Detail předmětu

Číslicové zpracování signálů

CESA-SCZSAk. rok: 2019/2020

Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů, výhody a nevýhody. Lineární filtrace signálů, číslicové filtry typu FIR a IIR teorie, návrh a realizace. Kumulační metody zvýrazňování signálu v šumu. Korelační a spektrální analýza deterministických a stochastických signálů. Detekce známých průběhů ve směsi signálu a šumu.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat proces zpracování analogového signálu přes číslicový systém; popsat princip A/D a D/A převod a diskutovat problematiku aliasingu,
- určit vhodnou variantu Fourierovské analýzy pro daný signál (diskrétní/spojitý, periodický/neperiodický) a být schopen pro jednoduché signály spočítat, resp. naznačit výpočet spektra,
- přecházet mezi různými způsoby popis diskrétních systémů (diferenční rovnice, přenosová funkce, frekvenční charakteristika, impulsní charakteristika, realizační schéma) a provést jejich analýzu,
- definovat požadavky na filtr vzhledem k aplikaci, provést jeho návrh a aplikovat na daný signál,
- vysvětlit princip kumulačních metod a popsat rozdíl mezi jednotlivými variantami,
- vysvětlit různé varianty vztahů pro výpočet korelační funkce (stacionární/nestacionární proces, vychýlený/nevychýlený odhad),
- navrhnout a realizovat přizpůsobený filtr pro konkrétní aplikaci,
- aplikovat Wiener-Chinčinův teorém pro výpočet výkonového spektra,
- vysvětlit princip a vlastnosti metod založených na periodogramu (Bartlettova a Welchova metoda) a aplikovat tyto metody pro výpočet výkonového spektra,
- realizovat časově-frekvenční analýzu konkrétního signálu a intepretovat výsledky.
Závěrečnou zkouškou se ověřuje pochopení jednotlivých témat, dále pak získané znalosti a schopnost jejich aplikace na konkrétní příklady.

Prerekvizity

Znalosti Laplaceovy, Fourierovy a Z-transformace, jejich využití, aplikace. Základní pojmy a matematický popis spojitých a diskrétních signálů a systémů.

Doporučená nebo povinná literatura

J. JAN: Digital Signal Filtering, Analysis and Restoration. IEE Publishing, London, UK, 2000 (EN)
B.MULGREW, P.M.GRANT J.S.THOMSON: Digital Signal Processing, Concepts and Applications, Mac-Millan Pres Ltd.1999 (EN)
M. BELLANGER:Digital Processing of Signals,J.Wiley 1990 (EN)
J.JAN: Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů (druhé rozsírené vydání),VUTIUM Brno, 2002 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student vypracovává samstatné úkoly během počítačových cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu upřesňuje každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. V zásadě:
- získání zápočtu na základě aktivní účasti na demonstračních cvičeních (až 24 bodů, min. 12 bodů),
- úspěšné složení písemné závěrečné zkoušky (až 76 bodů).

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů, výhody a nevýhody. Lineární filtrace signálů, číslicové filtry typu FIR a IIR teorie, návrh a realizace. Kumulační metody zvýrazňování signálu v šumu. Korelační a spektrální analýza deterministických a stochastických signálů. Detekce známých průběhů ve směsi signálu a šumu.

1. Základní typy spojitých a diskrétních signálů. Vzorkování signálů
2. Spektra spojitých a diskrétních signálů. Fourierova analýza
3. Řetězec zpracování spojitého signálu přes číslicový systém
4.-5. A/D převod - aliasing, vzorkovací teorém, kvantování. D/A převod - rekonstrukční filtr
6. Klasifikace filtrů dle různých kritérií
7. Základní způsoby popisu filtrů a vztahy mezi těmito popisy
8.-9. Vlastnosti FIR filtrů a způsoby jejich návrhu. Vlastnosti IIR filtrů a způsoby jejich návrhu
10.-12. Kumulační zpracování signálu. Korelační analýza signálů. Spektrální analýza deterministických signálů
13.-14. Spektrální analýza stochastických signálů. Základy časově-frekvenční analýzy

Cíl

Poskytnout základní teoretické znalosti a praktické zkušenosti z oblasti číslicového zpracování signálů (analýza a návrhy filtrů) a z oblasti jejich analýzy (korelační a spektrální analýza).

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Počítačová cvičení.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-STC bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ostatní aktivity

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor