Předmět: Signály a informace

» Seznam fakult » FM » ITE
Název předmětu Signály a informace
Kód předmětu ITE/SGI
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Bakalářský
Rok studia nespecifikován
Semestr Zimní
Počet ECTS kreditů 4
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinný, Povinně-volitelný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Šafařík Radek, Ing.
  • Nouza Jan, prof. Ing. CSc.
  • Holada Miroslav, Ing. Ph.D.
  • Červa Petr, doc. Ing. Ph.D.
  • Paleček Karel, Ing. Ph.D.
  • Matějů Lukáš, Ing. Ph.D.
  • Kynych František, Ing.
Obsah předmětu
Anotace : Předmět seznamuje studenty se základy metod pro zpracování signálů. V úvodu a v průběhu výuky jsou zmiňovány též analogové signály, hlavní pozornost je však věnována diskrétním signálům a číslicovým systémům pro jejich zpracování. Metody časové a frekvenční analýzy, algoritmy pro výpočet konvoluce, korelace, FFT, filtrace a modulace jsou představovány na konkrétních praktických úlohách z oblasti sdělovací a záznamové techniky, multimédií, zpracování obrazů a řeči, apod. Ve cvičeních jsou úlohy tohoto typu názorně řešeny v prostředí MATLAB. Témata přednášek : Signál jako zdroj informace, příklady signálů: akustické (řečové, hudební), obrazové (statické a dynamické), přírodní signály, ekonomické časové řady. Signály na počítačích, multimédia. Harmonické signály a jejich popis pomocí goniometrických a exponenciálních funkcí. Obecné periodické signály a jejich konkrétní příklady. Fourierovy řady. Pojem spektrum a jeho význam. Analýza a syntéza periodických signálů. Analogové a číslicové signály. AD převod - vzorkování, kvantování, kódování. Vzorkovací teorém a jeho důsledky. Aliasing, vznik přeloženého signálu. DA převod a jeho vlastnosti. LTI systém. Konvoluce, vysvětlení na číslicovém systému, konvoluční suma a konvoluční integrál. Metody výpočtu konvoluce. Číslicová filtrace. Filtr typu FIR, vlastnosti, chování v časové a frekvenční oblasti. Amplitudová a fázová charakteristika. Zpoždění. Průměrovací filtr. Dolní a horní propust. Řazení filtrů. Filtr typu IIR. Využití z-transformace pro popis chování filtru a obecného LTI systému. Diferenční rovnice. Impulzní odezva a systémová funkce. Nuly a póly, vliv na chování systému. Diskrétní Fourierova transformace. Podmínky jejího použití, vlastnosti, interpretace výsledků. Spektrum periodického číslicového signálu. FFT algoritmus, odvození, vlastnosti, praktické použití. Aplikace FFT na neperiodické signály. Spektrogram. Zobecnění předchozích poznatků na analogové signály periodické a obecné. Modulace amplitudová, frekvenční a fázová. Popis v časové a frekvenční oblasti. Číslicové modulace. Multiplexní přenos signálů. Deterministické a náhodné signály. Množství přenášené informace. Šum a jeho vliv na ztrátu informace. Vznik šumu a měření jeho výkonu. Korelace, autokorelace. 2D signály. Příklady a ukázky praktických aplikací: Analýza a syntéza řeči. Syntéza hudebních signálů. Analýza a predikce přírodních a ekonomických řad. Analýza a zpracování obrazů. Multimediální standardy. Elektronická verze přednášek Náplň cvičení : MATLAB: seznámení s prostředím a se základními funkcemi. Grafické zobrazení dat. Záznam, čtení, ukládání a manipulace se signálovými daty. Formáty dat pro ukládání zvuku a obrazu. Generování a zobrazování periodických, obecných a náhodných signálů. Harmonická syntéza periodických signálů, aplikace v hudební oblasti - tvorba melodie, napodobení zvuků různých nástrojů. Ověření vzorkovacího teorému. Vznik přeložených frekvencí. Ukázky na akustických a obrazových datech. Návrh jednoduchých filtrů FIR a IIR. Návrh a aplikace DP, HP, PP a PZ. Aplikace na akustická a obrazová data. DFT a FFT. Vlastní naprogramování DFT a FFT. Porovnání výpočetní náročnosti. Aplikace FFT na praktické signály. Interpretace dat získaných FFT. Výpočet a znázornění spektrogramu. AM a FM modulace. Generování modulovaných signálů a analýza ve spektrální oblasti. Tvorba speciálních hudebních efektů. Generování různých typů šumu. Možnosti filtrace šumu pomocí filtru. Identifikace periodického signálu v šumu pomocí autokorelační funkce. Projevy šumu v obrazovém a akustickém signálu. Časová a frekvenční analýza signálu řeči. Lokální, frekvenční a histogramová analýza obrazu.

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Laboratorní praktika
  • Účast na výuce - 56 hodin za semestr
Výstupy z učení
Předmět seznamuje studenty se základy metod pro zpracování signálů. V úvodu a v průběhu výuky jsou zmiňovány též analogové signály, hlavní pozornost je však věnována diskrétním signálům a číslicovým systémům pro jejich zpracování. Metody časové a frekvenční analýzy, algoritmy pro výpočet konvoluce, korelace, FFT, filtrace a modulace jsou představovány na konkrétních praktických úlohách z oblasti sdělovací a záznamové techniky, multimédií, zpracování obrazů a řeči, apod. Ve cvičeních jsou úlohy tohoto typu názorně řešeny v prostředí MATLAB.
Teoretické poznatky a praktické dovednosti z požadované oblasti
Předpoklady
Podmínka registrace: znalosti na úrovni základních kursů z matematiky.

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Písemná zkouška

Doporučená literatura
  • McClellan J.H., Schafer R., Yoder M.A. DSP First - A Multimedia Approach. Prentice Hall, 1998..


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Aplikované vědy v inženýrství (2019) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 3 Doporučený ročník:3, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Aplikované vědy v inženýrství (2016) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 3 Doporučený ročník:3, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Informační technologie (2013) Kategorie: Informatické obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Informatika a logistika (2015) Kategorie: Informatické obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní