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Université du Québec en Outaouais Département d'informatique et d'ingénierie Si

Université du Québec en Outaouais Département d'informatique et d'ingénierie Sigle : GEN1223 Gr. 01 Titre : Analyse et traitement numérique des signaux Session : Automne 2021 Horaire et local Professeur : Baaziz, Nadia 1. Description du cours paraissant à l'annuaire : Objectifs Au terme de cette activité, l'étudiant(e) sera en mesure : d'utiliser diverses techniques d'analyse et de traitement de signaux numériques et de les appliquer à la conception de filtres numériques. Contenu Analyse spectrale : classification des signaux, représentation temporelle et fréquentielle, les signaux discrets, séries de Fourier, transformée de Fourier, spectres, corrélation des signaux. L'échantillonnage des signaux, fréquence de Nyquist et repliement de spectre, restitution du signal après échantillonnage. Les systèmes discrets, linéarité, causalité, invariance au temps, stabilité, équations aux différences, réponse impulsionnelle, convolution. La transformée en Z, analyse des systèmes LIT à l'aide de la transformée en Z. La transformée de Fourier discrète, analyse spectrale par fenêtrage et TFD, FFT. Le Filtrage numérique, filtre idéal, réponse en fréquence, conception des filtres numériques. Les filtres RIF, structures de réalisation, synthèse par fenêtrage, par échantillonnage fréquentiel et par approximation de Chebyshev. Les filtres RII, structures de réalisation, méthodes de conception, synthèse par transformation bilinéaire. Conception de filtres à l'aide d'outils CAO. Descriptif – Annuaire 2. Objectifs spécifiques du cours : Le cours couvre 5 des 12 qualités requises des diplômé(e)s telles que définies dans les normes d'agrément des programmes de génie au Canada (http://www.engineerscanada.ca/fr/ressources-en-matiere-dagrement) : a. Qualité 1 : Connaissances en génie b. Qualité 2 : Analyse de problèmes c. Qualité 4 : Conception d. Qualité 5 : Utilisation d'outils d'ingénierie e. Qualité 7 : Communication Les qualités 2 et 5 sont mesurées dans ce cours pour fins de rétroaction. Objectifs spécifiques Qualité Indicateurs Introduit Développé Appliqué • Analyser des signaux et des systèmes, TF et TZ. • Appliquer le filtrage numérique. • Concevoir des filtres numériques RIF et RII. • Utiliser des outils de MATLAB pour la conception de filtres, l'analyse de systèmes et le traitement des signaux (fvtool, fdatool, ...). 2 1. Identifier les informations connues et inconnues, et les incertitudes d'un problème. x 2 3. Choisir un modèle et appliquer l'analyse appropriée pour résoudre un problème. x 2 4. Évaluer les résultats obtenus et formuler des conclusions. x 5 2. Utiliser les outils techniques de mesure, modèles ou simulations appropriés. x 3. Stratégies pédagogiques : Toutes les activités auront lieu en mode présentiel. • Présentation du contenu par le biais de cours magistraux (3h/semaine). • Disponibilité d'une page Moodle contenant le matériel du cours et les résultats des évaluations des travaux. • Séances de travaux pratiques (TP) obligatoires : utilisation du logiciel MATLAB. • Les séances de TP auront lieu en mode présentiel sous la supervision de l’assistant(e) d’enseignement. • Les rapports de TP doivent être remis aux dates indiquées. • Un examen de mi-session et un examen final. • Communication via Moodle et courriels. Lien utile : COVID-19: Modalités de tenue des séances de travaux pratiques (TP) et de projets dans les laboratoires de génie A2021 4. Heures de disponibilité ou modalités pour rendez-vous : nadia.baaziz@uqo.ca 5. Plan détaillé du cours sur 15 semaines : Semaine Thèmes Dates 1 Chapitre I – Signaux et analyse spectrale • Définitions • Classification des signaux • Les signaux discrets • Les séries de Fourier • La transformée de Fourier • La fonction de corrélation Travail pratique 0 : Introduction à MATLAB (vendredi 17 septembre) 13 sept. 2021 2 Chapitre II – Les systèmes linéaires invariants dans le temps • Les systèmes discrets : définitions (linéarité, invariance, stabilité, causalité, ...) • Équations aux différences • Réponse impulsionnelle et convolution • Propriétés des systèmes LIT • Exemple de systèmes LIT 20 sept. 2021 3 Chapitre III – L'échantillonnage des signaux • Introduction • L'opération d'échantillonnage • La restitution du signal après échantillonnage • Le repliement de spectre • La fréquence normalisée Lire « Les exigences et consignes de sécurité durant les TP » et passer le quiz avant le TP1. Travail pratique 1 : Signaux discrets et spectres (vendredi 01 octobre) 27 sept. 2021 4 Chapitre IV – La transformation en Z • La transformée en Z : Définitions • Propriétés de la transformée en Z • La transformée en Z inverse 04 oct. 2021 • Analyse de systèmes LIT à l'aide de la transformée en Z 5 Semaine d'études 11 oct. 2021 6 Chapitre IV – La transformation en Z (suite) Travail pratique 2 : Manipulation de signaux I : sons et images (vendredi 22 octobre) 18 oct. 2021 7 Examen de mi-session (en présentiel) 25 oct. 2021 8 Chapitre V – La transformée de Fourier discrète (TFD) • Définition et propriétés de la TFD • Analyse spectrale par fenêtrage et TFD • La transformée de Fourier rapide (TFR ou FFT) • Variantes et applications Travail pratique 3 : Manipulation de signaux II : sons et images (vendredi 05 novembre) 01 nov. 2021 9 Chapitre VI – Le filtrage numérique • Introduction • Le filtre idéal • La fonction de transfert • Classification des filtres numériques • Conception des filtres numériques 08 nov. 2021 10 Chapitre VII – Les filtres à réponse impulsionnelle finie (RIF) • Définitions • Les filtres RIF à phase linéaire • Calcul de coefficients par fenêtrage (Hamming, Lanczos, ...) • Calcul par échantillonnage fréquentiel • Calcul par l'approximation de Chebyshev Travail pratique 4 : Conception de filtres RIF (vendredi 19 novembre) 15 nov. 2021 11 Chapitre VII – Les filtres à réponse impulsionnelle finie (RIF) (suite) 22 nov. 2021 12 Chapitre VIII – Les filtres à réponse impulsionnelle infinie (RII) • Définitions • Conception par transformation bilinéaire • Les filtres analogiques populaires (de Butterworth, de Ch • ebyshev, Elliptiques) Travail pratique 5 : Conception de filtres RII (vendredi 03 décembre) 29 nov. 2021 13 Chapitre VIII – Les filtres à réponse impulsionnelle infinie (RII) (suite) 06 déc. 2021 14 Chapitre IX – Les structures de réalisation des filtres • Structures de réalisation des filtres RIF (formes directes, en cascade, en treillis) • Structures de réalisation des filtres RII (formes directes 1 et 2, en cascade, en parallèle) Travail pratique 6 : Synthèse et réalisation de filtres selon la spécification (vendredi 17 décembre) 13 déc. 2021 15 Examen final (en présentiel) 20 déc. 2021 6. Évaluation du cours : Il faut obtenir une moyenne minimale de 50 % aux examens pour que les notes des travaux comptent. Outils d'évaluation Pondération Indicateurs mesurés Examen de mi-session 30 % 2.3 Examen final 40 % 2.1 et 2.3 Travaux pratiques (7) 30 % 2.4 et 5.2 Par indicateur mesuré, on entend qu'à la fin du cours, un niveau de performance (0, 1, 2, 3) est donné pour chaque indicateur et pour chaque étudiant(e) selon la grille ci-dessous. Indicateurs Niveau 0 Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3 2.1 - Identifier les informations connues et inconnues, et les incertitudes d'un problème. Identification inadéquate ou inexistante des informations connues et inconnues et des incertitudes Identification partielle des informations connues et inconnues et des incertitudes Identification adéquate des informations connues et inconnues et des incertitudes Identification exhaustive des informations connues et inconnues et des incertitudes 2.3 - Choisir un modèle et appliquer l'analyse appropriée pour résoudre un problème. Choix du modèle et analyse inacceptable Choix du modèle acceptable, mais analyse partielle Choix du modèle acceptable et analyse adéquate Choix du modèle et analyse remarquables 2.4 - Évaluer les résultats obtenus et formuler des conclusions. Évaluation et/ou conclusion inexistantes Évaluation et conclusions partielles Évaluation et conclusions acceptables Évaluation et conclusions remarquables 5.2 - Utiliser les outils, techniques de mesure, modèles ou simulations appropriés. Utilisation inadéquate ou inexistante Utilisation partielle Utilisation adéquate Utilisation remarquable 7. Politiques départementales et institutionnelles : • Politique du département d'informatique et d'ingénierie relative à la tenue des examens • Note sur le plagiat et sur la fraude • Politique relative à la qualité de l'expression française écrite chez les étudiants et les étudiantes de premier cycle à l'UQO • Absence aux examens : cadre de gestion, demande de reprise d'examen (formulaire) 8. Principales références : Références : 1. Digital Signal Processing: Principles, algorithms, and applications. John G. Proakis, Dimitris G. Manolakis. 4e édition. Prentice-Hall, 2007. 2. Traitement numérique du signal. Maurice Bellanger. 9e édition, Dunod, 2012. 3. Digital Signal Processing: A modern introduction. Ashok Ambardar. Thomson, 2007 (ISBN-534-40509-6). 4. Analyse et traitement des signaux – méthodes et applications au son et à l'image. Étienne Tisserand, Jean-François Pautex, Patrick Schweitzer. 2e édition, Dunod, 2009 (accessible en ligne à la bibliothèque de l'UQO). 9. Page Web du cours : https://moodle.uqo.ca uploads/Management/ plan-gen1223-01-automne2021.pdf