GEL-4101 : Traitement numérique du signal

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1 Faculté des sciences et de génie Département de génie électrique et de génie informatique PLAN DE COURS GEL-4101 : Traitement numérique du signal NRC Hiver 2016 Préalables : GEL 3003 ET STT 2920 Mode d'enseignement : Présentiel Temps consacré : Crédit(s) : 3 Ce cours aborde quelques notions de traitement numérique du signal : la synthèse de filtres numériques, l'estimation spectrale, les méthodes paramétriques de traitement numérique du signal et le traitement adaptatif du signal. Il permet à l'étudiant de maîtriser des techniques sophistiquées en les appliquant sur des signaux réels à l aide de cartes de traitement numérique du signal. Plage horaire Cours en classe mardi 08h30 à 11h20 PLT-2510 Du 11 janv au 22 avr Laboratoire (24164) vendredi 13h30 à 16h20 PLT-3103 Du 11 janv au 22 avr Il se peut que l'horaire du cours ait été modifié depuis la dernière synchronisation avec Capsule. Vérifier l'horaire dans Capsule Site de cours Coordonnées et disponibilités Paul Fortier Enseignant PLT-2116 Paul.Fortier@gel.ulaval.ca poste 4548 Université Laval Page 1 de 10

2 Soutien technique Pour recevoir du soutien technique relatif à l'utilisation du Portail des Cours, contactez : Comptoir LiberT (FSG) Pavillon Adrien-Pouliot, Local 3709 aide@fsg.ulaval.ca poste 4651 Session d'automne et hiver Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 16h45 Session d'été Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h45 Université Laval Page 2 de 10

3 Sommaire Description du cours... 4 Lien avec le programme... 4 Objectifs... 4 Déroulement du cours... 4 Contenu... 4 Contenu et activités... 4 Évaluations et résultats... 5 Modalités sur les laboratoires... 5 Détails sur les modalités d'évaluation... 6 Échelle des cotes... 6 Modalités d'évaluation... 6 Informations détaillées sur les évaluations sommatives... 7 Examen partiel... 7 Examen final... 7 Devoir Devoir Devoir Devoir Devoir Devoir Laboratoire Laboratoire Laboratoire Laboratoire Laboratoire Laboratoire Laboratoire Laboratoire Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques... 9 Politique sur le plagiat et la fraude académique... 9 Étudiants ayant un handicap, un trouble d apprentissage ou un trouble mental... 9 Matériel didactique Notes de cours Médiagraphie et annexes Bibliographie Université Laval Page 3 de 10

4 Description du cours Lien avec le programme Ce cours participe à la poursuite des objectifs suivants : connaître les technologies pertinentes aux divers champs d'application du génie électrique; exploiter les connaissances acquises pour la conception et la réalisation de systèmes dans les différents champs d'application du génie électrique. acquérir une approche scientifique dans la résolution des problèmes; développer l'ouverture sur des champs d'applications tels que la fabrication de matériel d'ordinateur, la conception de logiciels complexes, la commande industrielle, la conception et la fabrication assistées par ordinateur, l'instrumentation et la mesure, les systèmes intelligents,le multimédia, la réalité virtuelle ou encore les communications numériques; connaître et exploiter les fondements de la dynamique des systèmes en général et de l'architecture et de l'organisation des systèmes informatiques en particulier; Objectifs A la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure : de concevoir des filtres numériques appropriés pour diverses applications usuelles, y compris dans un contexte multicadence; de comprendre les algorithmes de traitement de signal usuels et leurs variantes, d'en apprécier la complexité et les limitations en pratique, d'en développer des réalisations appropriées en logiciel et sur processeur de traitement de signal. Déroulement du cours L'enseignement est de type magistral à raison de 3 heures par semaine et comporte une séance de laboratoire hebdomadaire. Les calculatrices approuvées par la faculté sont permises aux examens. Les notes de cours et autres documents pertinents sont permis aux examens. Contenu Introduction (3 h): Traitement du signal, transition de l'analogique vers le numérique, historique. Traitement numérique. Nature des signaux. Rappel sur les signaux et systèmes discrets. Systèmes linéaires invariants dans le temps (3 h) : Réponse en fréquence : phase et délai, équations aux différences, réponse en fréquence 1er et 2e ordres. Systèmes passe-tout : filtres passe-tout du premier ordre, filtres passe-tout du second ordre. Systèmes à phase minimale : relation magnitude-phase, filtre à phase minimale. Structures des systèmes à temps discret (6 h) : Structures pour systèmes à RIF : structures à forme directe, structures en cascade, filtres en treillis. Structures pour systèmes à RII. Effets de la précision numérique finie : formats arithmétiques, effets de quantification des coefficients. Conception de filtres à RII (3 h) : Conception des filtres discrets à RII à partir des filtres continus : méthode d'invariance à l'impulsion, transformation bilinéaire. Filtres RII continus : filtres de Butterworth, filtre de Tchebychev, filtres elliptiques. Transformations de filtres passe-bas. Conception de filtres à RIF (3 h) : Rappel de la méthode de fenêtrage. Approximation optimale des filtres RIF : approximation optimale, algorithme de Parks-McClellan, solution de l algorithme de Parks-McClellan. Exemples d utilisation. Traitement multicadence (3 h) : Filtre polyphase : décomposition polyphase, filtres intégrateur-peigne cascades (IPC), filtres polyphases d'interpolation et de décimation. Bancs de filtres multicadence : bancs de filtres, filtres miroir en quadrature, élimination du recouvrement et reconstruction parfaite. Analyse spectrale (5 h) : Analyse spectrale utilisant la TFD. Transformée de Fourier dépendant du temps : spectrogramme, analyse de signaux non-stationnaires. Périodogramme. Analyse spectrale utilisant l estimée de la séquence d autocorrélation. Traitement paramétrique (5 h) : Modélisation de signaux : modèle tout-pôle, modèles déterministes et aléatoires. Estimation de la fonction de corrélation. Ordre du modèle. Analyse spectrale tout-pôle. Équations d autocorrélation normales. Filtres en lattice. Traitement adaptatif (5 h) : Systèmes adaptatifs linéaires. Recherche sur la surface de gradient. Algorithme LMS. Applications. Université Laval Page 4 de 10

5 Contenu et activités Le tableau ci-dessous présente les semaines d'activités prévues dans le cadre du cours. Titre Sections du cours Introduction Systèmes linéaires invariants dans le temps Structures des systèmes à temps discret Conception de filtres à RII Conception de filtres à RIF Traitement multicadence Analyse spectrale Traitement paramétrique Traitement adaptatif Devoirs Devoir 1 Devoir 2 Devoir 3 Devoir 4 Devoir 5 Devoir 6 Laboratoires Laboratoire 0 Laboratoire 1 Laboratoire 2 Laboratoire 3 Laboratoire 4 Laboratoire 5 Laboratoire 6 Laboratoire 7 Laboratoire 8 Date Note : Veuillez vous référer à la section Contenu et activités de votre site de cours pour de plus amples détails. Évaluations et résultats Modalités sur les laboratoires Règlement sur la sécurité dans les laboratoires du Département de génie électrique et de génie informatique et formation sur les dangers de l'électricité Le Département de génie électrique et de génie informatique a adopté un règlement sur la sécurité dans ses laboratoires. Université Laval Page 5 de 10

6 Ce règlement est disponible à l'adresse : Tous les étudiants sont priés de respecter celui-ci scrupuleusement. Par ailleurs une formation sur les dangers de l'électricité est offerte aux étudiants à chaque début de session. Certains cours exigent que cette formation soit suivie avant le début des laboratoires. Les étudiants qui n'auront pas suivi cette formation se verront refuser l'accès aux laboratoires. Détails sur les modalités d'évaluation GEL-4101 Un examen partiel (33%), un examen final (39%), une série de devoirs (12%) et des travaux pratiques (16%). GEL-7012 Un examen partiel (33 points), un examen final (39 points), une série de devoirs (12 points), des travaux pratiques (16 points) et un mini-projet (15 points). La note finale sur 115 points est ramenée à une note sur 100. Échelle des cotes Cote % minimum % maximum A A 86 89,99 A ,99 B ,99 B 77 79,99 B ,99 Cote % minimum % maximum C ,99 C 65 69,99 C ,99 D ,99 D 50 54,99 E 0 49,99 Modalités d'évaluation Sommatives Titre Date Mode de travail Pondération Examen (Somme des évaluations de ce regroupement) 72 % Examen partiel Examen final Le 8 mars 2016 de 08h30 à 11h20 Le 26 avr de 08h30 à 11h20 33 % 39 % Travaux (Somme des évaluations de ce regroupement) 12 % Devoir 1 Dû le 29 janv à 16h00 2 % Devoir 2 Dû le 12 févr à 16h00 2 % Devoir 3 Dû le 26 févr à 16h00 2 % Devoir 4 Dû le 25 mars 2016 à 16h00 2 % Devoir 5 Dû le 8 avr à 16h00 2 % Devoir 6 Dû le 19 avr à 16h00 2 % Université Laval Page 6 de 10

7 Titre Date Mode de travail Pondération Laboratoire (Somme des évaluations de ce regroupement) 16 % Laboratoire 1 Dû le 2 févr à 16h00 2 % Laboratoire 2 Dû le 9 févr à 16h00 2 % Laboratoire 3 Dû le 16 févr à 16h00 2 % Laboratoire 4 Dû le 23 févr à 16h00 2 % Laboratoire 5 Dû le 22 mars 2016 à 16h00 2 % Laboratoire 6 Dû le 5 avr à 16h00 2 % Laboratoire 7 Dû le 12 avr à 16h00 2 % Laboratoire 8 Dû le 19 avr à 16h00 2 % Informations détaillées sur les évaluations sommatives Examen partiel Date et lieu : Le 8 mars 2016 de 08h30 à 11h20, PLT-2510 Pondération : 33 % Matériel autorisé : 1 feuille 8.5" x 11" recto-verso Examen final Date et lieu : Le 26 avr de 08h30 à 11h20, PLT-2510 Pondération : 39 % Matériel autorisé : 2 feuilles 8.5" x 11" recto-verso Devoir 1 29 janv à 16h00 Devoir 2 12 févr à 16h00 Devoir 3 26 févr à 16h00 Université Laval Page 7 de 10

8 Devoir 4 25 mars 2016 à 16h00 Devoir 5 8 avr à 16h00 Devoir 6 19 avr à 16h00 Laboratoire 1 2 févr à 16h00 Laboratoire 2 9 févr à 16h00 Laboratoire 3 16 févr à 16h00 Laboratoire 4 23 févr à 16h00 Laboratoire 5 Université Laval Page 8 de 10

9 22 mars 2016 à 16h00 Laboratoire 6 5 avr à 16h00 Laboratoire 7 12 avr à 16h00 Laboratoire 8 19 avr à 16h00 Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques La politique sur l'utilisation d'appareils électroniques de la Faculté des sciences et de génie peut être consultée à l'adresse : Politique sur le plagiat et la fraude académique Règles disciplinaires Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'université Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à 32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante: Plagiat Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de: i. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source; ii. résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en mentionner la source; iii. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance; iv. remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant); v. remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires. L'Université Laval étant abonnée à un service de détection de plagiat, il est possible que l'enseignant soumette vos travaux pour analyse. Étudiants ayant un handicap, un trouble d apprentissage ou un trouble mental Université Laval Page 9 de 10

10 Les étudiants qui ont une lettre d'attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent impérativement se conformer à la politique d'accommodations scolaires aux examens de la Faculté des sciences et de génie qui peut être consultée à l'adresse : Matériel didactique Notes de cours Version du 11 avril Notes de cours. Médiagraphie et annexes Bibliographie Référence principale (obligatoire): A. V. Oppenhein et R. W. Schafer, Discrete-Time Signal Processing, 3rd ed. Prentice-Hall Références secondaires: J. G. Proakis et D. G. Manolakis, Digital Signal Processing, 4th ed. Prentice-Hall S. K. Mitra, Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach. McGraw-Hill, U. Meyer-Baese, Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, 2nd ed Université Laval Page 10 de 10