450-4100/01 – Pokročilé metody zpracování signálů (PMZS)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity6
Garant předmětuIng. Zdeněk Macháček, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Zdeněk Macháček, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník1Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
MAC37 Ing. Zdeněk Macháček, Ph.D.
SCH0175 Ing. Miroslav Schneider
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 0+16

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

V tomto základním předmětu se studují matematické algoritmy, metody a principy pokročilého zpracování signálu. Studenti se seznámí s pokročilými způsoby analogového i digitálního zpracování signálu. Předmět zahrnuje znalosti z oborů měření, regulace, elektroniky, biomedicínské techniky, zpracování signálů. Cílem předmětu je seznámit studenty se pokročilými metodami a jednotlivými algoritmy zpracování signálu s využitím metod okenních váhových funkcí, transformací signálu, pásmovou filtrací signálu, komprimací a zpracováním zvukového a obrazového signálu. Dále se studenti seznámí s analogovými a digitálními modulacemi, metodami převodu analogového signálu na digitální signál a naopak. Jednotlivé způsoby a pokročilé metody zpracování signálů se prezentují na přednáškách a ve cvičeních studenti prakticky realizují zadání jednotlivých protokolů, které tématicky odpovídají probíraným tématům na přednáškách. Praktické zvládnutí nástrojů pro generování a analýzu signálů. Praktické znalosti z oblasti zpracování signálu a měřicích přístrojů analyzujících signály.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Předmět Pokročilé metody zpracování signálů navazuje na předměty bakalářského studia zabývající se zpracováním spojitých a digitálních signálů a analýzou soustav (Signály a soustavy, Digitální zpracování signálů atd.). Je určený pro studenty a inženýry elektrotechnických oborů, zaměřených na měření, regulaci, elektroniku, sdělovací techniku, biomedicínské inženýrství, zpracování signálů. Student získá a rozšíří své znalosti a dovednosti v problematice, pojmech metodice pokročilých metod zpracování signálů. Zájemce se seznámí s jednotnou metodikou popisu metod zpracování signálu ve frekvenční oblasti pomocí FFT algoritmu, získá poznatky metod zpracování signálu, jako jsou váhové okenní funkce signálu, komplexní a reálná kepstrální analýza signálu, oktávová analýza signálu, vlnková transformace signálu a analýza signálu s vícenásobným rozlišením, interpolace a decimace signálu, principy implementování směšovače, multiplikativního detektoru a násobiče frekvence, implementace pásmových filtrů a úzkopásmových pásmových filtrů. Studenti se naučí principy komprimace a zpracování zvukového signálu, standardy komprimace MP3,WMA, ACC,OCG. Potlačení šumu, efektové zpracování zvukového signálu, principy komprimace a zpracování obrazového signálu, standardy komprese a kódování obrazového a zvukového signálu MPEG, komprese digitálních obrazových signálů standardem JPEG. Dále se studenti seznámí s digitálními modulacemi signálu v základním pásmu PAM, PCM, PWM, PPM, PNM. Také student získá znalosti dotýkajících se analogových modulací AM, DSB-SC a SSB-SC (LSSB-SC a USSB-SC), analogových úhlových modulacích FM a PM (NBFM, WBFM), digitálních modulací v modulačním pásmu OOK, ASK, PSK, DPSK, FSK, QAM, APSK, OFDM, datovými přenosy DAB,DBM,DVB, a zabezpečovacími algoritmy FEC. Pro studium předmětu se předpokládají zejména znalosti matematiky v rozsahu základního kurzu přednášeného na VŠB TU Ostrava, FEI, dále základní znalosti fyziky a elementární znalosti z elektrotechniky. Studenti se také naučí pracovat s matematickými programy určenými pro zpracování a analýzu signálů. Studenti při výuce v laboratoři využívají a naučí se pracovat s měřicími přístroji. Předpokládá se znalost látky základních výše uvedených předmětů z bakalářského studia. Pokročilé metody zpracování signálů je jednosemestrový předmět, pokrývající značný rozsah látky. U použitých matematických vět je vždy provedena diskuse jejich fyzikální interpretace. Pro odvození vět a jejich důkazy je u některých formulí, popisujících statistický pohled na problematiku, student odkazován na citovanou literaturu. Bližší informace viz internetová stránka Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství FEI, která výuku předmětu zajišťuje.

Povinná literatura:

Macháček Z., Nevřiva P. : Skripta - Modulované signály, Ostrava. Skripta k dispozici u vyučujícího a na WWW stránkách katedry na serveru smak.vsb.cz,2012 Couch L.W.II: Digital and Analog Communications Systems. Macmillan, New York 2013.

Doporučená literatura:

Macháček Z. a kolektiv: Skripta - Modulované signály laboratorní cvičení, Ostrava. Skripta k dispozici u vyučujícího a na WWW stránkách katedry na serveru smak.vsb.cz,2012

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Projekty č.1-10 se budou realizovat z části ve výuce v laboratorních cvičení. Projekty jsou tvořeny zpracováním, měřením, výpočty a generováním signálů s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Student písemně vypracuje 10 protokolů. Za každý protokol může student získat až 2 body. Za všechny protokoly může tedy student získat maximálně 20 bodů. Na konci semestru student vypracuje závěrečný test, za který může získat až 20 bodů. Studentu je udělen zápočet, pokud vypracoval a byly mu klasifikovány všechny protokoly a pokud vypracoval a byl mu klasifikován kontrolní test a pokud získal celkem alespoň 15 bodů za cvičení. Protokoly jsou v průběhu semestru zpracovávány studenty v rámci konzultačních hodin probíhajících v laboratoři. Kurz je ukončen závěrečnou zkouškou, která se skládá z písemné části 0 - 50 bodů a z části ústní 0 - 10 bodů. Aby student obstál u zkoušky musí uspět ve všech částech zkoušky.

E-learning

Další požadavky na studenta

Žádné další požadavky na studenta nejsou kladeny.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: Základní rozdělení typů signálů a základní definice, vymezení studované problematiky s matematickým popisem a grafickým vyjádřením základů zpracování signálů. Váhové okenní funkce signálu, spektrální analýza signálu s využitím FFT algoritmu Komplexní a reálná kepstrální analýza signálu, oktávová analýza signálu Vlnková transformace signálu a analýza signálu s vícenásobným rozlišením Metody a způsoby časové analýzy a zpracování signálu. Interpolace a decimace signálu. Metody a způsoby frekvenční analýzy signálu s principy implementování směšovače, multiplikativního detektoru a násobiče frekvence. Způsoby zpracování signálu pásmovými filtry a úzkopásmovými pásmovými filtry. Zpracování a modulace signálu v základním frekvenčním pásmu. Zpracování Impulsního, číslicového a digitálního signálu v základním pásmu. Impulsní amplitudová modulace PAM. Impulsní kódová modulace PCM. Modulace PWM, PNM, PPM, PDM. Principy komprimace a zpracování zvukového signálu. Matematický popis. Standardy komprimace MP3,WMA, ACC,OCG. Potlačení šumu, efektové zpracování zvukového signálu. Frekvenční zpracování zvukového signálu. Principy komprimace a zpracování obrazového signálu. Matematický popis. Standardy komprese a kódování obrazového a zvukového signálu MPEG. Komprese digitálních obrazových signálů standardem JPEG. Metody zpracování a interpretace vysokofrekvenčního signálu. Komplexní obálka, matematický popis. Časová a frekvenční analýza vysokofrekvenčního signálu. Analogové modulace. Matematický popis. Grafické průběhy analogově modulovaného signálu v časové a frekvenční oblasti modulací AM, DSB-SC, SSB-AM, QM, FM, PM Digitální modulace. Matematický popis. Grafické průběhy digitálně modulovaného signálu v časové oblasti. Konstelace modulace. Zpracování signálu modulacemi OOK, ASK, FSK, PSK, QAM, APSK. Principy datového přenosu signálu. Matematický popis. Standardy digitálního rozhlasového vysílání DAB, DMB. Standardy digitálního televizního vysílání DVB. Zabezpečovací algoritmy FEC, Modulace signálu OFDM. Cvičení: Úvodní laboratorní cvičení. Analýzu a zpracování signálů s grafickým a matematickým vyjádřením s využitím přístrojové laboratorní techniky. Implementace váhových okenních funkcí signálu, implementace FFT algoritmu Komplexní a reálná kepstrální analýza generovaného signálu, oktávová analýza generovaného signálu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Vlnková transformace generovaného signálu a analýza signálu s vícenásobným rozlišením s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Interpolace a decimace signálu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Implementace a měření se směšovačem, multiplikativním detektorem a násobičem frekvence. Měření a analýza pásmovými filtry a úzkopásmovými pásmovými filtry Implementace a analýza modulací signálu v základním frekvenčním pásmu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Implementace komprimace a zpracování zvukového signálu s využitím matematického softwaru. Implementace komprimace a zpracování obrazového signálu s využitím matematického softwaru. Metody zpracování a měření vysokofrekvenčního signálu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Metody analogových modulací vysokofrekvenčního signálu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Metody digitálních modulací vysokofrekvenčního signálu s využitím přístrojové laboratorní techniky a matematického softwaru. Závěrečný test. Ukončení laboratoří.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  15
        Zkouška Zkouška 60  11
Rozsah povinné účasti: povinná účast na cvičeních, jsou akceptovány 2 omluvy

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (N0714A060006) Aplikovaná elektronika P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0714A060006) Aplikovaná elektronika K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku