinal; Transformada Z; projeto e realização de filtros do tipo FIR e IIR; Transformada Discreta de Fourier (DFT) e seu cálculo rápido através da FFT; aplicações práticas da DFT mormente em estudos de correlação e análise espectral; introdução à filtragem linear adaptativa. Um objetivo central é capacitar os estudantes para a resolução de problemas de processamento de sinal e motivar para a experimentação laboratorial através do projeto, ensaio e validação prática de soluções para desafios selecionados numa abordagem de "active learning", "hands-on" e "learning-by-doing".

Resultados de aprendizagem e competências

A frequência e conclusão bem sucedida desta unidade curricular permitirá aos estudantes

-compreender o processo de amostragem e reconstrução de sinal e antecipar as suas implicações quando aplicado a sinais reais;

-projetar, implementar e testar filtros digitais FIR e IIR mediante objetivos especificados de operação e condicionamento de sinal, incluindo na filtragem adaptativa;

-dominar a DFT, suas propriedades circulares e alternativas de implementação rápida (FFT);

-saber identificar e concretizar potencialidades de aplicação da DFT, nomeadamente na filtragem FIR rápida, em estudos de correlação e na análise espectral de sinal.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Sinais e Sistemas (L.EEC015), ou equivalente

Programa

1. Caracterização e representação de sinais e sistemas discretos. Sinais discretos determinísticos e aleatórios.
2. Transformada de Fourier em tempo discreto. Propriedades e pares de transformadas.
3. Amostragem e reconstrução de sinais. Teorema da amostragem e 'aliasing'. Processamento discreto de sinais contínuos.
4. A Transformada Z. Condições de estabilidade e causalidade. Caracterização no domínio Z de sistemas discretos FIR e IIR.
5. Sistema inverso, passa-tudo, sistemas de fase mínima, linear e máxima. Sistemas FIR de fase linear.
6. Projeto de filtros discretos IIR e FIR e suas estruturas de realização.
7. Introdução à filtragem linear adaptativa.
8. A Transformada de Fourier Discreta (DFT) e suas propriedades periódicas.
9. Cálculo da DFT através da Fast Fourier Transform (FFT).
10. Aplicação da FFT na convolução FIR rápida, no cálculo da correlação e na estimação espectral.

Bibliografia Obrigatória

Alan V. Oppenheim; Discrete-time signal processing. ISBN: 0-13-083443-2

Bibliografia Complementar

Sanjit K. Mitra; Digital signal processing. ISBN: 0-07-122607-9
John G. Proakis; Digital signal processing. ISBN: 0-13-187374-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A metodologia de ensino apoia-se em aulas teóricas -T (2h/semana) e aulas laboratoriais -PL (2h/semana).

As aulas teóricas não se destinam à apresentação clássica de conteúdos. Ao invés, presumem um postura de "active learning" por parte dos estudantes já que, sempre que possível, estas aulas adotarão o princípio de "flipped classroom" segundo o qual a componente expositiva dos conteúdos teóricos será disponibilizada em vídeo e para visionamento fora das aulas.

O foco das aulas teóricas será, portanto, i) o resumo dos conteúdos teóricos da UC e, sempre que oportuno, a sua discussão e ilustração aplicada, ii) a introdução a problemas ilustrativos de aplicação dos conceitos teóricos e aos temas de trabalhos de laboratório, e iii) a motivação para Questões de Verificação como uma forma de avaliação distribuída.

As aulas laboratoriais incluem duas componentes, ambas com impacto na avaliação distribuída (AD): i) a resolução convencional, ou em ambiente Matlab, de problemas práticos, sobretudo numa perspetiva “peer-to-peer learning/teaching” (componente ponderada a 25% na AD), e ii) a realização de trabalhos laboratoriais em grupos de 4 estudantes usando uma plataforma de processamento digital de sinal em tempo-real (componente ponderada a 50% na AD).

A avaliação decorrente das aulas laboratoriais (PL) é ponderada a 75% na avaliação distribuída no final do semestre. A restante componente de 25% decorre da resposta a micro-testes rápidos (quizzes), durando 10 minutos cada, a responder via Moodle em horário extra-aula a combinar com os estudantes. A classificação de avaliação distribuída é combinada (peso de 50%) com a classificação de um exame final (peso 50%) para produzir a classificação final.

Software

Matlab

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	12,50
Exame	50,00
Trabalho laboratorial	37,50
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	60,00
Frequência das aulas	52,00
Trabalho laboratorial	26,00
Trabalho de campo	24,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

A obtenção de frequência é indispensável para acesso ao exame final.

A classificação de frequência (F) é dada aos estudantes que não excedam o limite de faltas (previsto nas Normas Gerais de Avaliação) e tenham efetuado os micro-testes online e preparado e realizado os trabalhos práticos e de laboratório solicitados para avaliação distribuída (AD).

Os micro-testes online são realizados individualmente e alguns trabalhos práticos, assim como os de laboratório, são realizados/avaliados em grupos de 4 estudantes.

Os micro-testes online (Questões de Verificação) são realizados via Moodle em horário extra-aula a combinar com os estudantes e representam 25% da AD.

Nas aulas PL, serão propostos exercícios para  realização individual, mas avaliados em grupo, numa perspetiva “peer-to-peer”, e são ponderados a 25% na AD. Os trabalhos de laboratório são avaliados pelo Docente nas aulas PL e são ponderados a 50% na AD.

Fórmula de cálculo da classificação final

O exame final consta de uma prova escrita com a duração de duas horas, sem consulta de apontamentos para além do formulário da unidade curricular.

A classificação final (C) será obtida da classificação da frequência (F>=10.0), correspondendo à classificação de AD, e da classificação da prova escrita (E>=6.0) através da fórmula

 

C = 0.5×F + 0.5×E.

 

A classificação final está condicionada à obtenção da classificação mínima de 6 valores (em 20) na prova escrita e à obtenção da classificação mínima de 10 valores (em 20) na componente de AD.

Todas as classificações referem-se à escala [0, 20].

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Nenhum estudante inscrito na unidade curricular está isento da participação nas diversas componentes previstas de avaliação distribuída. Se, por razões justificadas, e de força maior, um estudante beneficiando de estatuto especial não puder participar nessas componentes, fica sujeito à obrigatoriedade de realização de um projeto com base na plataforma de processamento de sinal adotado nas aulas laboratoriais e cujo tema e objetivos de realização devem ser acordados com o regente. Esse projeto deve ser documentado através de relatório e o seu funcionamento deverá ser demonstrado através de um exame prático laboratorial.

Melhoria de classificação

Pelo facto da classificação de frequência (F) fundamentar-se em diversas componentes avaliadas em diferentes tipos de aula e ao longo do semestre, a classificação de frequência não é passível de melhoria através de alguma modalidade de substituição no final do semestre. Em consequência, só o exame final (E) é passível de melhoria de acordo com as regras em vigor.

Observações