Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analysis of biomedical signals
Course of study:
2017/2018
Code:
EEL-2-205-PT-s
Faculty of:
Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Pomiary technologiczne i biomedyczne
Field of study:
Electrotechnics
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Duda Krzysztof (kduda@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Duda Krzysztof (kduda@agh.edu.pl)
Module summary

Analiza sygnałów ciągłych i dyskretnych, projektowanie układów do analizy i przetwarzania tych sygnałów.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Potrafi samodzielnie doskonalić wiedzę i umiejętności w zakresie analizy i przetwarzania sygnałów. Completion of laboratory classes
Skills
M_U001 Umie projektować układy przetwarzania i analizy sygnałów. Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes
M_U002 Umie zaimplementować algorytmy przetwarzania i analizy sygnałów. Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_U003 Umie zdefiniować złożony problem z zakresu analizy i przetwarzania sygnałów oraz rozwiązać go z wykorzystaniem dostępnej wiedzy. Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Wie, jakie są sposoby opisu układów i sygnałów ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Examination
M_W002 Wie, jakie są metody projektowania filtrów analogowych i dyskretnych. Examination
M_W003 Wie, jakie są metody analizy czasowej i czasowo-częstotliwościowej sygnałów. Examination
M_W004 Wie, na czym polega filtracja adaptacyjna i jak może być realizowana. Examination
M_W005 Wie jak działają stratne i bezstratne metody kompresji danych. Examination
M_W006 Wie, jakie są podstawowe metody przetwarzania obrazów cyfrowych. Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Potrafi samodzielnie doskonalić wiedzę i umiejętności w zakresie analizy i przetwarzania sygnałów. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Umie projektować układy przetwarzania i analizy sygnałów. - - + - - - - - - - -
M_U002 Umie zaimplementować algorytmy przetwarzania i analizy sygnałów. - - + - - - - - - - -
M_U003 Umie zdefiniować złożony problem z zakresu analizy i przetwarzania sygnałów oraz rozwiązać go z wykorzystaniem dostępnej wiedzy. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Wie, jakie są sposoby opisu układów i sygnałów ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. + - - - - - - - - - -
M_W002 Wie, jakie są metody projektowania filtrów analogowych i dyskretnych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Wie, jakie są metody analizy czasowej i czasowo-częstotliwościowej sygnałów. + - - - - - - - - - -
M_W004 Wie, na czym polega filtracja adaptacyjna i jak może być realizowana. + - - - - - - - - - -
M_W005 Wie jak działają stratne i bezstratne metody kompresji danych. + - - - - - - - - - -
M_W006 Wie, jakie są podstawowe metody przetwarzania obrazów cyfrowych. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Sygnały dyskretne – ciągi

    Ciągi deterministyczne; ciągi losowe; podstawowe operacje na ciągach.

  2. Układy dyskretne

    Układ liniowy, układ niezmienny względem przesunięcia; układ przyczynowy; stabilność; własności układów LTI; reprezentacja częstotliwościowa sygnałów i układów dyskretnych; reprezentacja Fouriera ciągów.

  3. Układy analogowe

    Transformacja Laplace’a; transmitancja układu analogowego; stabilność.

  4. Transformacja Z

    Transmitancja układu dyskretnego; analiza własności układów LTI; charakterystyki częstotliwościowe układu dyskretnego; układy wszechprzepustowy i odwrotny; dekompozycja minimalnofazowo-wszechprzepustowa.

  5. Próbkowanie sygnałów

    Rekonstrukcja sygnału ciągłego z reprezentacji dyskretnej; metoda niezmiennej odpowiedzi impulsowej; zmiana częstotliwości próbkowania; cyfrowy tor analizy i przetwarzania sygnałów.

  6. Projektowanie filtrów analogowych

    Filtry Butterwortha, Czebyszewa i Filtr eliptyczny; transformacja częstotliwości – filtry pasmowe.

  7. Projektowanie filtrów cyfrowych

    Transformacja biliniowa; filtry FIR; układy LTI z liniową charakterystyką fazową; projektowanie filtrów FIR metodą okien; optymalny filtr FIR – algorytm Parksa-McClellana; filtr Hilberta i dyskretny sygnał analityczny; dyskretne układy różniczkujące.

  8. Dyskretne przekształcenie Fouriera

    Dyskretny Szereg Fouriera; dyskretne przekształcenie Fouriera; splot kołowy; obliczanie splotu liniowego za pomocą splotu kołowego; splot sekcjonowany; algorytm Goertzla; transformacja Chirp-Z; algorytmy FFT; DFT sygnałów o wartościach rzeczywistych.

  9. Analiza sygnałów z wykorzystaniem DFT

    Analiza DFT sygnałów sinusoidalnych; interpolowane DFT; krótkoczasowa transformacja Fouriera, spektrogram; analiza stacjonarnych sygnałów losowych – periodogram.

  10. Aproksymacja sygnałów, filtry optymalne i filtry adaptacyjne

    Aproksymacja sygnałów w przestrzeni wielowymiarowej; filtracja optymalna w sensie najmniejszych kwadratów; filtry adaptacyjne RLS; estymacja w sensie minimum średnich kwadratów; filtry adaptacyjne LMS; zastosowania filtrów adaptacyjnych.

  11. Transformacja falkowa

    Ciągła transformacja falkowa; dyskretna transformacja falkowa; DWT w wersji predykcyjnej.

  12. Kodowanie entropijne

    Kodowanie Huffmana; kodowanie arytmetyczne; kodowanie słownikowe.

  13. Obrazy cyfrowe

    Filtracja 2D; filtry specjalne; transformacja Fouriera obrazów; projektowanie filtrów 2D metodą okien; DFT i DWT obrazów; zagadnienie tomografii komputerowej.

  14. Poprawa jakości obrazów cyfrowych

    Korekcja zniekształceń geometrycznych kamery; Usuwanie rozmycia; superrozdzielczość.

  15. Transformacja Radona

    Transformacja Radona. Obliczanie odwrotnej transformacji Radona. Tomografia komputerowa.

Laboratory classes:
  1. Generowanie sygnałów dyskretnych
  2. Splot dyskretny i widmo sygnału dyskretnego
  3. Projektowanie filtrów analogowych
  4. Projektowanie rekursywnych filtrów cyfrowych IIR
  5. Projektowanie nierekursywnych filtrów cyfrowych FIR
  6. Metody obliczania DFT
  7. Filtracja sygnałów cyfrowych
  8. Analiza częstotliwościowa z wykorzystaniem DFT
  9. Zmiana częstotliwości próbkowania. Sygnał analityczny
  10. Filtry adaptacyjne
  11. Transformacja falkowa
  12. Kompresja sygnałów
  13. Filtracja obrazów
  14. DFT i DWT obrazów
  15. Transformacja Radona
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 126 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 28 h
Participation in laboratory classes 28 h
Preparation for classes 70 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa obliczana jest następującym algorytmem

Ok=0.5*Oe+0.5*Ol

gdzie: Oe – ocena z egzaminu
Ol – ocena z laboratorium

Obie oceny składowe, tj. Oe i Ol muszą być pozytywne, tj. przynajmniej dostateczne.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość matematyki

Recommended literature and teaching resources:

1. Zieliński T.P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, od teorii do zastosowań, WKŁ, Warszawa, 2005
2. Oppenheim A. V., Schafer R. W., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, WKŁ, Warszawa 1979
3. Lyons R.G., Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów, WKŁ, Warszawa 1999
4. Duda K., Analiza sygnałów biomedycznych, Wydawnictwa AGH 2010

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Accurate, guaranteed stable, sliding discrete fourier transform / Krzysztof DUDA // IEEE Signal Processing Magazine ; ISSN 1053-5888. — 2010 vol. 27 iss. 6, s. 124–127. — Bibliogr. s. 127.

2. An induction motor speed measurement method based on supplying current analysis — Pomiar prędkości obrotowej silnika indukcyjnego w oparciu o analizę widmową prądu zasilania / Andrzej BIEŃ, Krzysztof DUDA // Przegląd Elektrotechniczny = Electrical Review / Stowarzyszenie Elektryków Polskich ; ISSN 0033-2097. — 2011 R. 87 nr 3, s. 201–203. — Bibliogr. s. 203.

3. Computational tasks in computer-assisted transbronchial biopsy / J. BUŁAT, K. DUDA, M. SOCHA, P. TURCZA, T. ZIELIŃSKI, M. Duplaga // Future Generation Computer Systems ; ISSN 0167-739X. — 2010 vol. 26 iss. 3, s. 455–461. — Bibliogr. s. 460–461.

4. DFT-based estimation of damped oscillation parameters in low-frequency mechanical spectroscopy / Krzysztof DUDA, Leszek B. MAGALAS, Mariusz MAJEWSKI, Tomasz P. ZIELIŃSKI // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ; ISSN 0018-9456. — 2011 vol. 60 no. 11, s. 3608–3618. — Bibliogr. s. 3617–3618.

5. DFT interpolation algorithm for Kaiser-Bessel and Dolph-Chebyshev Windows / Krzysztof DUDA // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ; ISSN 0018-9456. — 2011 vol. 60 no. 3, s. 784–790. — Bibliogr. s. 790.

6. Efficacy of the frequency and damping estimation of a real-value sinusoid / Krzysztof DUDA, Tomasz P. ZIELIŃSKI // IEEE Instrumentation & Measurement Magazine ; ISSN 1094-6969. — 2013 vol. 16 iss. 2, s. 48–58. — Bibliogr. s. 57–58.

7. Frequency and damping estimation methods – an overview / Tomasz Piotr ZIELIŃSKI, Krzysztof DUDA // Metrology and Measurement Systems : quarterly of Polish Academy of Sciences ; ISSN 2080-9050. — Tytuł poprz.: Metrologia i Systemy Pomiarowe ; ISSN 0860-8229. — 2011 vol. 18 no. 4, s. 505–528. — Bibliogr. s. 523–525.

8. Interpolated DFT for sin_(x) Windows / Krzysztof DUDA, Szymon BARCZENTEWICZ // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ; ISSN 0018-9456. — 2014 vol. 63 Krzysztof Duda, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej no. 4, s. 754–760. — Bibliogr. s. 760.

9. New indicators of burnished surface evaluation – reasons of application / Daniel Toboła, Piotr Rusek, Kazimierz Czechowski, Tatiana Miller, Krzysztof DUDA // Metrology and Measurement Systems : quarterly of Polish Academy of Sciences ; ISSN 2080-9050. — Tytuł poprz.: Metrologia i Systemy Pomiarowe ; ISSN 0860-8229. — 2015 vol. 22 no. 2, s. 263–274. — Bibliogr. s. 273–274.

10. Śledzenie parametrów cyfrowych sygnałów sinusoidalnych z zastosowaniem filtrów adaptacyjnych — Tracking of parameters of discrete sinusoidal signals with an application of adaptive filters / Krzysztof DUDA // Przegląd Elektrotechniczny = Electrical Review / Stowarzyszenie Elektryków Polskich ; ISSN 0033-2097. — 2011 R. 87 nr 1, s. 140–143. — Bibliogr. s. 143.

11. Computation of the network harmonic impedance with Chirp-Z transform / Krzysztof DUDA,
Dariusz BORKOWSKI, Andrzej BIEN // Metrologia i Systemy Pomiarowe = Metrology and
Measurement Systems / Polska Akademia Nauk. Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej ;
ISSN 0860-8229. — 2009 vol. 16 no. 2 s. 299–311. — Bibliogr. s. 309–311.

12. Lifting based compression algorithm for power system signals / Krzysztof DUDA // Metrologia
i Systemy Pomiarowe = Metrology and Measurement Systems / Polska Akademia Nauk. Komitet
Metrologii i Aparatury Naukowej ; ISSN 0860-8229. — 2008 vol. 15 no. 1 s. 69–83. — Bibliogr.
s. 82–83.

Additional information:

-