1DI1703 - Algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów

Nazwa w drugim języku: 

Digital Signal Processing Algorithms

Przedmiot realizowany w planach wzorcowych:

Obieralny dla katalogów:

Znalazłem 3 pozycji. (Pokaż szczegóły)

• Informatyka I,D,PL - IK obieralne 1 podstawowy Etap: Model 2, inżynierskie I-go stopnia, stacjonarne, polski , sem.: 5 - 5 (12)
• Informatyka I,D,PL - IK obieralne 1 podstawowy Etap: Model 2, inżynierskie I-go stopnia, stacjonarne, polski , sem.: 6 - 6 (12)
• Informatyka I,D,PL - IK obieralne 1 podstawowy Etap: Model 2, inżynierskie I-go stopnia, stacjonarne, polski , sem.: 7 - 7 (12)

Cel przedmiotu: 

Zaznajomienie z problematyką wykorzystania algorytmów CPS do realizacji zadań analizy i przetwarzania sygnałów obiektowych (analogowych) metodami cyfrowymi. Przedstawienie problemów efektywnej implementacji algorytmów w technologii procesorów o skończonej długości słowa (stało i zmiennoprzecinkowych).

Treści kształcenia: 

Metody i algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów: Rozkład sygnału na komponenty ortogonalne i nieortogonalne realizowany metodami analogowymi i cyfrowymi. Całkowe i Dyskretne przekształcenie Fouriera - algorytmy i właściwości ich numerycznej realizacji (SPF, arytmetyka stałoprzecinkowa). Zagadnienia praktyczne związane z fizyczną interpretacją wyników analiz i błędami wprowadzanymi przez metody DPF. Cosinusowe PF - relacja z DPF, algorytmy realizacji, zastosowania. Algorytmy poprawiania jakości analiz widmowych (okna czasowe, interpolacja, dithering). Druga część wykładu: Algorytmy i metody filtracji cyfrowej. Metody realizacji i właściwości filtrów cyfrowych SOI i NOI. Relacje pomiędzy transmitancją filtru, jego opisem zero-biegunowym i właściwościami czasowymi. Algorytmy projektowania i implementacji filtrów SOI i NOI, ich właściwości i ograniczenia. Metody testowania jakości filtrów. Algorytmy implementacji filtrów cyfrowych w procesorach o ograniczonej długości słowa (stało i zmiennoprzecinkowe, problemy szumów i stabilności). Postawy analizy falkowej, wielokanałowych analiz widmowych i filtracji oktawowej.
Wykład jest ilustrowany prezentacjami Matlab/Simulink i zorientowany na praktyczne wykorzystanie tego środowiska w CPS.


Wykład
1. Podstawowe parametry opisujące sygnał: wartość średnia, skuteczna, gęstość prawdopodobieństwa metody i algorytmy ich analitycznego i numerycznego wyznaczania.
2. Rozkład sygnału w przedziale na komponenty ortogonalne i nieortogonalne, rozkład sygnałów okresowych na szereg Fouriera, algorytmy i dokładność.
3. Próbkowanie sygnału, właściwości funkcji próbkującej, tw. Shannona. Próbkowanie sygnałów okresowych.
4. Całkowe Przekształcenie Fouriera - właściwości, problemy numerycznego wyznaczania, błędy i ograniczenia krótkoczasowych analiz widmowych.
5. Dyskretne i Cosinusowe Przekształcenie Fouriera - algorytmy, właściwości, interpretacja fizyczna, związek z CPF: analizy synchroniczne i niesynchroniczne, okna czasowe.
6. Szybkie Przekształcenie Fouriera - algorytm klasyczny i inne metody przyspieszania obliczeń.
7. Liniowe systemy dyskretne, transformata Z.
8. Filtry cyfrowe, klasyfikacja filtrów cyfrowych, algorytmy i narzędzia realizacji (procesory sygnałowe).
9. Filtry cyfrowe SOI: odpowiedź impulsowa, realizacja, transmitancja, projektowanie, charakterystyki częstotliwościowe i ich interpretacja w dziedzinie czasu.
10. Filtry cyfrowe NOI: realizacja, transmitancja, projektowanie, problemy stabilności.
11. Porównane metod projektowania i właściwości filtrów NOI i SOI, zastosowania, algorytmy testowania.
12. Elementy analizy falkowej, wielokanałowe analizy widmowe, filtry decymacyjne: zastosowania i algorytmy realizacji.

Laboratorium
1. Algorytmy rozkładu funkcji na komponenty ortogonalne i nieortogonalne: metody, badanie właściwości i dokładności.
2. Dyskretne Przekształcenie Fouriera, okna czasowe, analizy synchroniczne i niesynchroniczne sygnałow sztucznie generowanych.
3. Filtry cyfrowe SOI i NOI, metody i algorytmy projektowania, badanie właściwości.
4. Zastosowania filtrów cyfrowych i DPF w przetwarzaniu sygnałów obiektowych.
5. Zaawansowane algorytmy CPS: analiza falkowa, przetwarzanie wielokanałowe sygnałów, filtry decymacyjne.

Bibliografia: 

1. Lyons R.G., Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów, WKiŁ, 2009;
2. Zieliński T.P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów: od teorii do zastosowań, WKiŁ 2005;
3. Stranneby D., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, BTC 2004;
4. Wojtkiewicz A., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów ćwiczenia laboratoryjne,

Metody oceny: 

Wykład:
dwa sprawdziany/kolokwia wykładowe, każde 15 pkt. Część pierwsza: rozkłady i aproksymacje, tw. o próbkowaniu, analizy widmowe CPF/DPF. Część druga: filtry cyfrowe, zawansowane algorytmy CPS. wymagane minimum zaliczeniowe: uzyskanie 50% punktów.
Laboratorium:
ocena indywidualnej aktywności studenta na zajęciach w ciągu semestru (do 10 pkt), dwa testy/kolokwia (po 20 pkt każde).
Projekt indywidualny (realizowany samodzielnie) 20 pkt (wymagane min 50% pkt do zaliczenia)
Ocena całościowa przedmiotu (standard): 50% pkt>3.0, 60%>3.5 itd, pod warunkiem zaliczenia wykładu i projektu

Uwagi: 

Przedmioty na których bazuje dany przedmiot (prerekwizyty):

• [1DI1412] Technika mikroprocesorowa lab
• [1DI1302] Algorytmy i struktury danych
• [1DI1505] Podstawy sztucznej inteligencji
• [1DI1305] Technika mikroprocesorowa
• [1DI1607] Podstawy sztucznej inteligencji lab
• [1DI1404] Metody numeryczne

• Efekty Kształcenia dla kierunku Informatyka Stosowana:
• Wiedza

  Kod	Efekt Kształcenia dla kierunku	Procent	Efekt kształcenia dla przedmiotu	Sposób sprawdzania
  E1_W01d	ma podstawową wiedzę z zakresu matematyki, przydatną do formułowania i rozwiązywania zadań z zakresu studiów, dotyczącą metod numerycznych	+ (33%)	zna i umie wykorzystać metody numeryczne w przetwarzaniu sygnałów i aproksymacji	projekt laboratoryjny
  I1_W04b	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu algorytmów i złożoności	+ (33%)	zna algorytmy analiz CPS, umie optymalizowac ich złożoność i implementować je do rozwiązywania konkretnych problemów inżynierskich	kolokwia wykładowe
  I1_W04j	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu inżynierii oprogramowania	+ (33%)	zna środowisko Matlab/Simulink i potrafi wykorzystać je jako punkt wyjścia do tworzenia oprogramowania CPS o charakterze uniwersalnym.	ocena pracy w laboratorium
  I1_W04k	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu systemów wbudowanych	+ (33%)	zna problemy implementacji algorytmów przetwarzania sygnałów w platformy wbudowane	projekt wykladowy
  I1_W04l	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu wybranych podstawowych zastosowań informatyki	+ (33%)	zna możliwości wykorzystania narzędzi informatycznych do przetwarzania sygnałów obiektowych	kolokwia laboratoryjne
  I1_W05c	ma szczegółową wiedzę związaną z zagadnieniami z wybranego zakresu informatyki, dotyczącą analizy i projektowania oprogramowania	+ (33%)	zna metody projektowania oprogramowania do przetwarzania sygnałów i metody analizy jego jakości	ocena pray w laboratorium, projekt
  I1_W06a	ma podstawową wiedzę o trendach rozwojowych z zakresu informatyki	+ (33%)	zna trendy w dziedzinie CPS	kolokwia wykładowe

• Umiejętności

  Kod	Efekt Kształcenia dla kierunku	Procent	Efekt kształcenia dla przedmiotu	Sposób sprawdzania
  	Dodatkowe efekty kierownika przedmiotu	+++ (100%)	umie zrealizować nowoczesne, praktyczne przetwarzanie i analizę sygnałów obiektowych metodami cyfrowymi,zasymulować, zalgorytmizować i zaprojektować realizację oprogramowania CPS	kolokwium zaliczeniowe
  E1_U05	Potrafi planować własne uczenie się, ma umiejętności samokształcenia.		umie korzystać z doumentacji środowiska Matlab do doskonalenia jego znajomości	ocena projektu
  I1_U08b	potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym symulacje komputerowe	++ (66%)	potrafi realizować symulacje komputerowe w środowisku Matlab/Simulink testujące algorytmy CPS	praca w laboratorium
  I1_U08c	potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski	+++ (100%)	umie interpretować wyniki analiz sygnałów obiektowych realizowanych metodami cyfrowymi	praca w laboratorium, projekt, kolokwia wykładowe
  I1_U09	Potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody: analityczne, symulacyjne, eksperymentalne.	+ (33%)	umie prowadzić symulacje i eksperymenty testujące algorytmy CPS	ocena pracy laboratoryjnej

• Kompetencje społeczne

  Kod	Efekt Kształcenia dla kierunku	Procent	Efekt kształcenia dla przedmiotu	Sposób sprawdzania
  E1_K01	Jest przygotowany do przeprowadzenie krytycznej analizy posiadanej wiedzy, ma świadomość posiadanych kompetencji i umie pozyskać informacje potrzebne do realizacji postawionych przed nim zadań.	+++ (100%)	uczy sie wieczorami w domu i zacheca do uczenia innych	projekt
  E1_K06	Potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy.	+++ (100%)	sprawne realizowanie projektu i prac laboratoryjnych	ocena projektu i prac laboratoryjnych

• • Punkty ECTS za zajęcia kontaktowe z nauczycielem: 2 
  • Punkty ECTS za zajęcia praktyczne łącznie; kontaktowe i bez kontaktu z nauczycielem: 4 
• • Uzasadnienie punktów ECTS:

  • Zajęcia kontaktowe z nauczycielem: 

    wyklad 30h
    laboratorium 30h

  • Zajęcia bez kontaktu z nauczycielem: 

    praca i eksperymenty w środowisku Matlab/Simulink 20h,
    realizacja projektu 20h,
    opracowanie dokumentacji projektu 10h,
    przygotowanie do ćwiczeń lab. 30h,
    studia literaturowe 20h,

  • • Sumaryczna liczba godzin pracy studenta: 160 
  • Łączna liczba punktów ECTS wynika z sumarycznej liczby godzin pracy studenta.