Detail předmětu

Pokročilá analýza biologických signálů

FEKT-MPC-ACSAk. rok: 2018/2019

Předmět je orientován na multitaktní zpracování signálů, časově-frekvenční analýzu zaměřenou zejména na různé typy vlnkových transformací, parametrické metody odhadu výkonového spektra, dále analýzu hlavních komponent a kompresi dat.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- realizovat konverzi vzorkovacího kmitočtu
- vysvětlit principy a výhody filtrace s využitím konverze vzorkovacího kmitočtu
- realizovat různé typy vlnkových transformací
- vysvětlit principy filtrace a komprese dat vycházející z vlnkových transformací
- vysvětlit principy neztrátové komprese dat (Huffmanův kodér, aritmetický kodér)
- vysvětlit princip a možnosti použití PCA

Prerekvizity

Student by měl mít znalosti z oblasti číslicového zpracování signálů. Měl by znát jednotlivé způsoby popisu lineárních filtrů (přenosová funkce, impulsní charakteristika, diferenční rovnice, frekvenční charakteristika). Předpokládají se základní znalosti o vlastnostech biosignálů (zejm. EKG, EEG, EMG). V laboratorní výuce se předpokládá znalost programového prostředí Matlab.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning. Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

- až 30 bodů za řešení zadaných úkolů v laboratorním cvičení (pro postup ke zkoušce je nutný zisk minimálně 15 bodů)
- až 70 bodů za písemnou zkoušku (z písemné zkoušky je nutné získat minimálně 35 bodů)

Osnovy výuky

1. Konverze vzorkovacího kmitočtu.
2. Rychlé algoritmy číslicové filtrace s konverzí vzorkovacího kmitočtu.
3. Časově-frekvenční analýza. Vlnkové transformace se souvislým časem (CTWT).
4. Vlnkové transformace s diskrétním časem (DTWT), dyadické a paketové DTWT.
5. Využití CTWT při analýze biologických signálů.
6. Principy neztrátové komprese biosignálů, Huffmanův kodér, aritmetický kodér.
7. Využití DTWT při ztrátové kompresi biosignálů.
8. Redundantní DTWT a její využití při filtraci a analýze biosignálů.
9. Spektrální analýza biosignálů a parametrické metody odhadu výkonových spekter.
10. Lineární predikce, adaptivní filtrace a Burgova metoda odhadu výkonového spektra.
11. Lineární a nelineární analýza hlavních komponent (PCA) pro filtraci a kompresi dat.
12. Analýza nezávislých komponent (ICA) pro separaci signálů.
13. Lineární dekonvoluce.
14. Mediánová filtrace, pyramidové mediánové transformace.
15. Homomorfická filtrace a kepstrální analýza.

Učební cíle

Získání znalostí o multitaktním zpracování signálů, vlastnostech a realizaci vlnkových transformací a možnostech jejich využití pro zpracování, analýzu různých typů biosignálů. Získání znalostí o parametrických metodách odhadu výkonového spektra. Seznámení se s analýzou hlavních komponent a jejím využitím při analýze biosignálů. Získání základních znalostí z teorie informace, seznámení se s metodami neztrátové a ztrátové komprese biosignálů.

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

Laboratorní výuka je povinná, zmeškaná laboratorní cvičení musí být řádně omluvená a lze je nahradit po domluvě s vyučujícím.

Základní literatura

Kozumplík, J.: Multitaktní systémy. Elektronická skripta FEKT VUT v Brně, 2005 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-BTB magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Konverze vzorkovacího kmitočtu
2. Rychlé algoritmy číslicové filtrace s konverzí vzorkovacího kmitočtu
3. Časově-frekvenční analýza. Vlnkové transformace se souvislým časem (CTWT).
4. Vlnkové transformace s diskrétním časem (DTWT), dyadické a paketové DTWT
5. Využití CTWT při analýze biologických signálů
6. Principy neztrátové komprese biosignálů, Huffmanův kodér, aritmetický kodér
7. Využití DTWT při ztrátové kompresi biosignálů
8. Redundantní DTWT a její využití při filtraci a analýze biosignálů
9. Spektrální analýza biosignálů a parametrické metody odhadu výkonových spekter
10. Lineární predikce a Burgova metoda odhadu výkonového spektra
11. Analýza hlavních komponent (PCA)
12. Aplikace PCA pro analýzu biosignálů

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Realizace konverze vzorkovacího kmitočtu
2. Realizace filtru s konverzí vzorkovacího kmitočtu
3. CTWT s využitím funkcí specializované knihovny Matlabu (Wavelet Toolbox)
4. Aplikace CTWT
5. DTWT s využitím funkcí Wavelet Toolbox
6. Aplikace DTWT
7. Realizace DTWT bez použití funkcí Wavelet Toolbox
8. Filtrace signálů s využitím redundantní DTWT
9. Paketová DTWT
10. Parametrické odhady výkonových spekter
11. Analýza hlavních komponent
12. Komprese signálových dat