Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-403-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż, prof. AGH Kowalczyk Konrad (konrad.kowalczyk@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot pozwala zrozumieć działanie podstawowych metod przetwarzania sygnałów cyfrowych oraz uczy umiejętności stosowania metod analizy i przetwarzania sygnałów cyfrowych w praktyce

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student zna podstawowe definicje i pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów ETP1A_U07, ETP1A_W03, ETP1A_W10 Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych ETP1A_U07, ETP1A_W03 Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości ETP1A_U07, ETP1A_W03, ETP1A_W10 Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów ETP1A_W03, ETP1A_W10 Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów ETP1A_K01, ETP1A_U02 Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu w sposób zrozumiały — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących przetwarzania sygnałów multimedialnych ETP1A_K05 Udział w dyskusji
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student zna podstawowe definicje i pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości - - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu w sposób zrozumiały — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących przetwarzania sygnałów multimedialnych + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 130 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 42 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 32 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (28 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (28 godzin).

Wykłady

1. Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów

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

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

Filtracja podpasmowa i banki filtrów. Podpróbkowanie i nadprobkowanie. Zastosowanie metod falkowych do częstotliwościowej analizy obrazów.

5. Podstawowe metody kompresji sygnałów (akustycznych i obrazów)

Definicje kompresji bezstratnej i stratnej. Kodowanie predykcyjne i entropowe. Sprawność kodowania. Kodowanie Huffmana. Kodowanie arytmetyczne. Kwantyzacja skalarna i wektorowa. Kodowanie transformatowe. Dyskretna transformacja kosinusowa. Kodowanie poprzez predykcję liniową. Metody kompresji dźwięku i obrazów (np. jpeg, mp3)

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

Ćwiczenia laboratoryjne

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. 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.

3. 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.

4. Podsumowanie wiedzy i umiejętności praktycznych dla bloków tematycznych opisanych w pkt. 1-3 – kolokwium.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych uzyskuje się na podstawie wyników kartkówek wejściowych sprawdzających przygotowanie teoretyczne do zajęć, aktywności studenta(tki) w trakcie trwania zajęć oraz kolokwium końcowego sprawdzającego wiedzę z całego semestru. Będą dwa terminy zaliczeń poprawkowych sprawdzających wiedzę z całego materiału przedmiotu. Uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych jest wymagane by móc przystąpić do egzaminu pisemnego.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz z egzaminu.
2. 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 powinien zgłosić się do prowadzącego w celu ustalenia indywidualnego sposobu nadrobienia zaległości.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Tomasz Zieliński: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. WKŁ 2005.
2. Richard G. Lyons: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, WKŁ 1999, 2000.
3. Jacek Izydorczyk, Grzegorz Płonka, Grzegorz Tyma: Teoria Sygnałów. Helion 1999.
4. Włodzimierz Kwiatkowski: Wstęp do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Warszawa 2003.
5. Marian Pasko, Janusz Walczak: Teoria sygnałów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1 K. Kowalczyk, O. Thiergart, M. Taseska, G. Del Galdo, and V. Pulkki, E.A.P. Habets, “Parametric spatial sound processing: a flexible and efficient solution to sound scene acquisition, modification and reproduction,” IEEE Signal Processing Magazine, vol. 32, No. 2, pp. 31-42, Mar. 2015

2 K. Kowalczyk, E.A.P. Habets, W. Kellermann, and P.A. Naylor, “Blind system identification using sparse learning for TDOA estimation of room reflections,” IEEE Signal Processing Letters, vol. 20, No. 7, pp. 653-656, Jul. 2013

3 K. Kowalczyk and M. van Walstijn, “Modeling frequency-dependent boundaries as digital impedance filters in FDTD and K-DWM room acoustics simulations,” J. Audio Engineering Society, vol. 56, No. 7/8, pp. 569-583, Jul./Aug. 2008

Informacje dodatkowe:

Wykład będzie prowadzony z wykorzystaniem innowacyjnych metod dydaktycznych opracowanych w ramach projektu POWER (Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój) – POWR.03.014.00-00-D002/16.