|
|
Hlavní nabídka Prohlížení IS/STAG
Nalezené předměty, počet: 1
Stránkování výsledků vyhledávání
Nalezeno 1 záznamů
Export do Xls
Informace o předmětu
KEI / CZS
:
Popis předmětu
Pracoviště / Zkratka
|
KEI
/
CZS
|
Akademický rok
|
2023/2024
|
Akademický rok
|
2023/2024
|
Název
|
Číslicové zpracování signálů
|
Způsob zakončení
|
Zkouška
|
Způsob zakončení
|
Zkouška
|
Akreditováno / Kredity
|
Ano,
6
Kred.
|
Forma zakončení
|
Kombinovaná
|
Forma zakončení
|
Kombinovaná
|
Rozsah hodin
|
Přednáška
3
[HOD/TYD]
Cvičení
2
[HOD/TYD]
|
Zápočet před zkouškou
|
Ano
|
Zápočet před zkouškou
|
Ano
|
Automatické uznávání zápočtu před zkouškou
|
Ano v případě předchozího hodnocení 4 nebo nic.
|
Počítán do průměru
|
ANO
|
Vyučovací jazyk
|
Čeština, Angličtina
|
Obs/max
|
|
|
|
Automatické uznávání zápočtu před zkouškou
|
Ano v případě předchozího hodnocení 4 nebo nic.
|
Letní semestr
|
0 / -
|
0 / -
|
0 / -
|
Počítán do průměru
|
ANO
|
Zimní semestr
|
0 / -
|
0 / -
|
0 / -
|
Opakovaný zápis
|
NE
|
Opakovaný zápis
|
NE
|
Rozvrh
|
Ano
|
Vyučovaný semestr
|
Zimní semestr
|
Vyučovaný semestr
|
Zimní semestr
|
Minimum (B + C) studentů
|
10
|
Volně zapisovatelný předmět |
Ano
|
Volně zapisovatelný předmět
|
Ano
|
Vyučovací jazyk
|
Čeština, Angličtina
|
Počet dnů praxe
|
0
|
Počet hodin kontaktní výuky |
|
Hodnotící stupnice |
1|2|3|4 |
Periodicita |
každý rok
|
Hodnotící stupnice pro zp. před zk. |
S|N |
Periodicita upřesnění |
|
Základní teoretický předmět |
Ne
|
Profilující předmět |
Ano
|
Základní teoretický předmět |
Ne
|
Hodnotící stupnice |
1|2|3|4 |
Hodnotící stupnice pro zp. před zk. |
S|N |
Nahrazovaný předmět
|
KAE/CZS
|
Vyloučené předměty
|
Nejsou definovány
|
Podmiňující předměty
|
Nejsou definovány
|
Předměty informativně doporučené
|
Nejsou definovány
|
Předměty,které předmět podmiňuje
|
Nejsou definovány
|
Graf četnosti udělených hodnocení studentům napříč roky:
Obrázek PNG
,
XLS
|
Cíle předmětu (anotace):
|
Cílem předmětu je obeznámit studenty s principy číslicového zpracování signálů. Student se naučí porozumět principu diskretizace spojitého signálu, vzorkování, kvantování a kodování, pochopí vlastnosti číslicového signálu a jeho rozdílu od signálu spojitého. Dále je student obeznámen s číslicovými systémy, které tyto diskretizované signály zpracovávají, jsou definovány vlastnosti lineárního, časově-invariantního systému a na základě toho je student obeznámen s pojmem číslicový filtr. Student dále porozumí principům návrhu číslicových filtrů, je obeznámen s návrhovými metodami a rozdíly filtrů typu NRDF a RDF a pochopí principy implementace takovýchto filtrů do signálových procesorů. Dále je v předmětu CZS student obeznámen s principy a algoritmy diskrétní Fourierovy transformace a její implementace do HW a je řešena analýza a rozklad signálu na harmonické složky - spektrální analýza. V závěru kurzu jsou probrány některé základní aplikace číslicového zpracování signálů a metody a principy změny vzorkovacího kmitočtu. Na cvičeních si student osvojí metody zpracování číslicového signálu nejprve simulačně, poté v druhé části semestru implementuje a testuje tyto metody na vývojových kitech a pomocí měření.
|
Požadavky na studenta
|
Požadavek na zápočet: Absolvovaná cvičení, odevzdané referáty za skupinu.
Požadavek na zkoušku: Zkouška se skládá za dvou částí - první část písemná, druhá pak ústní pohovor
|
Obsah
|
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
|
Aktivity
|
|
Studijní opory
|
|
Garanti a vyučující
|
|
Literatura
|
-
Doporučená:
Jan, Jiří. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2., upr. a rozš. vyd. V Brně : VUTIUM, 2002. ISBN 80-214-1558-4.
-
Doporučená:
Davídek, Vratislav; Sovka, Pavel. Číslicové zpracování signálů a implementace. Praha : Vydavatelství ČVUT, 2002. ISBN 80-01-02483-0.
-
Doporučená:
The Scientist and Engineer's Guide To Digital Signal Processing, Second Edition
(Smith, W. Steven)
-
Doporučená:
Sedláček, Miloš. Zpracování signálu v měřící technice. dotisk 1. vyd. Praha : ČVUT, 1996. ISBN 80-01-00900-9.
-
On-line katalogy knihoven
|
Časová náročnost
|
Všechny formy studia
|
Aktivity
|
Časová náročnost aktivity [h]
|
Kontaktní výuka
|
39
|
Praktická výuka [vyjádření počtem hodin]
|
26
|
Vypracování seminární práce v magisterském studijním programu [5-100]
|
40
|
Příprava na zkoušku [10-60]
|
35
|
Příprava na laboratorní měření, zpracování výsledků [1-8]
|
24
|
Celkem
|
164
|
|
Předpoklady
|
Odborné znalosti - pro úspěšné zvládnutí předmětu se předpokládá, že je student před zahájením výuky schopen: |
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
|
Odborné znalosti - po absolvování předmětu prokazuje student znalosti: |
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 - po absolvování předmětu prokazuje student dovednosti: |
navrhnout ucelený systém číslicového zpracování signálu |
provádět simulace navrženého systému číslicového zpracování signálu |
implementovat navržený systém číslicového zpracování signálu |
Obecné způsobilosti - po absolvování předmětu je student schopen: |
mgr. studium: dle vyvíjejících se souvislostí a dostupných zdrojů vymezí zadání pro odborné činnosti, koordinují je a nesou konečnou odpovědnost za jejich výsledky, |
|
Hodnoticí metody
|
Odborné znalosti - odborné znalosti dosažené studiem předmětu jsou ověřovány hodnoticími metodami: |
Kombinovaná zkouška, |
Seminární práce, |
Odborné dovednosti - odborné dovednosti dosažené studiem předmětu jsou ověřovány hodnoticími metodami: |
Kombinovaná zkouška, |
Obecné způsobilosti - obecné způsobilosti dosažené studiem předmětu jsou ověřovány hodnoticími metodami: |
Kombinovaná zkouška, |
|
Vyučovací metody
|
Odborné znalosti - pro dosažení odborných znalostí jsou užívány vyučovací metody: |
Přednáška založená na výkladu, |
Laboratorní praktika, |
Přednáška s demonstrací, |
Samostatná práce studentů, |
Odborné dovednosti - pro dosažení odborných dovedností jsou užívány vyučovací metody: |
Laboratorní praktika, |
Obecné způsobilosti - pro dosažení obecných způsobilostí jsou užívány vyučovací metody: |
Přednáška s demonstrací, |
Samostatná práce studentů, |
Laboratorní praktika, |
|
|
|
|