Digitalna obradba signala

Opis predmeta

Razvoj teorije digitalne obradbe signala paralelno s razvojem digitalnih računala, omogućio je pojavu potpuno novih elektroničkih sustava s izuzetno širokim područjem primjene, kod kojih se obradba provodi računalom i to na vremenskim uzorcima ulaznih signala. Predmet obrađuje sljedeće teme: vremenski diskretni signali i Fouirerova transformacija; uvod u DOS i digitalne filtre; analogni električni filtri; projektiranje filtara s konačnim impulsnim odzivom (FIR); optimalni FIR filtri; projektiranje filtara s beskonačnim impulsnim odzivom (IIR); frekvencijske transformacije u Z-domeni; obradba signala u blokovima i obradba uzorak po uzorak; FIR i IIR filtarske strukture; kvantizacija koeficijenata filtra; brza Fourierova transformacija; višetaktna digitalna obradba signala; uvod u digitalnu obradbu govora i digitalnu obradbu slike.

Opće kompetencije

Student stječe temeljna teoretska znanja iz područja digitalne obradbe signala, te se upoznaje s brojnim algoritmima i postupcima koji se koriste u ovom području. Student stječe i osnovna znanja vezana uz izvedbu i primjenu tih algoritama.

Ishodi učenja

  1. objasniti važnost digitalne obradbe signala (DOS) u računarstvu, elektronici, automatici, telekomunikacijama i multimediji
  2. identificirati temljene koncepte kao što su linearnost, vremenska stalnost, impulsni odziv, z-transformacija, DTFT u DOS
  3. dizajnirati FIR i IIR digitalne filtre
  4. usporediti i ocijeniti svojstva dizajniranih FIR ili IIR filtra
  5. analizirati i realizirati vremenski diskretne i digitalne sustave korištenjem blokovskih dijagrama
  6. razviti i primjeniti algoritme za brzu Fourierovu transformaciju
  7. rezimirati višetaktnu obradbu signala

Oblici nastave

Predavanja

Predavanja će se održavati u dva ciklusa u trajanju od tri sata tjedno.

Provjere znanja

Provjere znanja uključuju međuispit u sredini semestra, te usmeni i pismeni završni ispit na kraju semestra.

Laboratorijske vježbe

Laboratorijske vježbe vode se u okviru odvojenog kolegija i pomažu boljem razumijevanju problema i pojava u području digitalne obradbe signala.

Konzultacije

Nositelji predmeta:

Asistenti

E-učenje

Studenti na raspolaganju imaju Moodle stranice kolegija sa dodatnim materijalima za usvajanje i samoprovjeru znanja.

Ostalo

Tijekom semestra zadaju se dvije domaće zadaće koje služe za davanje povratne informacije studentima i pripremu za ispite.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Domaće zadaće 0 % 10 % 0 % 10 %
Međuispit: Pismeni 0 % 30 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 40 %
Završni ispit: Usmeni 20 %
Ispit: Pismeni 50 % 70 %
Ispit: Usmeni 20 %
Napomena / komentar

Student stječe pravo pristupa usmenom dijelu završnog ispita ako je ostvario 50% bodova na međuispitu i pisanom dijelu završnog ispita.

Tjedni plan nastave

  1. Uvod u digitalnu obradbu signala; prednosti i nedostaci; specifikacija filtra, primjeri jednostavnih filtara s konačnim i beskonačnim impulsnim odzivom
  2. Frekvencijska analiza vremenski diskretnih signala; analiza aperiodičnih i periodičnih signala; digitalna obradba vremenski kontinuiranih signala; otipkavanje; antialiasing filtri
  3. Rekonstrukcija vremenski kontinuiranog signala iz njegovih uzoraka; idealna interpolacijska funkcija; realni interpolatori; diskretizacija kontinuiranog spektra i njegova rekonstrukcija iz spektralnih uzoraka; diskretna Fourierova transformacija
  4. Brza Fourierova transformacija, FFT, metoda podijeli pa vladaj, razlaganje u vremenskoj domeni
  5. Korijen-2 metoda, FFT leptir, bit-reversed algoritam adresiranja uzoraka, analiza složenosti, RE2FFT algoritam, primjena FFTa za brzu konvoluciju
  6. Filtri. Osnovni pojmovi: prijenosna funkcija, amplitudno i fazno frekvencijska karakteristika, grupno vrijeme kašnjenja; uvod u postupak projektiranja
  7. Obradba signala u blokovima i uzorak po uzorak. Konvolucijska sumacija. Konvolucija u blokovima, metoda preklopi i zbroji, periodička i cirkularana konvolucija
  8. međuispit
  9. Primjer projektiranja FIR filtra. Filtar za vremenski kratkotrajno usrednjavanje. Klasifikacija nerekurzivnih digitalnih filtara obzirom na simetričnost odziva. Gibbsov fenomen. Projektiranje FIR filtara metodom vremenskih otvora.
  10. Promjenjivi vremenski otovori, (Dolph-Chebyshev, Kaiser). Projektiranje optimalnih FIR filtara: kriterij jednake valovitosti (min-max), funkcija cilja, težinska funkcija; numerički optimizacijski postupci; Parks McClellanov algoritam. Pronalaženje frekvencija ekstremalnih točaka aproksimacije; Remezov algoritam; Primjeri projektiranja optimalnih filtara u Matlabu.
  11. Projektiranje rekurzivnih digitalnih filtara transformacijom vremenski kontinuiranih filtara. Transformacija jednakih impulsnih odziva, problem otipkavanja i aliasinga frekvencijske karakteristike filtra, veza polova u S i Z domeni, postupak projektiranja.
  12. Bilinearna transformacija: svojstva, odnos vremenski kontinuirane i diskretne frekvencije, inverzna transformacija specifikacije filtra.
  13. Frekvencijske transformacije u Z domeni. Transformacija niski propust u visoki propust, pojasni propust, pojasnu branu ili niski propust druge granične frekvencije. Svepropusna funkcija transformirane varijable. Nelinearna transformacija frekvencijske skale, određivanje rubova područja.
  14. FIR i IIR filtarske strukture, pravila transformacije dijagrama toka signala, transponirana struktura, strukture za FIR filtre linearne faze, polifazna realizacija FIR filtra; Realizacija IIR filtra, direktna forma I i II, transponirana forma II, kaskadna i paralelna realizacija IIR filtra. Kvantizacija filtarskih koeficijenata, analiza osjetljivosti, kvantizacija koeficijenata sekcije 2. reda, mogući položaji polova i nula.
  15. Završni ispit

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Bežične komunikacijske tehnologije (profil)
Teorijski predmeti profila (1. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
Teorijski predmeti profila (1. semestar)
Obradba informacija (profil)
Teorijski predmeti profila (1. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Radiokomunikacijske tehnologije (profil)
Teorijski predmeti profila (1. semestar)

Predmet je preduvjet za upis predmeta

Literatura

S. K. Mitra (2010.), DIGITAL SIGNAL PROCESSING: a Computer-Based Approach McGraw-Hill Co. Inc. 1998, McGraw-Hill Higher Education
A. V. Oppenheim, R. W.Schafer (2009.), Discrete-Time Signal Processing, Prentice Hall PTR
John G. Proakis, Dimitris G. Manolakis (2006.), Digital Signal Processing, Prentice Hall
D. Petrinović, D. Petrinović, R. Bregović, H. Babić. i B. Jeren (2003.), Digitalna obradba signala - Upute za laboratorijske vježbe, FER-ZESOI - elektroničko izdanje

Izvedba

ID 34397
  Zimski semestar
5 ECTS
R1 Engleski jezik
R2 E-učenje
45 Predavanja
0 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan