Цифровая обработка сигналов
| Вид материала | Лекции |
- Комплекс (умк) дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка сигналов» для специальности, 290.97kb.
- Цифровая обработка сигналов, 25.15kb.
- II. Цифровая обработка сигналов: микропроцессоры, платы, средства разработки, программное, 322.3kb.
- «Цифровая обработка сигналов», 18.11kb.
- 14-я Международная Конференция цифровая обработка сигналов, 77.38kb.
- 14-я Международная Конференция цифровая обработка сигналов, 77.75kb.
- 14-я Международная Конференция цифровая обработка сигналов, 77.45kb.
- Рабочая программа дисциплина Цифровая обработка сигналов Направление, 130.52kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Цифровая обработка сигналов» Направление подготовки, 118.61kb.
- Методические указания по выполнению лабораторной работы №2 по курсу "Цифровая обработка, 99.67kb.
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ”
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 657100 - “Прикладная математика” по специальности 073000 – “Прикладная математика”.
Санкт-Петербург
2001
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ”
“УТВЕРЖДАЮ”
Проректор по учебной работе
проф. ___________ Ушаков В.Н.
“_____”_______________2001 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 657100 - “Прикладная математика” по специальности 073000 – “Прикладная математика”.
Факультет компьютерных технологий и информатики
Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ
Курс – 5
Семестр – 9
| Лекции | 32 ч. | | Экзамен | 9 семестр |
| | | | | |
| Курсовая работа | 16 ч. | | | |
| | | | | |
| Аудиторные занятия | 48 ч. | | |
| Самостоятельные занятия | 52 ч. | | |
| Всего часов | 100 ч. | | |
2001
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______.
Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом по направлению 657100 - “Прикладная математика” по специальности 073000 – “Прикладная математика”.
Рабочая программа согласована с рабочей программой изученной ранее дисциплины «Программирование».
Рабочая программа утверждена на методической комиссии ФКТИ “____”_____________2001г.
Цели и задачи дисциплины
- Изучение базовых алгоритмов цифровой обработки сигналов.
- Формирование практических навыков реализации систем цифровой обработки сигналов.
Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин:
- Высшая математика.
- Теория автоматического управления.
3) Программирование и основы алгоритмизации
Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
1. Знать основы теории цифровой обработки сигналов (ЦОС): методы дискретизации и квантования, основные дискретные спектральные преобразования, методы цифровой фильтрации и параметрического спектрального анализа.
2. Уметь использовать теоретические знания для алгоритмического проектирования систем ЦОС, использовать типовые инструментальные средства и пакеты прикладных программ для решения конкретных прикладных задач обработки сигналов на ЭВМ.
3. Иметь представление об областях применения методов, о зависимости архитектуры системы ЦОС от требований задачи, о перспективных методах цифровой обработки сигналов..
Содержание рабочей программы
ВВЕДЕНИЕ
Предмет дисциплины, её структура и содержание. Связь дисциплины с другими дисциплинами.
Тема 1. Основные понятия дисциплины.
Задачи цифровой обработки данных (сигналов), основанных на использовании спектральных методов, математический аппарат, используемый для обработки данных ряды и интегралы Фурье, Z-преобразование.
Тема 2. Методы представления сигналов в ЭВМ.
Классификация методов дискретизации. Спектральный подход: теорема Котельникова и условия её применения. Дискретизация многомерных сигналов. Квантование по уровню, характеристики шумов квантования. Нелинейное и оптимальное квантование.
Методы сжатия информации при представлении в ЭВМ. Сжатие с потерями и без потерь. Разностное квантование. Методы дельта модуляции. Сжатие на основе MPEG технологии, сжатие речевых сигналов.
Тема 3. Дискретные спектральные преобразования и методы их вычисления.
Понятие о дискретном преобразовании Фурье. Преобразования в нетригонометрических базисах. Многомерные дискретные преобразования.
Быстрое преобразование Фурье. Общий подход к построению быстрых преобразований на основе факторизации матриц преобразования. Теоретико-числовые и полиномиальные методы выполнения дискретных преобразований.
Тема 4. Методы обработки сигналов в спектральной области на основе дискретных преобразований.
Применение ДПФ для анализа гармонических сигналов, частотная характеристика ДПФ, боковые лепестки, модуляция спектра Методы улучшения характеристик ДПФ при использовании окон. Спектральный анализ случайных процессов с использованием ДПФ. Методы сглаживания оценок спектра. Обнаружение гармонических сигналов на фоне шума с использованием ДПФ. Вычисление корреляционных функций. Реализация пространственно-временной обработки сигналов в спектральной области. Методы гомоморфной обработки.
Тема 5. Цифровая фильтрация на ЭВМ.
Общая структура цифрового фильтра. Нерекурсивная и рекурсивная форма ЦФ. Фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой.Методы реализации ЦФ - прямая и каноническая форм, каскадная и параллельная форма. Частотная характеристика цифрового фильтра.
Синтез фильтров с конечной импульсной характеристикой методом окна и методом частотной выборки. Синтез аналоговых фильтров-прототипов Баттерворта, Чебышева, Бесселя при построении ЦФ. Метод билинейного преобразования для синтеза ЦФ. Преобразование полосы частот при синтезе ЦФ.
Тема 6. Методы параметрического спектрального анализа.
Понятие о параметрических моделях сигналов. Модели авторегрессии (АР), скользящего среднего, смешанные. Оценивание параметров АР-моделей. Рескурсия Левинсона-Дербина. Оценивание спектра сигналов на основе параметрических моделей.
Тема 7. Вейвлет преобразование и его использование в задачах цифровой обработки сигналов.
Вейвлет-преобразование. Общие понятия, свойства. Непрерывное вейвлет-преобразование, его локализующие свойства. Использование непрерывного вейвлет-преобразования для обнаружения изменения свойств сигналов. Дискретное вейвлет-преобразование и его применение для сжатия и шумоочистки сигналов.
Тема 8. Аппаратное и программное обеспечение систем цифровой обработки сигналов.
Аппаратные средства цифровой обработки сигналов: универсальные процессоры, сигнальные процессоры. Перспективные архитектуры для цифровой обработки сигналов. Технические средства обеспечения ввода-вывода аналоговых сигналов в ЭВМ. Аппаратные средства ЦОС в системах мультимедиа.
Классификация программных средств ЦОС. Требования к функциональному наполнению и инструментальным средствам разработки ПО ЦОС. Интегрирванные пакеты программ для ПЭВМ: "MATLAB", "MathCAD", LabVIEW" и их использование для решения прикладных задач.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития и использования систем цифровой обработки сигналов.
Цели и содержание курсового проекта (работы)
и его ориентировочная трудоемкость
3 семестр
Цель: Практическое освоение работы с пакетом программ "MATLAB" при решении задач синтеза цифровых фильтров и применение ЦФ для обработки модельных и реальных сигналов
Содержательно курсовая работа состоит в выполнении 3-х последовательных заданий: 1) генерация входной последовательности для модельного и реального сигнала; 2) реализация спектрального анализа модельных и реальных сигналов; 3) реализация цифрового фильтра заданного типа, включая определение параметров фильтра и обработку с его помощью модельных и реальных сигналов .
Ориентировочная трудоемкость 16 часов самостоятельной работы, 16 часов работы за компьютером в лаборатории кафедры и консультаций с преподавателем.
Распределение учебных часов по темам и видам занятий
| № те-мы | Название разделов и тем | Объем учебных часов | Семестр | |||||
| Лек-ции | Курсовая работа | Практ. занятия | Аудит. занятия | Самост. работа | Всего | |||
| | Введение | 1 | | | 1 | | 1 | 8 |
| 1 | Основные понятия дисциплины. | 3 | | | 3 | 4 | 7 | 8 |
| 2 | Методы представления сигналов в ЭВМ. | 4 | | | 6 | 6 | 12 | 8 |
| 3 | Дискретные спектральные преобразования и методы их вычисления. | 6 | 4 | | 8 | 6 | 14 | 8 |
| 4 | Методы обработки сигналов в спектральной области на основе дискретных преобразований. | 4 | 4 | | 8 | 10 | 18 | 8 |
| 5 | Цифровая фильтрация на ЭВМ. | 6 | 8 | | 8 | 8 | 16 | 8 |
| 6 | Методы параметрического спектрального анализа. | 4 | | | 6 | 4 | 10 | 8 |
| 7 | Вейвлет-преобразование и его использование в задачах цифровой обработки сигналов. | 2 | | | 6 | 6 | 12 | 8 |
| 8 | Аппаратное и программное обеспечение систем цифровой обработки сигналов | 4 | | | 4 | 8 | 12 | 8 |
| ИТОГО: | 34 | 16 | | 48 | 52 | 100 | 8 | |
ЛИТЕРАТУРА
Основная
| № | Название, библиографическое описание | Л | Кп (ð) | К-во экз. в библ. (на каф.) | Гриф |
| 1 | Куприянов М.С.,Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов.-СПБ.:Политехника, 2000. | 5 | 5 | уч 27 ф 2 | Мин. обр. РФ |
| 2 | Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.- СПБ.: Питер, 2002 | 5 | 5 | Уч 79 Ф 2 | Мин. обр. РФ |
| 3 | Бадейкин А.В., Геппенер В.В. Корнеев И.А. Синтез цифровых фильтров с использованием пакета программ MATLAB: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. с.72. | 5 | | уч 54 ф 2 | |
| | Геппенер В.В. , Черниченко Д.А., Экало С.А. Вейвлет-преобразование в задачах цифровой обработки сигналов: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002. с.78. | 5 | | уч 154 ф 2 | |
Дополнительная
| № | Название, библиографическое описание | К-во экз. в библ. (на каф.) |
| 1 | Марпл-мл.С.Л. Цифровой спектральный анализ.-М.:Мир,1990 | Уч 23 |
| 2 | Рабинер Р.,Голд Б . Теория и применение цифровой обработки сигналов .- М.: МИР, 1978 | Уч 0 |
| 3 | Дьяконов В.П., Абраменкова И.А. Matlab Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник Питер, 2002 | Уч 0 |
| 4 | Дъяконов В.П. Вейвлет - от теории к практике. М.: Солон-Р.- 2002, с. 440. | Уч 0 |
| 5 | Залманзон Л.А. Преобразование Фурье, Уолша,Хаара и их применение в управлении.-М.: Наука,1989. | Уч 0 |
| Авторы: | |
| (сд.т.н., профессор | Геппенер В.В. |
| | |
| Рецензент | |
| д.т.н., профессор | Куприянов М.С. |
| | |
| Зав. кафедрой математического обеспечения и применения ЭВМ | |
| д.т.н., профессор | Лисс А.Р. |
| | |
| Декан факультета Компьютерных технологий и информатики | |
| д.т.н., профессор | Герасимов И.В. |
| | |
| Программа согласована: | |
| | |
| Зав. отделом учебной литературы | Смирнова О.Н. |
| | |
| Руководитель методического отдела | |
| к.т.н., доцент | Марасина Л.А. |
| | |