|
Vyučující
|
-
Ptáček Josef, Ing. Ph.D.
-
Vice Josef, Ing. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
Obsah přednášek 1. Úvod, literatura, proč CZS, historie elektrotechniky v pár bodech, definice a klasifikace signálů, výhody / nevýhody CZS. 2. Základní signály používané v CZS, energie, výkon sekvence, periodicita diskrétních signálů, komplexní exponenciála + harmonicky vázané komplexní exponenciály, posloupnost dat reprezentovaná delta funkcí. 3. Definice LTI systému, linearita, časová-invariance, relace vstupu a výstupu LTI systému, konvoluce, korelace (auto/vzájemná), stabilita, kauzalita LTI systému. 4. Popis LTI systému v časové oblasti ? diferenční rovnice, impulsní odezva. Popis LTI systému ve frekvenční oblasti ? frekvenční charakteristika, systémová funkce, Z-transformace 5. ROC (Region of Convergence) oblast konvergence Z-transformace, systémová funkce, kořeny čitatele/jmenovatele systémové funkce, nuly a póly systému a jejich vliv na frekvenční chování systému. 6. Definice vzorkování, vzorkovací teorém, aliasing v časové a frekvenční oblasti, Anti - aliasing filtry (AAF), převzorkování, podvzorkování, příklad návrhu AAF filtrů, AAF filtry použité v telefonii, Sigma-Delta převodníky, reálné vzorkování, chyby ADP, jittery AD a DA převodníků, SNR, ENOB, SINAD 7. ideální interpolátor, rekonstrukce číslicového signálu, DA převodníky, imupsní a frekvenční odezva DAP, sinc(x), návrh inerpolačního filtru. Kvantizace, kvantování a kódování, reprezentace dat v paměti, výpočetní chyby, zaokrouhlování, ořezávání 8. Limitní cykly, další nelinearity v číslicových systémech: saturace / přetečení, statistický model kvantizéru, výpočet SNR převodníku, šum v číslicových systémech. 9. Nerekurzivní diskrétní filtry (NRDF): popis, vlastnost lineární fáze, impulsní odezva NRDF filtrů - FIR, návrh NRDF filtrů + příklady, metoda okénkování, Gibbsovy oscilace. 10. Rekurzivní číslicové filtry (RDF) popis, faze, impulsní odezva RDF filtrů ? IIR, návrh RDF filtrů, transformace H(p) ? H(z), bilineární a impulsně invariantní metody trransformace analogového systému, příklad návrhu. 11. Implementační struktury číslicových filtrů, vhodné implementační struktury NRDF/RDF filtrů, pokročilé struktury, duální struktury, transpozice. Discrétní unitární transformace (DUT), jádro transformace, bázové vektory, DFT ? maticový a rovnicový zápis, hluboký vhled do principu a teorie DFT, princip metody rychlé konvoluce. 12. Rychlá Fourierova transformace FFT, principy, DIT/DIF FFT, algoritmy In-Place, bit-reverz. IFFT. Spektrální analýza ? hodnost tranformace, frekvenční krok a rozlišení, zero-padding, prosakování ve spektru, metoda okénkování vstupních dat. 13. Systémy se změnou vzorkovacího kmitočtu, převzorkování, interpolace/decimace. Aplikace: Digitální záznamník zvuku,číslicové harmonické oscilátory, Goertzelův algoritmus. Obsah laboratorních cvičení 1. Základní signály používané v CZS 2. Korelace, konvoluce 3. Popis a analýza LTI systémů v časové oblasti 4. Nuly a póly LTI systému ? analýza systému ve frekvenční oblasti 5. Zpracování audiosignálu a návrh filtrů ? pomocí SW Simulink / Matlab 6. Vzorkování a rekonstrukce analogového signálu ? ADC, DAC pomocí SW Matlab 7. Reprezentace dat v procesorech ? pevná / pohyblivá řádová čárka, příklady 8. Metoda okénkování používaná v CZS a při návrhu NRDF filtrů 9. Návrh a implementace NRDF / FIR filtrů na vývoj.kitu Motorola 68HC16Z1 10. Návrh a implementace RDF/IIR filtrů na vývoj.kitu Motorola 68HC16Z1 11. Návrh a implementace NRDF/FIR filtrů na vývoj.kitu TI DSP 320C5xx 12. Návrh a implementace číslicového oscilátoru na vývoj.kitu TI DSP 320C5xx
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
Laboratorní praktika, Přednáška
- Kontaktní výuka
- 39 hodin za semestr
- Praktická výuka [vyjádření počtem hodin]
- 26 hodin za semestr
- Příprava na laboratorní měření, zpracování výsledků [1-8]
- 24 hodin za semestr
- Příprava na zkoušku [10-60]
- 35 hodin za semestr
- Vypracování seminární práce v magisterském studijním programu [5-100]
- 40 hodin za semestr
|
| Předpoklady |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| rozdíl mezi analogovým a číslicovým zpracováním signálů, výhody číslicového zpracování signálů - přesnost, rychlost, opakovatelnost |
| přehled základních signálů používaných v číslicovém zpracování signálů (CZS) a jejich parametry |
| energie a výkon signálu, diskrétní signál jako posloupnost dat |
| způsob nesení informace (amplituda, fáze, kmitočet) v diskrétním signálu |
| základní operace s posloupnostmi |
| definice a přehled číslicových systémů |
| definice lineárního impulsně invariantního systému (LTI systému) |
| relace vstupu a výstupu LTI systému - konvoluce |
| stabilita a kauzalita LTI systému |
| korelační analýza |
| prostředky popisu LTI sytstémů v časové a frekvenční oblasti, přechod mezi časovou a frekvenční oblastí pro diskrétní posloupnosti - DTFT |
| impulsní odezva a diferenční rovnice LTI diskrétního (LTID) systému |
| frekvenční odezva a systémová funkce LTID systému, Z- transformace |
| vzorkování, vzorkovací teorém, aliasing, AAF filtry, převzorkování, ideální a skutečné vzorkování, jittery, SNR, SINAD, ENOB |
| rekonstrukce signálu - ideální a skutečný rekonstruktor, analogové rekonstukční filtry a jejich provedení, vlastnosti funkce sinc() |
| kvantování a kódování signálu, způsob reprezentace dat v paměti, chyby a nelinearity při výpočtu, vliv zaokrouhlování a ořezávání výsledků |
| limitní cykly, statistický model kvantizéru |
| popos a návrh NRDF filtrů, definice lineární fáze a fázového zpoždění, úprava imupsní odezvy systému pomocí okénkování |
| popis a návrh RDF filtrů, definice nelineární fáze, fázového a skupinového zpoždění, transformace přenosové funkce H(p) na H(z) |
| struktury implementace filtrů - přímá, kaskádní, paralelní, mřížková, duální struktury |
| diskrétní unitární transformace, jádro transformace, bázové vektory, příklady jader různých transformací |
| diskrétní Fourierova transformace (DFT), jádro DFT, algoritmus výpočtu DFT - rychlá Fourierova transformace (FFT) |
| spektrální analýza signálu - definice základních pojmů, jako frekvenční krok, zero -padding, frekvenční rozlišení, prosakování ve spektru, váhování vstupních dat |
| Výsledky učení |
|---|
| popsat ucelený systém číslicového zpracování signálu |
| formulovat základní principy problematiky číslicového zpracování signálu |
| rozpoznat vhodné metody zpracování signálu, jaký typ a kvalitu číslicového systému použít pro danou úlohu |
| Odborné dovednosti |
|---|
| navrhnout ucelený systém číslicového zpracování signálu |
| provádět simulace navrženého systému číslicového zpracování signálu |
| implementovat navržený systém číslicového zpracování signálu |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| mgr. studium: dle vyvíjejících se souvislostí a dostupných zdrojů vymezí zadání pro odborné činnosti, koordinují je a nesou konečnou odpovědnost za jejich výsledky, |
| Vyučovací metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Přednáška založená na výkladu, |
| Laboratorní praktika, |
| Přednáška s demonstrací, |
| Samostatná práce studentů, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Laboratorní praktika, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Přednáška s demonstrací, |
| Samostatná práce studentů, |
| Laboratorní praktika, |
| Hodnotící metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Kombinovaná zkouška, |
| Seminární práce, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Kombinovaná zkouška, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Kombinovaná zkouška, |
|
Doporučená literatura
|
-
Davídek, Vratislav; Sovka, Pavel. Číslicové zpracování signálů a implementace. Praha : Vydavatelství ČVUT, 2002. ISBN 80-01-02483-0.
-
Jan, Jiří. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2., upr. a rozš. vyd. V Brně : VUTIUM, 2002. ISBN 80-214-1558-4.
-
Sedláček, Miloš. Zpracování signálu v měřící technice. dotisk 1. vyd. Praha : ČVUT, 1996. ISBN 80-01-00900-9.
|