Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
HNKT-1-414-s
Wydział:
Humanistyczny
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Nowoczesne technologie w kryminalistyce
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Prowadzący moduł:
dr inż. Sypka Przemysław (sypka@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot pozwala zrozumieć działanie podstawowych metod przetwarzania sygnałów cyfrowych. Kurs obejmuje metody analizy częstotliwościowej, projektowanie i analizę filtrów, kompresję sygnałów.

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, pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów NKT1A_W04, NKT1A_W01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów NKT1A_U06, NKT1A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych NKT1A_U04, NKT1A_U05, NKT1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów NKT1A_U04, NKT1A_U05, NKT1A_U07, NKT1A_U08, NKT1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U004 Student potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości NKT1A_U04, NKT1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie potrzebę pozyskiwania wiedzy oraz formułowania i przekazywania informacji otoczeniu w sposób zrozumiały i czytelny, dostosowany do potrzeb odbiorcy. NKT1A_K04, NKT1A_K01, NKT1A_K02 Zaliczenie laboratorium,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
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, pojęcia oraz algorytmy z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi interpretować informacje z literatury na temat przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie stosować narzędzia i algorytmy przetwarzania sygnałów cyfrowych + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi projektować podstawowe systemy cyfrowego przetwarzania sygnałów + - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi analizować sygnały i systemy w dziedzinie czasu i częstotliwości + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę pozyskiwania wiedzy oraz formułowania i przekazywania informacji otoczeniu w sposób zrozumiały i czytelny, dostosowany do potrzeb odbiorcy. + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 84 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 14 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 7 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów

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

  2. Analiza częstotliwościowa sygnałów cyfrowych

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

  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 analizy sygnałów i obrazów.

  5. Podstawowe metody kompresji sygnałów

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

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):
  1. Próbkowanie sygnałów. Przykłady zastosowania twierdzenia o próbkowaniu (aliasing), interpretacja uzyskanych wyników.

  2. Dyskretna transformacja Fouriera. Właściwości oraz interpretacja wyników dyskretnej transformacji Fouriera. Zastosowanie szybkiej transformacji Fouriera. Krótkoczasowa transformacja Fouriera. Przeciek, efekt Gibbs’a.

  3. Systemy i sposoby ich opisu. Równanie różnicowe, odpowiedź impulsowa, transformacja Z, transmitancja. Stabilność systemów. Splot liniowy i kołowy.

  4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (FIR). Projektowanie, właściwości oraz przykłady zastosowań dla filtrów o skończonej odpowiedzi impulsowej.

  5. Filtry o nieskończonej odpowiedzi impulsowej (IIR). Projektowanie, właściwości oraz przykłady zastosowań dla filtrów o nieskończonej odpowiedzi impulsowej.

  6. Dyskretna transformacja falkowa. Zmiana częstotliwości próbkowania sygnałów. Kodowanie bezstratne i stratne – metoda predykcyjna, kodowanie Huffmana i arytmetyczne. Kompresja sygnałów. Transformacja kosinusowa. Zastosowania transformat w kodowaniu stratnym, efekty kwantyzacji wartości współczynników transformat dla sygnałów akustycznych i obrazów.

  7. Podsumowanie wiedzy i umiejętności praktycznych (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:

Przewiduje się dwa terminy zaliczeń poprawkowych.

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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium.
2. Ocena końcowa jest równa ocenie z laboratorium.

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.

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 (Sygnały i Systemy).
- Podstawowa umiejętność posługiwania się Matlabem.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Tomasz P. 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. Dag Stranneby: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. BTC 2004.
5. Tomasz P. Zieliński, Przemysław Korohoda, Roman Rumian (redaktorzy): Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji – Podstawy, Multimedia, Transmisja, PWN, Warszawa, 2014.
6. Bartosz Ziółko, Mariusz Ziółko: Przetwarzanie mowy. AGH 2011.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Sypka P., Kucza J., Starzak R., 2016. Assumptions for Fourier-based modelling of diurnal temperature variations in the top soil layer under Istebna spruce stands. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 222, s. 71–86.
2. Sypka P., 2019. Dynamic real-time volumetric correction for tipping-bucket rain gauges. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 271, s. 158–167 158-167.
3. Sypka P., Korohoda P., Kucza J., 2013. Assessment of thermal diffusion in the natural biological environment. Bio-Algorithms and Med-Systems, vol. 9 no. 2, s. 91–95.
4. Sypka P., Ziółko M., 2007. Robustness of transmultiplexed images. VLSI Design, Q2 ID 59493, s. 1–7.
5. Ziółko M., Dziech A., Baran R., Sypka P., Ziółko B., 2005. Transmultiplexing system for compression of selected signals. WSEAS Transactions on Communications, vol. 4 iss. 12, s. 1427–1433.

Informacje dodatkowe:

Zajęcia są prowadzone z wykorzystaniem innowacyjnych metod dydaktycznych opracowanych w projekcie POWR.03.04.00-00-D002/16, realizowanym w latach 2017-2019 na Wydziale Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020.