Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-503-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Korohoda Przemysław (korohoda@agh.edu.pl)
Module summary

Student poznaje podstawowe definicje i pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów, oraz uczy się je stosować poprzez eksperymenty realizowane w pakiecie Matlab.

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: is able to
M_K001 Student rozumie potrzebę pozyskiwania wiedzy oraz formułowania i przekazywania informacji otoczeniu w sposób zrozumiały i czytelny, dostosowany do potrzeb odbiorcy. ETP1A_K05, ETP1A_K01 Involvement in teamwork,
Activity during classes,
Participation in a discussion
Skills: he can
M_U001 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów ETP1A_U13 Completion of laboratory classes,
Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
M_U002 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych. Potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości. ETP1A_U07 Completion of laboratory classes,
Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów ETP1A_U02 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student zna podstawowe definicje i pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów ETP1A_W03, ETP1A_W10 Completion of laboratory classes,
Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 16 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę pozyskiwania wiedzy oraz formułowania i przekazywania informacji otoczeniu w sposób zrozumiały i czytelny, dostosowany do potrzeb odbiorcy. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych. Potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów - - - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe definicje i pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 125 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 47 h
Realization of independently performed tasks 46 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (16h):

1. Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów

Próbkowanie sygnałów, twierdzenie Shanona, aliasing. Konwersja analogowo-cyfrowa i cyfrowo-analogowa. Szum kwantyzacji.

2. Analiza częstotliwościowa sygnałów cyfrowych

Porównanie analizy częstotliwościowej sygnałów analogowych i dyskretnych. Dyskretna transformacja Fouriera i jej własności. Odwrotna dyskretna transformacja Fouriera. Dyskretna transformacja Fouriera obrazów cyfrowych. Szybka transformacja Fouriera. Schemat motylkowy. Okresowość widm dyskretnych. Efektywność algorytmów.

3. Filtry cyfrowe

Definicja i własności z-transformacji. Związki pomiędzy z-transformacją i transformacją Fouriera. Kształtowanie widm przez systemy liniowe. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (FIR), ich własności i charakterystyki częstotliwościowe. Filtry z liniową i afiniczną charakterystyką fazową. Metody projektowania filtrów FIR. Filtry z nieskończoną odpowiedzią impulsową (IIR). Stabilność filtrów IIR. Projektowanie filtrów IIR w oparciu o metody projektowania filtrów analogowych. Optymalizacyjne metody projektowania filtrów IIR. Filtracja obrazów cyfrowych.

4. Banki filtrów i teoria falek

Podstawy teorii falek. Teoria falek w przetwarzaniu sygnałów cyfrowych. Postulaty Mallata i Meyera. Podpróbkowanie i nadpróbkowanie. Dyskretna transformacja falkowa. Filtracja podpasmowa i banki filtrów. Zastosowanie metod falkowych do częstotliwościowej analizy obrazów.

5. Podstawowe metody kompresji sygnałów akustycznych

Definicje kompresji bezstratnej i stratnej. Kodowanie predykcyjne i entropijne. Sprawność kodowania. Kodowanie Huffmana. Kodowanie arytmetyczne. Kwantyzacja skalarna i wektorowa. Kodowanie transformatowe. Dyskretna transformacja kosinusowa.

Laboratory classes (14h):

1. Próbkowanie i dyskretna transformacja Fouriera – przykłady zastosowania twierdzenia o próbkowaniu oraz podpróbkowaniu, interpretacja uzyskanych wyników. Właściwości oraz interpretacja wyników dyskretnej transformacji Fouriera, w szczególności w odniesieniu do ciągłej transformacji Fouriera.
2. Podsumowanie wiedzy i umiejętności praktycznych dla punktu 1 – kolokwium.
3. Filtry o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej – dyskretny splot liniowy i kołowy, filtracja z wykorzystaniem dyskretnej transformacji Fouriera. Transformacja z – przykłady zastosowań i interpretacji. Projektowanie i właściwości oraz przykłady zastosowań dla filtrów o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej.
4. Podsumowanie wiedzy i umiejętności praktycznych dla punktu 3 – kolokwium.
5. Dyskretne transformacje i kodowanie – dyskretna transformacja falkowa oraz transformacja kosinusowa, przykłady, interpretacja wyników. Kodowanie kompresyjne bezstratne i stratne – metoda predykcyjna, kodowanie Huffmana i arytmetyczne. Zastosowania transformacji falkowej i kosinusowej w kodowaniu stratnym, efekty kwantyzacji wartości współczynników transformat dla sygnałów akustycznych i obrazów.
6. Podsumowanie wiedzy i umiejętności praktycznych dla punktu 5 – kolokwium.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Przewiduje się dwa terminy zaliczeń poprawkowych.
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie zajęć laboratoryjnych.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz z egzaminu.
2. Ocena końcowa jest równa ocenie z egzaminu, jeżeli ta ocena jest co najwyżej różna o 1 punkt od oceny z laboratorium. W przeciwnym wypadku ocena końcowa jest średnią arytmetyczną oceny z laboratorium i egzaminu. Jeżeli wartość średnia nie odpowiada obowiązującej skali ocen, ocena końcowa jest zaokrągleniem wartości średniej w kierunku oceny z egzaminu.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student po każdej nieobecności na zajęciach laboratoryjnych potwierdza nadrobienie materiału w trakcie kolejnych zajęć przez sprawne wykonanie zadań o charakterze kontynuacyjnym. W razie konieczności sugerowane jest skorzystanie godzin konsultacji.

Prerequisites and additional requirements:

· Umiejętność samodzielnego poszukiwania informacji w literaturze
· Znajomość podstaw analizy matematycznej i algebry.
· Znajomość metod analogowego przetwarzania sygnałów (teorii sygnałów)
· Umiejętność posługiwania się Matlabem

Recommended literature and teaching resources:

1. Bartosz Ziółko, Mariusz Ziółko: Przetwarzanie mowy. AGH 2011.
2. Tomasz P. Zieliński: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. WKŁ 2005.
3. Richard G. Lyons: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, WKŁ 1999, 2000.
4. Dag Stranneby: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. BTC 2004.
5. Włodzimierz Kwiatkowski: Wstęp do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Warszawa 2003.
6. Marian Pasko, Janusz Walczak: Teoria sygnałów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999.
7. Jacek Izydorczyk, Grzegorz Płonka, Grzegorz Tyma: Teoria Sygnałów. Helion 1999.
8. Tomasz P. Zieliński, Przemysław Korohoda, Roman Rumian (redaktorzy): Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji – Podstawy, Multimedia, Transmisja, PWN, Warszawa, 2014.

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

P.Korohoda, R.Rumian: Audio in-band signalling system based on a complementary pair of peak and notch equalizers. Proceedings of the Signal Processing –Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications (SPA 2016), pp. 207–212, 2016.

P.Korohoda, R.Rumian: Design of the mutually cancelling narrow passband and stopband filters – a case study. Proceedings of the International Conference on Signals and Electronic Systems, pp. 57-62, Sept. 2016.

P.Korohoda, A.Dąbrowski, P.Pawłowski: Optical coherence tomography for fingerprint acquisition from internal layer – a case study. Proceedings of the Signal Processing –Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications (SPA 2014), pp. 176–180, 2014.

T.Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian (Red.): Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji : podstawy – multimedia – transmisja, PWN, Warszawa, 2014.

K.Duda, P.Korohoda: Projektowanie filtrów, rozdział w: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji : podstawy – multimedia – transmisja, pod red. T.Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian, str. 106-157, PWN, Warszawa, 2014.

P.Korohoda, A.Dąbrowski : DCT-IIIe based wavelet-like decomposition-reconstruction procedure with windowing for two-dimensional data – case study. Proceedings of the Signal Processing –Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications (SPA 2013), pp. 306–311, 2013.

Additional information:

None