Detail předmětu

Fundamentals of Digital Signal Processing

FEKT-GFSPAk. rok: 2019/2020

Předmět se věnuje základům zpracování číslicových signálů a analýze číslicových systémů. Tato problematika tvoří součást řady různých technických zařízení. V předmětu jsou představeny základní principy diskrétních signálů a systémů. Signály jsou reprezentovány jak v časové oblasti, tak také v kmitočtové oblasti. Dále jsou probírány základní typy signálů a jejich vlastnosti, potřebné operace se signály, klasifikace a analýza systémů. Studenti se také seznámí s vizualizací a zpracováním signálů pomocí počítače s programem MATLAB. Studenti využijí získané znalosti v navazujících předmětech, které jsou zaměřeny na specifické aplikace metod zpracování signálů.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen: (1) zobrazit a popsat číslicové signály, (2) definovat a generovat potřebný číslicový signál, (3) určit spektrum a vlastnosti číslicových signálů, (4) analyzovat číslicové systémy, (5) diskutovat výhody a nevýhody metod zpracování signálů.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti bakalářské matematiky (derivace, integrály, řešení rovnic, základy pravděpodobnostní analýzy, statistická rozložení).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Studenti mohou získat maximálně 30 bodů za aktivní práci během semestru a 70 bodů za závěrečnou zkoušku. Bodované aktivity jsou následující: jeden test uprostřed semestru zaměřený na počítání signálových příkladů (10 bodů) a počítačová cvičení (20 bodů). Závěrečná písemná zkouška obsahuje otázky z teorie signálů s soustav a početní příklady (70 bodů).

Osnovy výuky

Přednášky:
1. Úvod do číslicových signálů a soustav, klasifikace signálů, aplikace.
2. Zpracování signálů v časové oblasti, periodické a neperiodické signály, typické příklady.
3. Zpracování signálů v kmitočtové oblasti, diskrétní Fourierova transformace, použití DFT.
4. Spektrální analýza signálů, časově-kmitočtová analýza, klouzavá DFT.
5. Korelace a konvoluce, vlastnosti, praktické aplikace, vzájemný vztah.
6. Diskrétní transformace, kosinová transformace, vlnková transformace.
7. Náhodné signály, statistické vlastnosti, stacionarita, stochastické procesy.
8. Číslicové filtry, základní struktury filtrů, blokové diagramy, návrh filtrů.
9. Signály v šumu, vlastnosti šumu, bílý šum, filtrace, restaurace signálů.
10. Analýza efektů konečné délky bitového slova, vzorkování, kvantování, poměr signál-šum.
11. Systémy s diskrétním časem, prvky diskrétních systémů, LTI systémy.
12. Identifikace a analýza systémů s diskrétním časem, odezva na jednotkový impulz a skok.
13. Příklady zpracování signálů v multimédiích, lékařství a bezpečnostní oblasti.

Cvičení na počítačích:
1. Generování časových průběhů v prostředí MATLAB, periodické a neperiodické průběhy.
2. Vizualizace signálů, 2D a 3D reprezentace, vícekanálové signály.
3. Spektra typických periodických a neperiodických signálů.
4. Krátkodobá spektrální analýza řečových signálů.
5. Generování echa u akustických signálů.
6. Výpočet mel-frekvenčních koeficientů pomocí kosinové transformace.
7. Generování typických náhodných signálů.
8. Návrh jednoduchých číslicových filtrů.
9. Odšumění akustických signálů.
10. Statistická analýza změřených neperiodických signálů.
11. Působení nelineárního zesilovače na signálové spektrum.
12. Modulace a demodulace signálů pro přenos dat v telekomunikacích.
13. Základní kmitořet hlasu jako biometrický faktor.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s nejčastějšími typy číslicových signálů a metodami jejich zpracování a ukázat analýzu systémů včetně principů působení systémů na signály.

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

Cvičení na počítačích jsou povinná. Zameškanou výuku lze nahradit obvykle koncem semestru.

Základní literatura

MITRA, S.K. Digital signal processing. A computer-base approach. New York: The McGraw-Hill Companies, 2011. (EN)
KAMEN, E.W., HECK, B.S. Fundamentals of Signals and Systems. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 2007. (EN)
IFEACHOR, E.C., JERVIS, B.W. Digital signal processing. A practical approach. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 2002. (EN)

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program TECO-G magisterský navazující

    obor G-TEC , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.
prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Osnova

1. Úvod do číslicových signálů a soustav, klasifikace signálů, aplikace.
2. Zpracování signálů v časové oblasti, periodické a neperiodické signály, typické příklady.
3. Zpracování signálů v kmitočtové oblasti, diskrétní Fourierova transformace, použití DFT.
4. Spektrální analýza signálů, časově-kmitočtová analýza, klouzavá DFT.
5. Korelace a konvoluce, vlastnosti, praktické aplikace, vzájemný vztah.
6. Diskrétní transformace, kosinová transformace, vlnková transformace.
7. Náhodné signály, statistické vlastnosti, stacionarita, stochastické procesy.
8. Číslicové filtry, základní struktury filtrů, blokové diagramy, návrh filtrů.
9. Signály v šumu, vlastnosti šumu, bílý šum, filtrace, restaurace signálů.
10. Analýza efektů konečné délky bitového slova, vzorkování, kvantování, poměr signál-šum.
11. Systémy s diskrétním časem, prvky diskrétních systémů, LTI systémy.
12. Identifikace a analýza systémů s diskrétním časem, odezva na jednotkový impulz a skok.
13. Příklady zpracování signálů v multimédiích, lékařství a bezpečnostní oblasti.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Osnova

1. Generování časových průběhů v prostředí MATLAB, periodické a neperiodické průběhy.
2. Vizualizace signálů, 2D a 3D reprezentace, vícekanálové signály.
3. Spektra typických periodických a neperiodických signálů.
4. Krátkodobá spektrální analýza řečových signálů.
5. Generování echa u akustických signálů.
6. Výpočet mel-frekvenčních koeficientů pomocí kosinové transformace.
7. Generování typických náhodných signálů.
8. Návrh jednoduchých číslicových filtrů.
9. Odšumění akustických signálů.
10. Statistická analýza změřených neperiodických signálů.
11. Působení nelineárního zesilovače na signálové spektrum.
12. Modulace a demodulace signálů pro přenos dat v telekomunikacích.
13. Základní kmitořet hlasu jako biometrický faktor.

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz