wtn

1
Procesamiento Digital para Comunicaciones,
Redes y Aplicaciones
Segunda parte
Rogelio Alcántara Silva División de Estudios de
Postgrado Facultad de Ingeniería UNAM
2
OBJETIVO

• Procesamiento Digital
• Comunicaciones
• Redes de Comunicación
• Convergencia
• Multidisciplinario

3
Indice Presentación

• SP en Comunicaciones
• SP en Redes de Comunicación
• Convergencia Multidisciplinario
• Comentarios Finales

4
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Integration of Media
• Multimedia Compresión
• Compressed Domain Processing
• Joint Audio-Video Processing

5
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Multimedia Databases
• Indexing, Retrieval, and Archiving
• Authoring and Editing
• Digital Library

6
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Multimedia System Design and Implementation
• Parallel Architecture
• ASIC design
• Software and Hardware design
• System Integration

7
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Human-Machine Interface Perception
• Content Recognition/Analysis/Synthesis
• Multimodal Interaction
• Perception Quality and Human Factors

8
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Multimedia Communications
• Equalization and Synchronization
• Transport Protocol
• QoS Control
• Error Concealment and Loss Recovery
• Rate Control and hierarchical Coding

9
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Multimedia Applications
• WWW and Hypermedia
• Videoconferencing and Collaboration
• Environment
• Education and Distant Learning

10
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Multimedia Applications
• Telemedicine
• Home-Shopping, Gaming and Virtual Reality
• SDTV, HDTV, SHDTV and Video on Demand

11
Clasificación MMSP - TC SP7 IEEE

• Standards and Related Issus
• ITU-T H-Series Standards for Audiovisual
  Communication
• MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. MPEG-7, etc.
• MHEG, DAVIC
• HTML, VRML, and others

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Procesadores de Señal Multimedia

• Para el Procesamiento de Señales Multimedia
  (MMSP) ningún algoritmo es realmente útil a menos
  que haya una implementación eficiente para el
  mismo.
• Algoritmos/Arquitectura/Metodología

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SP y Estandarización

• Ley-A/Leymu PCM
• Facsimil Grupo 3
• Compact Disc
• G.721, H.261
• JPEG, MPEG-1, y MPEG-2

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Procesamiento Voz, Audio, Acústico para
Multimedia

• Compresión Señales Voz y Audio
• Síntesis de Voz
• Procesamiento Acústico y Control de Eco
• Cancelación de Eco en la Red

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Procesamiento de Señales para Redes Multimedia

• Problemas transmisión en tiempo-real de datos
  multimedia sobre redes de paquetes
• Técnicas de compresión
• Protección de derechos propiedad intelectual (IPR)

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Implementación de Procesadores Multimedia

• MMSP involucra el procesamiento conjunto de
  información digital.
• Audio y voz
• Indexación/búsqueda b/contenido
• Gráficas 2-D, 3-D y 4-D

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Características Algoritmos MMSP

• Cálculo intensivo/operaciones regulares
• Acceso a memoria y E/S intensiva
• Complejidad de control alta

18
Arquitecturas en base MMSPs

• ASIC, Función específica
• SIMD, Paralelismo de datos
• -SIMD, ALU-particionada
• VLIW, Paralelismo n/instrucción

19
Arquitecturas en base MMSPs

• MIMD, // n/Tarea n/dato
• Adaptación de procesadores programables
• Arquitecturas coprocesador // y adaptación
  
  
  

20
Metodología de Diseño SP y MMSP

• Sistemas
• Hardware-Software Co-Design
• Embebidos
• Distribuidos
• Orientado a Objetos (Java/CORBA)

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Herramientas Analíticas
• Herramientas de Implementación
• Milestones Tecnológicos

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Herramientas Analíticas Para
• Compresión
• Codificación por Transformada
• Filtrado
• Cancelación de Ruido
• Detección y Estimación
• Evaluación del Desempeño

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Herramientas de Implementación Para
• VLSI
• Arreglos Sistólicos
• ASICs, FPGAs, etc.

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Milestones Tecnológicos en
• Codificadores de Voz y Video
• Modems
• Igualadores de Canal
• Arreglos de Antena

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Comunicarse con anyone, anywhere, anytime, AAA
• Avances en Semiconductotres
• Integración de dispositivos de CC
• Acceso a Internet - WWW
• Proliferación de enlaces inalámbricos
• Demanda Servicios Celulares Móbiles

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sub-áreas TC SPCOM IEEE 1999
• Codificación Canal/Fuente, compresión y
  cuantización
• Estimación de Canal, Igualación, y Sincronización
• Arreglos de Antena para Comunicaciones
• Redes y Técnicas Multi-Usuario

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sub-áreas TC SPCOM IEEE 1999
• Transmisión Multiportadora y Banda Ancha
• Modulación, Multiplexaje, y Supresión de
  Interferencia
• Desempeño, Sistemas de aplicación Específica, e
  Implementación

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• SP Impacta la Tecnología de las
  Telecomunicaciones
• Lo cual incrementa la Necesidad de
• Algoritmos SP sofisticados
• Software/Hardware SP
• SP contribuye revolución comunicaciones

29
Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales

30
Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Primeros Bloques
• Codificación Fuente/Canal
• Modulación

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Bancos de Filtros Multirate - Descomposición
  Multiresolución de Señales T-F para
• Asignación Flexible de Tasas de bit /subbandas
• (audio coders tc MPEG Layer III)
• Compresión con Pérdida - efectos de bloque
• (JPEG, lapped orthogonal transforms)
• Codificación Fuente Sin Pérdida Desempeño
• (Transformadas biortogonales)

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Geometría Fractal y Sistemas Dinámicos No
  Lineales para Metas a Largo Plazo
• Compresión Basada en Fractales
• Modulación p/transmisión sobre canales de
  duración y ancho de banda inciertas
• Solitons como señales portadoras
• Sistemas caóticos para la codificación de control
  de errores analógicos de baja complejidad

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Propagación de Señales portadoras a través de
  canales dispersivos -sufren distorsiones por
  interferncias co-canal o intersímbolos
• Necesario mitigar errores de propagación y de
  recepción

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Estimación de Canal
• Igualación de Canal
• Sincronización de Portadora
• Adquisición de Temporización de Símbolos

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Igualación de Canal
• Con Secuencia de Entrenamiento
• Auto-recuperada o Ciega
• sin interrupción de transmisión
• canales c/variaciones rápidas

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Los Igualadores de Canal son Componentes
  Estándares en muchos Receptores de Comunicación
• Global System for Mobile C., GSM
• Teléfonos Celulares
• TV por Cable

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Micro Ondas Digitales
• Enlaces Inalámbricos
• Modems para Voz en Banda Base
• (1950 1200 bps analógico - Actual Digital 50 -w
  )

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Arreglos de Antena - Recepción con
  MúltiplesSensores
• Información de Dirección
• Diversidad y Flexibilidad en el Diseño
• de Redes Inálámbricas (WN)
• Incremento de Capacidad
• Supresión de Interferencias Direccionales

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Arreglos de Antena - Antenas Inteligentes
• Incremento de Capacidad
• Incremento en la Supresión de Interferencias
  Direccionales, co-canal
• Baja y Alta Mobilidad de Usuarios - Doppler,
• Multitrayecto, e Interferencia

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Arreglos de Antena - Aplicaciones
• Direccionales Adaptativas para TDMA
• Sistemas Celulares para CDMA
• Receptores Espacio -Temporales restauran
• auto.coherencia, alfabetos finitos, módulo cte.

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Spread Spectrum Digital
• Eliminación de Interferencias
• Dependientes del Tiempo
• Características de Propagación Variantes con el
  Tiempo
• Técnicas Tiempo - Frecuencia

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Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Comunicaciones Multiportadora
• UTP DSL para la última milla al cliente
• OFDM Inalámbrica par Estándares Multimedia y
  Broadcasting de Audio/Video Digital de 3d
  Generación

43
Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Comunicaciones Multiportadora
• Estructuras de Bancos de Filtros
• Sistemas Mono y Multi Usuario
• Con y Sin Información del Status del Canal

44
Procesamiento de Señales para Comunicaciones

• Sistema de Comunicaciones Digitales
• Comunicaciones Multi-Usuario -Detección
  Multi-Usuario para CDMA
• (multiplexaje estadístico uso de todo el ancho
  de banda de las céldas)
• Filtros Acoplados
• Canceladores de Interferencia
• Detectores Multi-Usuario L/NL (semiblind)

45
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Drámaticos Cambios de las Telecomunicaciones
  Modernas
• Aparición de dispositivos de Comunicaciones y de
  Cálculo
• Amplio uso de Internet
• Ofrecen al Usuario, entre otros servicios
  Teleconferencia, Video-en-Demanda, WWW, Teléfono
  p/Internet, etc.

46
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Al Mismo Tiempo
• La Proliferación del Acceso Inalámbrico
• Fuerza Conductora de la Evolución de las
  Telecomunicaciones Globales
• Es Posible en el Futuro Próximo comunicarse con
  AAA ?

47
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Retos Tecnológicos
• Nuevas Teorías
• Sofisticadas Técnicas SP

48
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Cuales son los Nuevos Problemas SP en el Diseño
  de Redes de ComunicacionesMultimedia ?
• Enlaces Opticos de Alta -Velocidad
• Inalámbricos
• Cable
• DSL

49
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• La Respuesta Necesita Examinar las Tendencias en
  las Comunicaciones Actuales
• Diversidad Necesidades Comunicación
• Fuentes Diferentes Tipos
• Datos
• Voz
• Video

50
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Clasificación del Tráfico no Clara
• (repentino o estacionario)
• Diferentes Tasas de Conexión
• (constante o repentina )
• Requerimientos de QoS Diferentes
• (no uniforme p/usuarios m/enlace)

51
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Algunas Comunicaciones Requieren
• Bajas Tasas de Error
• Otras, Bajas Latencias
• Otras, Alta Calidad para Datos y Baja Latencia
  para el Resto

52
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Naturaleza Variante con el Tiempo de Muchas
  Comunicaciones
• En Canales Inalámbricos Dispersión e
  Interferencia
• En Algunas Redes Cableadas También
• Las Fuentes También son Variantes con el Tiempo -
  Tráfico Variante

53
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones
La Naturaleza Variante con el Tiempo y la
Diversidad de las Comunicaciones Demandan que
los Receptores para las Redes de Comunicaciones
Multimedia sean Adaptables
54
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Adaptables a
• Patrones de Tráfico
• Variaciones del Canal
• Requerimientos Variables de QoS

55
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Receptores Requerirán Incorporar
• Información de
• Señales de Entrenamiento
• Cualitativa y Embebida en la Señal
• (auto-aprendizajeo SP blind o semi-blind)

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Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• SP en Redes de Comunicaciones
• Igualadores de Canal para Redes ATM Inalámbricas
  - Capa Física (Incorporando Información de
  Protocolos de Capas más Altas)
• Diseño de Estrategias de Control de Acceso al
  Medio (MAC) - Sub-Capa MAC (SP mejora el
  Throughput de la Red)

57
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• ATM Inalámbrico
• (Wireless Asynchronous Transfer Mode)
• Flexibilidad de Asignación del Ancho de Banda en
  Demanda - Tráfico Multimedia
• Celdas de Tamaño Pequeño Adecuadas a la
  Protección contra Errores
• Pb. Alto Overhead

58
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Igualación de Canal en ATM Inalámbrico
• IC con Secuencias de Entrenamiento
• Alto Overhead
• Igualadores Ciegos (Blind) de Canal
• Utilización parte fija del encabezado de las
  celdas ATM ? Si/No
• Depende del Protocolo MAC

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Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Resolución de Colisiones en Redes de Acceso
  Aleatorio
• MAC Regula el Acceso al Enlace Físico
  Compartido, y Reside en una Sub-Capa Arriba de la
  Física
• Demanda de Asignación de MAC
• MAC de Acceso Aleatorio

60
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• Ejemplos de Protocolos MAC
• ALOHA
• CSMA/CD (Carrier-sense multiple-access with
  collision detection)
• usuario sensa el canal y transmite si no hay otra
  transmisión activa
• usuario aborta transmisión y espera un tiempoa
  aleatorio antes retransmitir

61
Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• En Redes Inalámbricas
• Fading y otras averías hacen difícil determinar
  si hay otro usuario activo
• Por tanto se Presentan Colisiones
• Pb. CSMA/CD pérdida Throughput
• SP Puede Mejorar el Desempeño de la Red
  Resolviendo Colisiones

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Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• En Resumen
• SP penetra las 7 Capas de la Estructura de la Red
• Desde el Diseño del Receptor
• Hasta la Representacion y Compresión de Datos

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Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• En Resumen
• El Diseño de Redes puede Beneficiarse del SP
  Avanzado
• Asignación de Recursos Eficientes de Red
  Requieren de la Predicción y de la Estimación de
  Patrones de Tráfico
• Modelado de Tráfico de Redes Multimedia

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Procesamiento de Señales para Redes de
Comunicaciones

• En Resumen
• El Contexto de los Problemas del SP en Redes es
  Diferente, pero los Fundamentos son los Mismos
• Sin Duda, el SP Jugará un Rol más Importante en
  el Diseño de Redes de Comunicaciones y de
  Computadoras Globales de la Próxima Generación

65
Procesamiento - Transmisión Aplicaciones -
Servicios
Muchas gracias por su atención !!!!!