1. SylabUZ
2. Wydział Informatyki, Elektrotechniki i Automatyki
3. semestr zimowy 2023/2024
4. Elektrotechnika - drugiego stopnia z tyt. magistra inżyniera
5. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów

Wygeneruj PDF dla tej strony

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów - opis przedmiotu

Cel przedmiotu

• Zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów.
• Zapoznanie studentów z podstawami analizy widmowej i filtracji cyfrowej sygnałów dyskretnych.
• Ukształtowanie podstawowych umiejętności przeprowadzenia analizy widmowej sygnałów i interpretacji uzyskanych wyników.
• Ukształtowanie podstawowych umiejętności w zakresie implementacji analizy widmowej i filtracji cyfrowej za pomocą programu komputerowego.
• Opanowanie przez studentów podstawowych umiejętności projektowania filtrów cyfrowych z wykorzystaniem narzędzi programistycznych.

Wymagania wstępne

Zapisz zmiany

Student powinien posiadać elementarną wiedzę w zakresie:

• elektrotechniki,
• podstaw analizy matematycznej (funkcje, pochodne, różniczkowanie, całkowanie, liczby zespolone),
• programowania w języku C.

Student powinien potrafić opracować prostą dokumentację dotyczącą zrealizowanych zadań i przygotować tekst zawierający omówienie tej realizacji.

Zakres tematyczny

Podstawy teorii sygnałów. Klasyfikacja sygnałów, modele matematyczne wybranych sygnałów, szereg Fouriera i przekształcenie Fouriera. Widmo sygnału. Wpływ skończonego czasu obserwacji sygnału na jego widmo.
Konwersja analogowo-cyfrowa i cyfrowo-analogowa. Próbkowanie, kwantowanie i kodowanie. Błąd kwantowania. Widmo sygnału dyskretnego. Aliasing. Twierdzenie o próbkowaniu. Odtwarzanie sygnału ciągłego z próbek. Tor przetwarzania analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego.
Dyskretne przekształcenie Fouriera (DPF). Wyznaczanie widma amplitudowego i fazowego na podstawie wyników DPF. Przeciek widma i metody ograniczania jego skutków. Funkcje okien nieparametrycznych i parametrycznych. Poprawa rozdzielczości widma przez uzupełnianie zerami. Przykłady analizy widmowej sygnałów dyskretnych i ich interpretacja. Algorytm FFT. Omówienie motylkowego schematu obliczeń stosowanego w algorytmie FFT o podstawie 2. Zysk obliczeniowy.
Matematyczny opis układów dyskretnych LTI. Definicja układu dyskretnego, liniowego, stacjonarnego i przyczynowego, splot dyskretny. Przekształcenie Z. Opisu układów dyskretnych za pomocą równania różnicowego i transmitancji. Związek transmitancji z odpowiedzią impulsową oraz równaniem różnicowym.
Podstawy filtracji cyfrowej. Układy o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej (SOI i NOI). Przetwarzanie sygnałów przez filtry. Podstawowe struktury filtrów.
Charakterystyki częstotliwościowe. Związek transmitancji z dziedziną częstotliwości. Wyznaczanie i interpretacja charakterystyk częstotliwościowych filtrów SOI i NOI przy znajomości ich współczynników. Znaczenie liniowości charakterystyki fazowej filtru. 
Projektowanie filtrów cyfrowych. Projektowanie filtrów NOI metodą transformacji biliniowej. Projektowanie filtrów SOI metodą okien czasowych.

Metody kształcenia

Wykład: wykład konwencjonalny/tradycyjny z elementami dyskusji
Laboratorium: ćwiczenia laboratoryjne, praca w grupach z elementami dyskusji.

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu	Symbole efektów	Metody weryfikacji	Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Wykład: warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny z egzaminu przeprowadzonego w formie zaproponowanej przez prowadzącego zajęcia.
Laboratorium: warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych przewidzianych do realizacji w ramach programu laboratorium oraz sprawdzianów przeprowadzanych przez prowadzącego zajęcia.
Składowe oceny końcowej:  wykład: 55% + laboratorium: 45%

Literatura podstawowa

1. Lyons R.G.: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. WKŁ, Warszawa, 1999.
2. Owen M.: Przetwarzanie sygnałów w praktyce. WKŁ, Warszawa, 2009.
3. Wojciechowski J.M.: Sygnały i systemy. WKŁ, Warszawa, 2008.
4. Zieliński T.P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań. WKŁ, Warszawa, 2005.

Literatura uzupełniająca

1. Smith S.W.: The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing.California Technical Publishing. Sand Diego, California 1999. Dostępna pod adresem: http://www.dspguide.com/pdfbook.htm
2. Mitra S.K.: Digital Signal Processing. A Computer-Based Approach. McGraw-Hill, 2006.
3. Oppenheim A.V., Schafer R.W., Buck J.R.: Discrete-Time Signal Processing, Pearson Education Limited, 2015.
4. Oppenheim A.V., Willsky A.S., Nawab H.: Signals & Systems, Pearson Education Limited, 2013.
5. Orfanidis S.J.: Introduction to Signal Processing. Prentice Hall, 2009. Dostępna pod adresem: http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/intro2sp/orfanidis-i2sp.pdf

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr hab. inż. Paweł Szcześniak, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 13-03-2023 22:14)