Цифрова обробка сигналів

Автор: · Дата: 30 Ноябрь 2012 · Пока нет комментариев

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Кафедра фізичної та біомедичної електроніки і комплексних інформаційних технологій

 

 

           “ЗАТВЕРДЖУЮ

Перший проректор

 

___________________________

“______”_______________20___ р.

 

 

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

 

 

Цифрова обробка сигналів

(шифр і назва навчальної дисципліни)

напряму підготовки   6.050801  – Мікро- та наноелектроніка

(шифр і назва напряму підготовки)

для спеціальності   6.05080102– Фізична та біомедична електроніка,

(шифр і назва спеціальності (тей)

спеціалізації    Фізична та біомедична електроніка                             

(назва спеціалізації)

факультету   радіофізичного                         

 (назва факультету)

 

Кредитно-модульна система

організації навчального процесу

 

 

Харків – 2012

 

 

Цифрова обробка сигналів.

Робоча програма навчальної дисципліни для студентів

за напрямом підготовки 6.050801    Мікро- та наноелектроніка,

спеціальністю 6.05080102Фізична та біомедична електроніка.

„___” ________, 2012. – 9 с.

 

Розробники: Бердник Сергій Леонідович, кандидат фіз.-мат. наук, ст. викладач.

 

Робоча програма затверджена на засіданні кафедри фізичної та біомедичної електроніки і комплексних інформаційних технологій

 

Протокол № __ від. “___” _____________ 2012 р.

 

Завідувач кафедри

фізичної та біомедичної електроніки і комплексних інформаційних технологій

 

________________________ (Катрич В.О.)

(підпис)                                           (прізвище та ініціали)

“_____”___________________ 2012 р

 

Схвалено методичною комісією

радіофізичного факультету

Протокол № 6 від. “11”  червня  2012 р.

 

“_____”________________20__ р. Голова     ____________________(Чорногор Л.Ф.)

(підпис)                                   (прізвище та ініціали)

 

Декан радіофізичного факультету

 

_______________________ (    Шульга С.М   )

(підпис)                                                 (прізвище та ініціали)

 

1.     Опис навчальної дисципліни

 

Найменування показників

Галузь знань, напрям підготовки, освітньо-кваліфікаційний рівень

Характеристика навчальної дисципліни

денна форма навчання

Кількість кредитів – 3

Галузь знань

_______________

(шифр і назва)

За вибором

Напрям підготовки

0408 – Мікро- та наноелектроніка,

0908 – електроніка

Модулів – 2

Спеціальність

(професійне спрямування):

 

Фізична та біомедична електроніка

Рік підготовки:

3-й

Індивідуальне науково-дослідне завдання ___________

(назва)

Семестр

Загальна кількість годин — 108

6-й

Лекції

Тижневих годин для денної форми навчання:

аудиторних – 4

самостійної роботи студента – 1.7

Освітньо-кваліфікаційний рівень:

бакалавр

34 год.

Практичні

34 год.

Самостійна робота

40 год.

ІНДЗ:      год.

Вид контролю: залік

 

Примітка.

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить: 1.7

 

  1. 2.     Мета та завдання навчальної дисципліни

Мета: оволодіти основами теорії цифрової обробки сигналів

Завдання: викласти основні положення теорії цифрової обробки сигналів та принципи реалізації пристроїв обробки інформації.

У результаті вивчення даного курсу студент повинен

знати: ключові операції цифрової обробки сигналів (згортка, кореляція, фільтрація, перетворення, модуляція), форми представлення чисел в системах цифрової обробки сигналів, алгоритми швидкого дискретного перетворення Фур’є, WaveLet – перетворення та його застосування, Z- перетворення, принципи побудови цифрових фільтрів.

вміти: застосовувати дискретні ортогональні перетворюванння при реалізації алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів, розраховувати цифрові фільтри зі скінченною та нескінченною імпульсними характеристиками.

 

  1. 3.     Програма навчальної дисципліни

Модуль 1.  Основні положення та ключові операції цифрової обробки сигналів. Дискретні перетворення. Проходження сигналів через лінійні системи.

Тема 1. Основні положення дисципліни. Характерні системи цифрової обробки інформації.

1.1.Предмет, ціль і задачі курсу. Взаємозв’язок з іншими дисциплінами. Терміни і визначення. Поняття аналогових і дискретних сигналів.

1.2. Дискретизація і квантування. Характерні системи цифрової обробки сигналів. Області використання в біомедицині.

1.3.Основні положення теорії цифрової обробки сигналів (ЦОС). Ключові операції ЦОС.

Тема 2. Форми представлення чисел в системах цифрової обробки сигналів (ЦОС).

2.1.Форми представлення чисел в системах ЦОС. Арифметика з фіксованою точкою. Арифметика з плаваючою точкою. Прямий, обернений та додатковий код. Динамічний діапазон. Арифметичні і логічні операції. Масштабування та округлення результатів розрахунку.

Тема 3. Обробка сигналів за допомогою дискретних ортогональних перетворювань.

3.1.Ряд Фур’є. Інтегральне перетворення Фур’є. Перетворення спектру при дискретизації сигналів. Теорема Котельникова. Процес цифро-аналогового перетворення: відновлення неперервного сигналу.

3.2.Дискретно-неперервне та дискретне перетворення Фур’є. Властивості перетворення Фур’є. Операція згортки.

3.3.Обчислювальна складність ДПФ. Алгоритми швидкого ДПФ. Алгоритм з прорідженням по часу. Алгоритм з прорідженням по частоті. Алгоритм швидкого перетворення Фур’є з довільною основою. Обчислення зворотного перетворення Фур’є.

3.4. Інші дискретні перетворення: WaveLet – перетворення та його застосування, дискретне косинус-перетворення, перетворення Уолша, претворення Хартлі.

Тема 4. Проходження сигналів через лінійні системи.

4.1. Проходження сигналів через лінійні системи. Імпульсна характеристика системи. Частотна передатна характеристика.

4.2. Перетворення Лапласа. Передатна функція системи. Полюси та нулі передатної функції.

4.3. Z- перетворення та його застосування в ЦОС. Властивості z-перетворення. Методи обчислення.

4.4. Дискретна згортка та кореляція. Властивості, алгоритми обчислень, застосування, реалізація.

 

Модуль 2. Цифрова фільтрація

Тема 5. Цифрова фільтрація. Теорія та розрахунок цифрових фільтрів зі скінченною імпульсною характеристикою.

5.1.Цифрова фільтрація. Реалізація алгоритмів цифрової фільтрації. Різницеві рівняння. Етапи розробки цифрових фільтрів.

5.2. Цифрові фільтри зі скінченною імпульсною характеристикою. Розробка фільтрів. Специфікації фільтрів. Методи розрахунку коефіцієнтів фільтра. Основні структурні схеми ЦФ.

Тема 6. Теорія та розрахунок цифрових фільтрів з нескінченною імпульсною характеристикою.

6.1. Цифрові фільтри з нескінченною імпульсною характеристикою (рекурсивні фільтри). Методи розрахунку коефіцієнтів фільтра. Структури реалізацій ЦФ. Стійкість рекурсивних фільтрів. Вплив скінченної розрядності.

6.2.Адаптивні цифрові фільтри. Адаптивні алгоритми. Реалізація алгоритмів найменших квадратів.

Тема 7. Реалізація швидких алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів.

4.1.Способи реалізації швидких алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів.

4.2.Операційні системи й організація обчислювальних процесів на ПК.

 

4. Структура навчальної дисципліни

Назви модулів і тем

Кількість годин

Денна форма

Усього

у тому числі

л

п

лаб

інд

ср

1

2

3

4

5

6

4

Модуль 1

Тема 1. Основні положення дисципліни. Характерні системи цифрової обробки інформації. 11 6 4 4
Тема 2. Форми представлення чисел в системах цифрової обробки інформації. 6 2 4 4
Тема 3. Обробка сигналів за допомогою дискретних ортогональних перетворювань. 17 8 8 8
Тема 4. Проходження сигналів через лінійні системи. 13 6 4 4

Разом за модулем 1

47 22 20 20

Модуль 2. Цифрова фільтрація.

Тема 5. Цифрова фільтрація. Теорія та розрахунок цифрових фільтрів зі скінченною імпульсною характеристикою.

11 4 4 6

Тема 6. Теорія та розрахунок цифрових фільтрів з нескінченною імпульсною характеристикою.

15 6 6 8

Тема 7. Реалізація швидких алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів.

8 2 4 6

Разом за модулем 2

34 12 14 20

Усього годин

81 34 34     40

 

6. Теми практичних занять

з/п

Назва теми

Кількість

годин

1

Основні положення теорії цифрової обробки інформації. Дискретизація і квантування.

2

2

 Форми представлення чисел в системах ЦОІ. Масштабування та округлення результатів розрахунку.

2

3

Інтегральне перетворення Фур’є, дискретно-неперервне та дискретне перетворення Фур’є. Властивості перетворення Фур’є. Операція згортки.

4

4

Алгоритми швидкого дискретного перетворення Фур’є.

4

5

Імпульсна характеристика системи. Частотна передатна характеристика. Перетворення Лапласа. Передатна функція системи. Полюси та нулі передатної функції.

2

6

Z- перетворення та його застосування в ЦОІ. Властивості z-перетворення. Методи обчислення.

2

7

Дискретна згортка та кореляція. Властивості, алгоритми обчислень, застосування, реалізація.

2

8

Реалізація алгоритмів цифрової фільтрації. Різницеві рівняння. Етапи розробки цифрових фільтрів.

2

9

Розрахунок цифрових фільтрів зі скінченною імпульсною характеристикою

4

10

Цифрові фільтри з нескінченною імпульсною характеристикою (рекурсивні фільтри). Методи розрахунку коефіцієнтів фільтра. Структури реалізацій ЦФ. Стійкість рекурсивних фільтрів. Вплив скінченної розрядності.

6

11

Адаптивні цифрові фільтри. Адаптивні алгоритми. Реалізація алгоритмів найменших квадратів.

2

12

Способи реалізації швидких алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів.

2

Разом

34

 

 

8. Самостійна  робота

 

з/п

Назва теми

Кількість

годин

1

Основні положення дисципліни. Характерні системи цифрової обробки інформації

2

2

Форми представлення чисел в системах ЦОС.

2

3

Обробка сигналів за допомогою дискретних ортогональних перетворювань.

8

4

Проходження сигналів через лінійні системи.

6

5

Цифрова фільтрація. Теорія та розрахунок цифрових фільтрів зі скінченною імпульсною характеристикою.

8

6

Теорія та розрахунок цифрових фільтрів з нескінченною імпульсною характеристикою.

8

7

Реалізація швидких алгоритмів цифрової обробки біомедичних сигналів.

6

Разом

40

 

 

10. Методи навчання

Лекція, практичне заняття, самостійна робота.

11. Методи контролю

Поточне тестування, перевірка домашніх завдань, залік.

 

12. Розподіл балів, які отримують студенти

 

Поточне тестування та самостійна робота

Сума

Модуль 1

Модуль 2

100

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

Т6

Т7

5-10

5-10

8-15

7-15

10-20

10-20

5-10

25-50

25-50

Т1, Т2 … Т7 – теми модулів

 

Сума балів за тему складається із балів за поточні тести та домашніх завдань, винесених на самостійну роботу.

Умова допуску до екзамену – виконання усіх домашніх завдань, винесених на самостійну роботу.

 

Шкала оцінювання

 

Сума балів за всі види навчальної діяльності протягом семестру

Оцінка ECTS

Оцінка за національною шкалою

для екзамену, курсової роботи (проекту), практики

для заліку

90 – 100

А

відмінно

зараховано

80-89

В

добре

70-79

С

60-69

D

задовільно

50-59

Е

1-49

FX

незадовільно

не зараховано

 

14. Рекомендована література

Базова

  1. Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание.: Пер. с англ. –М.: Изд. дом «Вильямс», 2004.–992с.
  2. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.–М.: Мир, 1978.–848с.
  3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2007.–751с.
  4.  Бондарев В.Н., Трёстер Г., Чернега В.С. Цифровая обработка сигналов: методы и средства. Учеб. пособие для вузов. 2-е изд. –Х.: Конус, 2001.–398с.
  5. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов.–М.: Мир, 1979.–536с.
  6. Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Адгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов.–СПб.: БХВ-Петербург, 2002.– 464с.
  7. Введение в цифровую фильтрацию / Под ред. Богнера Р., Константидиниса А.– М.: Мир,1976, 216с.
  8. Оппенгейм Э., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов.–М.: Техносфера, 2006.– 856с.

Допоміжна

  1. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. М.: ООО «Бином-Пресс», 2006.– 656с.
  2. Маккеллан Дж. Х., Рейдер Ч.М. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов.–М.: Радио и связь, 1983.–264с.
  3. Солодовников А.И., Спиваковский А.М. Основы теории и методы спектральной обработки информации.–Л.: изд-во Ленингр. Ун-та, 1986.–272с.
  4. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение., М., Санкт-Петербург, Киев, изд. дом Вильямс, 2003.
  5. Майерс Г. Надежность программного обеспечения // Пер. с англ. Ю.Ю. Галимова; под ред. В.Ш. Кауфмана.–М.: Мир, 1980.–350с.
  6. Лосев В.В. Микропроцессорные устройства обработки информации. Алгоритмы цифровой обработки: учебное пособие.–Минск, 1990.–132с.
  7. Певчев Ю.Ф., Финогенов К.Г. Автоматизація физического эксперимента.–М.: Энергоатомиздат, 1986.–368с.
  8. Янг С. Алгоритмические языки реального времени: конструирование и разработка // Пер. с англ.–М.: Мир, 1985.–400с.
  9. Дьяконов В., Абраменкова И. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002. – 608с.
  10. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. – 512c.

 

 

15. Інформаційні ресурси

  1. http://dsp-book.narod.ru/books.html
  2. http://www.dspa.ru/
  3. http://prodav.exponenta.ru/

 

Популярность: 18%

Рубрика: Рабочие программы, Учебный процесс ·  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.