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INVESTIGACIÓN EN DISEÑO DE GUÍAS DOCENTES ADAPTADAS AL EEES: PROCESADORES DIGITALES DE SEÑAL Francisco A. Pujol López Depto. Tecnología Informática y Computación Universidad de Alicante RESUMEN La asignatura Procesadores Digitales de Señal es una asignatura optativa de tercer curso de ITTSI. Esta asignatura realiza una revisión de las últimas tendencias en dispositivos multimedia desde una perspectiva práctica. La investigación en esta subred de la red general “Grupo de trabajo para el diseño curricular de tercer curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen” tiene como objetivo principal el diseño de la Guía Docente de la asignatura Procesadores Digitales de Señal. El resultado final de este trabajo se plasmará en la guía docente de la asignatura, donde se especificarán claramente los objetivos, las competencias, los contenidos, la metodología docente, la evaluación, etc. Palabras claves: ECTS, Proceso de Convergencia, Investigación Educativa. 1 INTRODUCCIÓN A fin de alcanzar las metas que nos plantea el Espacio Europeo de Educación Superior, la Universidad de Alicante está preparando y adaptando su metodología docente al Sistema Europeo de Transferencia de Créditos (ECTS). La Escuela Politécnica Superior (EPS) de la Universidad de Alicante también está participando activamente en este proceso para adaptar sus titulaciones al EEES. En este curso 2007-2008 se ha creado la red de investigación docente “Grupo de trabajo para el diseño curricular de tercer curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen” con el que se pretende realizar un estudio en cuanto al diseño curricular, metodologías de aprendizaje y modelos de evaluación, en las asignaturas de tercer curso de esta titulación técnica. De esta forma, la titulación de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen (ITTSI) completa el diseño de guías docentes de todos los estudios, con lo que consideramos que está plenamente preparada para el cambio hacia el Espacio Europeo de Educación Superior. A lo largo de este trabajo se van a resumir los aspectos principales de la investigación en cuanto a diseño curricular que se ha realizado para la asignatura Procesadores Digitales de Señal a lo largo del curso 2007/2008. 2 MARCO TEÓRICO Y OBJETIVOS A lo largo de nuestra titulación, el tratamiento digital de señales es objeto de estudio de importancia fundamental para los estudiantes de ITTSI. Constituye la base de lo que conocemos como electrónica de consumo, sistemas multimedia, telefonía IP, equipos Hi-Fi, procesamiento de imágenes y, actualmente, se empieza a utilizar incluso en aplicaciones domésticas (domótica). Por tanto, la necesidad de que los alumnos adquieran competencias suficientes en esta disciplina resulta evidente. En cierta medida, el espectacular desarrollo y popularización experimentado por el tratamiento digital de señal ha sido debido a la aparición de hardware especializado que permite ejecutar las operaciones necesarias de forma eficiente y, en particular, la utilización de los procesadores digitales de señal o DSPs ha resultado decisiva. Los Procesadores Digitales de Señal (DSP) son un tipo especial de microprocesador específicamente diseñado para realizar tareas de tratamiento digital de señal; en general, estas tareas se deben realizar en tiempo real. Los DSPs están pensados para funciones específicas, realizándolas de forma muy rápida, con un coste muy bajo y con poco espacio y consumo de potencia. Algunos de los dispositivos cotidianos que incorporan DSPs incluyen: teléfonos móviles, reproductores DVD, equipamiento de audio (equipos Hi-Fi, CD-Walkmans, reproductores MP3, tarjetas de sonido, etc.), consolas de videojuegos (Playstation, etc.), automóviles (por ejemplo: sistema de frenado ABS), módems, dispositivos GPS, etc. La asignatura Procesadores Digitales de Señal es una asignatura optativa de tercer curso de ITTSI. Su carga crediticia y otros detalles se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Descripción de la asignatura Procesadores Digitales de Señal CÓDIGO 7055 TIPO Optativa CRÉDITOS 7,5 CRÉDITOS ECTS 6,25 – 7,5 CUATRIMESTRE Segundo DEPARTAMENTO Tecnología Informática y Computación ÁREA Arquitectura y Tecnología de Computadores La asignatura optativa Procesadores Digitales de Señal realiza una revisión de las últimas tendencias en dispositivos multimedia desde una perspectiva práctica, mostrando modelos y técnicas actuales e identificando sistemas comerciales reales, como los reproductores MP3, los sistemas GPS o los teléfonos móviles. Para ello, en el aula se trabajará con artículos que muestren de forma práctica cómo se utilizan los conceptos tratados en clase de teóricamente. Además, se propondrán debates para que el alumno participe de forma activa en el desarrollo de las clases. La evaluación, por tanto, será continua. En cuanto al contexto académico de la asignatura, ésta está estrechamente relacionada con las materias que engloban el tratamiento digital de señales, y la codificación de audio y video, en las que se estudian los algoritmos que luego serán implementados con los DSPs. A nivel conceptual también está ligada con las asignaturas que trabajan las comunicaciones digitales, en la que se describen distintos sistemas de comunicación, de los que los procesadores de señal son uno de sus elementos básicos. Esta asignatura está incluida en dos de las tres intensificaciones que posee la titulación actualmente: Sistemas Audiovisuales e Ingeniería Acústica. En estas intensificaciones se cuenta con una oferta de 7 asignaturas en cada una de ellas, de las que el alumno deberá cursar 5 para completar la intensificación. A continuación se enumeran las asignaturas con las que Procesadores Digitales de Señal interactúa de manera directa: Asignaturas de 1er curso Troncales • Electrónica digital Obligatorias • Computadores • Fundamentos de Programación • Inglés Técnico Asignaturas de 2º curso Troncales • Fundamentos Matemáticos II • Sistemas Lineales Asignaturas de 3er curso Troncales • Tratamiento Digital de Imágenes • Tratamiento Digital de Audio Optativas Intensificación en Sistemas Audiovisuales Las asignaturas que comprenden esta intensificación, además de Procesadores Digitales de Señal, son: • Redes de ordenadores • Radiodifusión y televisión por cable • Sistemas audiovisuales avanzados • Laboratorio de vídeo • Instrumentos ópticos Intensificación en Ingeniería Acústica Las asignaturas que comprenden esta intensificación, además de Procesadores Digitales de Señal, son: • Síntesis digital del sonido • Técnicas de reconocimiento y síntesis del habla • Acondicionamiento acústico • Aislamiento acústico • Redes de ordenadores En esta subred de la red general “Grupo de trabajo para el diseño curricular de tercer curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen” el objetivo principal es el diseño de la Guía Docente de la asignatura Procesadores Digitales de Señal. El modo de trabajo y cómo se ha procedido se muestra en el apartado siguiente. 3 MÉTODO Y PROCESO DE INVESTIGACIÓN En este ámbito de los créditos ECTS, el proyecto que se plantea por parte de la red general tiene como objetivo principal llevar a cabo la adaptación de todas las asignaturas de 3er curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Sonido e Imagen) a este sistema de créditos europeos. En el marco particular de la asignatura Procesadores Digitales de Señal la metodología y plan de trabajo son los siguientes: • Definición de los perfiles profesionales de la titulación a partir del Libro Blanco de Telecomunicaciones. • Definición de los objetivos del título ITTSI y de las competencias comunes a la titulación de ITTSI y tercer curso en particular • Adaptación del programa de la asignatura Procesadores Digitales de Señal al sistemade créditos ECTS. • Diseño de la Guía Docente de la asignatura Procesadores Digitales de Señal. • Valoración del tiempo dedicado por los alumnos en esta asignatura, coordinado con el resto de las asignaturas de tercer curso de ingeniería de telecomunicación. • Extracción de conclusiones. En este momento se han completado ya todas las fases, y el equipo de trabajo integrante de la red se encuentra revisando y corrigiendo la guía docente, con lo que los objetivos iniciales de esta red están siendo plenamente satisfechos en el plazo previsto. 4 RESULTADOS Como se ha comentado en el apartado anterior, el resultado final de este trabajo se plasmará en la guía docente de la asignatura, donde se especificarán claramente los objetivos, las competencias, los contenidos, la metodología docente, la evaluación, etc. Con el trabajo realizado hasta el momento, los resultados obtenidos se muestran a continuación. 4.1 Definición de competencias y objetivos OBJETIVOS/COMPONENTES COMPETENCIALES CONCEPTUALES (SABER) OC1: Analizar el tratamiento de la información multimedia desde el punto de vista de la arquitectura de computadores. OC2: Exponer las características de las arquitecturas de los Procesadores Digitales de Señal (Digital Signal Processor, DSP). OC3: Conocer el papel de los DSPs en los sistemas de comunicación y el estado actual de estas tecnologías. OC4: Definir la problemática asociada al desarrollo de los sistemas en los que se requiere funcionamiento en tiempo real y las características que los diferencian de otros sistemas electrónicos. OC5: Describir diferentes sistemas reales que necesitan de DSPs para su funcionamiento. OC6: Enseñar técnicas de tratamiento de señales de audio y vídeo sobre Procesadores Digitales de Señal. OC7: Conocer los fundamentos tecnológicos asociados al acceso a Internet de banda ancha (ADSL, cable-módem), enfatizando el uso de DSPs para su correcto funcionamiento. OC8: Analizar la evolución histórica y los principios de funcionamiento de los sistemas de telefonía móvil (analógica, GSM, 3G, etc.), mostrando sus características fundamentales. OC9: Describir el estado actual de la tecnología en sistemas de localización, particularizando en el sistema GPS, su filosofía de trabajo y su relación con los DSPs. OBJETIVOS/COMPONENTES COMPETENCIALES PROCEDIMENTALES (SABER HACER): OP1: Saber utilizar diferentes herramientas de desarrollo de aplicaciones para sistemas que incluyan procesadores digitales de señal de altas prestaciones. OP2: Diseñar sistemas electrónicos dotado de DSPs y ser capaz de programarlos adecuadamente. OP3: Identificar las características más relevantes a la hora de seleccionar un DSP de coma fija o coma flotante. OP4: Adaptar técnicas básicas de tratamiento digital de señal al entorno de trabajo en tiempo real: FFT, correlación, convolución. OP5: Entender y saber utilizar técnicas avanzadas de tratamiento digital de señal aplicadas a tiempo real: modulación GMSK, filtrado adaptativo, generación de ruido pseudoaleatorio. OP6: Aplicar algunas técnicas sencillas para manipular audio de forma digital, desarrollando aplicaciones en tiempo real basadas en DSPs. OP7: Desarrollar metodologías adecuadas para el análisis y diseño de los sistemas basados en DSPs. OP8: Investigar los proveedores de Internet de banda ancha en España y Europa y saber reconocer las ventajas y limitaciones que posee la tecnología actual en este campo. OP9: Diferenciar los diferentes sistemas de telefonía móvil existentes hoy en día, así como sus fundamentos tecnológicos subyacentes. OP10: Emplear herramientas de verificación específicas para comprobar que una aplicación cumple sus restricciones temporales. OBJETIVOS/COMPONENTES COMPETENCIALES ACTITUDINALES (SER/ESTAR): OA1: Valorar la importancia de los procesadores digitales de señal en los sistemas electrónicos actuales. OA2: Discutir la necesidad de los lenguajes y librerías de programación en tiempo real como base de una amplia clase de dispositivos multimedia. OA3: Trabajar en equipo para la resolución de problemas y desarrollo de sistemas basados en DSPs. OA4: Asumir responsabilidades y compromisos en el trabajo personal. OA5: Colaborar en el mantenimiento y buen uso del material de laboratorio. OA6: Participar en las clases de manera activa, formulando preguntas y debatiendo sobre las cuestiones que se planteen. 4.2 Bloques de contenidos de aprendizaje. Estructura El programa propuesto consta de dos bloques temáticos. El primero consta de dos temas y el segundo de tres. Tabla 2. Bloques temáticos de la asignatura de Procesadores Digitales de Señal. BLOQUE TEMÁTICO TEMAS Tema 1. Conceptos básicos. Evolución histórica de los DSPs. I. Introducción Tema 2. Arquitecturas de Procesadores Digitales de Señal. Diseño de sistemas basados en DSPs. Tema 3. Acceso a Internet de banda ancha. Tema 4. Telefonía móvil. II. Aplicaciones de los DSPs Tema 5. Otras aplicaciones. 4.3 Metodologías y Estrategias de Aprendizaje 4.3.1 Metodología docente La nueva estructura de las titulaciones se acompaña de una profunda renovación de los métodos docentes, con la aplicación de un nuevo modelo de enseñanza y aprendizaje. Se trata de conseguir unos objetivos de formación que contemplen tanto la adquisición de conocimientos como la capacitación de los alumnos para seguir estudiando (competencias académicas y profesionales). La clase magistral tiene un papel importante pero no exclusivo en la transmisión de conocimientos y se va a complementar con otros procesos. Concretamente, las actividades que se proponen son las siguientes, distinguiendo entre clases presenciales y no presenciales. Clases presenciales Combinan los siguientes aspectos: • Presentación de los temas por parte del profesor • Proyección de materiales audiovisuales • Entrega de documentación • Establecimiento de pautas de análisis de la documentación • Organización y revisión de las actividades individuales y grupales realizadas en el aula • Clases prácticas • Sesiones organizativas Clases no presenciales Las actividades se organizarán de la siguiente manera: • Tutorizaciones en grupo y/o individuales • Organización y seguimiento de la realización de trabajos grupales e individuales • Asesoramiento académico, profesional y personal 4.3.2 Estrategias de aprendizaje del alumno Las estrategias de aprendizaje ayudan al alumno a elaborar y organizar los contenidos para que resulte más fácil el aprendizaje (procesar la información), además de permitir controlar la actividad mental del alumno para dirigir el aprendizaje y, por último, colaboran en que el aprendizaje se produzca en las mejores condiciones posibles. El desarrollo de la materia combina actividades individuales, en grupos pequeños y en grupo más grande. Incluye la realización de tareas relacionadas tanto con los conocimientos disciplinares básicos como con las competencias profesionales más relacionadas con la disciplina. En particular, se plantean las siguientes estrategias de aprendizaje: • Búsqueda de fuentes bibliográficas y documentales. Manejo de los fondos de la biblioteca y búsquedas por Internet • Debates en el aula • Actividades de diverso tipo, individuales y grupales, realizadas en el aula • Elaboración individual de trabajos sobre aplicaciones concretas de sistemas que integran procesadores digitales de señal • Exposición de los trabajos individuales en las sesiones teóricas • Realización de tutorías o De forma individual: En las que se establece una relación directa docente-alumno, y en la que se orienta al alumno sobre la materia tratada y se resuelven dudas surgidas en el tema, así como dudas relativas a la planificación y organización de la asignatura. o De consulta on-line, mediante el Campus Virtual: Esta tutoría evita, en determinado tipo de consultas, desplazamientos, y por tanto, supone un ahorro de tiempoa los alumnos. 4.4 Plan de trabajo de los alumnos A continuación, en la Tabla 3, se resume el número total de horas de dedicación que el alumno debe emplear en las actividades de aprendizaje presencial y no presencial. Tabla 3. Total de horas de dedicación de los estudiantes, a las actividades docentes, por bloques. Bloque I Bloque II ACTIVIDAD Tema 1 Tema 2 Tema 3 Tema 4 Tema 5 Total Clases de teoría 3 2 3 3 2 13 Clases problemas 1 2 1 1 5 Clases prácticas 3 12 9 12 9 45 Actividad en grupo pequeño 1 3 2 2 8 Exposición oral del trabajo individual 4 4 Horas con profesor 8 19 15 18 15 75 Estudio de teoría 8 12 8 8 8 44 Estudio de problemas 2,5 6 2,5 2,5 13,5 Trabajo previo y memorias de prácticas 1,5 6 4,5 6 4,5 22,5 Trabajo en grupos no presencial 2 6 3 5 16 Tutoría individual 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 2,5 Consulta on-line-CV 1 1,5 1 1 1 5,5 Desarrollo del trabajo individual 2,5 8 4 4 18,5 Horas de actuación personal 18 40 23,5 27 14 122,5 4.5 Sistema de evaluación Dado el carácter eminentemente práctico de la asignatura, la evaluación será continua, sin realizar un examen final. En particular, la evaluación consistirá en dos partes: • La nota de las prácticas (NP) de laboratorio sumará el 50% de la nota final de la asignatura. Para ello, se evaluará de forma continua el trabajo realizado por los alumnos en el laboratorio, además de considerar las memorias de prácticas que se soliciten en cada momento. • La nota de teoría (NT) tendrá un peso del 50% en la nota final. En este caso, la nota se divide entre la nota de los trabajos que se desarrollen en clase, tanto a nivel individual como en pequeños grupos, junto con el trabajo de desarrollo individual, que será expuesto en el aula al finalizar el curso. Es decir: NT = 0,5 * Nota_Trabajo + 0,5 * Nota_Clase, SI Nota_Trabajo Y Nota_Clase ≥ 4 • Como conclusión: Nota Final = 0,5 * NP + 0,5 * NT Para aplicar la expresión anterior, será necesario tener aprobadas cada una de las partes por separado. 5 CONCLUSIONES En este artículo se ha presentado un resumen del trabajo de investigación que desde la subred de Procesadores Digitales de Señal se está realizando con el fin de elaborar la guía docente de la asignatura. En concreto, se ha presentado la planificación de las tareas realizadas, así como los resultados de las investigaciones completadas en cuanto a la especificación de los objetivos y competencias de la asignatura, bloques temáticos de la asignatura, metodologías y estrategias de aprendizaje, el plan de trabajo de los alumnos y, finalmente, el sistema de evaluación. En todo momento se ha realizado una investigación coordinada con los miembros del equipo investigador de la red de 3er curso de Teleco para compartir experiencias y valorar los resultados obtenidos. El resultado final de todo el trabajo global de la red de investigación docente “Grupo de trabajo para el diseño curricular de tercer curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen” se plasmará, en breve, en una Memoria de la experiencia realizada que contendrá, entre otras cosas, la guía docente de todas asignaturas, donde se especificarán claramente los objetivos, las competencias, los contenidos, la metodología docente, la evaluación, etc., de cada materia en particular. Valoramos muy positivamente la experiencia llevada a cabo, en cuanto a incorporarnos al nuevo esquema de planificación de los estudios, además de permitirnos obtener una perspectiva clara y necesaria del resto de las materias de la titulación. 6 BIBLIOGRAFÍA [1]- ACM Curriculum Committee on Computer Science. Curriculum 68: Recommendations for the undergraduate program in computer science. Communications of the ACM, 11(3):151-197, March 1968. [2]- Computing Curricula 2001. Computer Science, The Joint Task Force on Computing Curricula. IEEE Computer Society y Association for Computing Machinery, Final Report, December 15, 2001, 2001 [3]- Libro Blanco Para los futuros Títulos de Grado en el ámbito de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, Elaborado conjuntamente por: Subcomisión de Ingeniería Electrónica Subcomisión de Ingeniería Telemática Subcomisión de Ingeniería de Sonido e Imagen, 2004. [4]- IFEACHOR, C.E., JERVIS, B.W. Digital Signal Processing: a practical approach. Addison Wesley, 2002. [5]- GAN, W. S., KUO, S.M. Embedded Signal Processing with the Micro Signal Architecture. Wiley-IEEE Press. 2007. [6]- LAPSLEY P. DSP Processor Fundamentals. IEEE Press, 1996. [7]- KATZ, D. J., GENTILE, R. Embedded Media Processing. Newnes, 2005. [8]- BATEMAN A. The DSP Handbook. Prentice-Hall, 2002. [9]- ENGINEERING STAFF ANALOG DEVICES INC. Mixed-signal and DSP Design Techniques. Newnes, 2002.
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