Wstęp 7

1. Przeznaczenie skryptu 7

2. Układ skryptu 8

3. Konwencje formalne 8

4. Podziękowania 9

Ćwiczenie Z. Laboratorium zerowe – Matlab, LabView i narzędzia 11

Z.1.Wprowadzenie do zajęć 11

Z.2.Wprowadzenie do pakietu Matlab 11

Z.2.1.Matlab–rozpoznanie walką 12

Z.3.Wprowadzenie do pakietu LabView 19

Z.3.1.Przyrząd złożony z gotowych bloków uniwersalnych 21

Z.3.2. Zadanie extra Programowanie w LabView–prosty przyrząd wir­tualny 25

Ćwiczenie 1. Próbkowanie, odtwarzanie, decymacja, interpolacja 31

1.1.Podstawy teoretyczne 31

1.1.1.Sygnał dyskretny 31

1.1.2.Redukcja i ekspansja próbek 40

1.2.Zadania do pracy własnej studenta 44

1.3.Dostępny sprzęt i oprogramowanie 45

1.3.1.Skrypty Matlaba 45

1.3.2.Aparatura 47

1.4.Eksperymenty do wykonania w laboratorium 49

1.4.1.Sygnał dyskretny i jego widmo 49

1.4.2.Efekty kwantowania 53

1.4.3.Redukcja i ekspansja próbek 55

Ćwiczenie 2. DTF – rozróżnialność, uzupełnianie zerami, okna 59

2.1.Podstawy teoretyczne 59

2.1.1.Analiza widmowa sygnału 59

2.1.2.Elementarne wzory i definicje 62

2.1.3.DTF w praktyce przetwarzania sygnałów 67

2.2.Zadania do pracy własnej studenta 73

2.3.Eksperymenty do wykonania w laboratorium 74

2.3.1.Badanie widm rzeczywistych sygnałów dyskretnych 74

2.3.2. Dyskretna transformata Fouriera sygnału o skończonym czasie trwania 76

2.3.3. Dyskretna transformata Fouriera sygnału okresowego 77

2.3.4.Widmo sygnału opóźnionego 81

2.3.5.Zastosowanie okien czasowych 81

2.3.6. Miniprojekt – rozróżnialność widmowa (ciuciubabka) 85

Ćwiczenie 3. Widmo chwilowe 89

3.1.Podstawy teoretyczne 89

3.1.1.Pojęcie widma chwilowego 89

3.1.2.Obliczanie widma chwilowego 93

3.1.3. Rozróżnialność widmowa i czasowa analizy 96

3.1.4.Sygnały badane w laboratorium 99

3.2.Zadania do pracy własnej studenta 101

3.3. Eksperymenty do wykonania w laboratorium 102

3.3.1. Widmo zwykłe a widmo chwilowe 102

3.3.2. Analiza rzeczywistych sygnałów za pomocą spektrogramu 107

Ćwiczenie 4. Filtry – właściwości, projektowanie, przetwarzanie sygnałów 117

4.1.Podstawy teoretyczne 117

4.1.1. Uśrednianie z wagami, czyli filtry SOI (ang. FIR) 117

4.1.2. Sprzężenie zwrotne, czyli filtry NOI (ang. IIR 119

4.1.3.Projektowanie filtrów 121

4.1.4.Triki implementacyjne 129

4.2.Zadania do pracy własnej studenta 132

4.3.Dostępny sprzęt i oprogramowanie 133

4.3.1.Standardowe funkcje Matlaba 133

4.4. Eksperymenty do wykonania w laboratorium – projektowanie i wykorzysta­nie

filtrów cyfrowych 133

4.4.1. Filtr SOI i NOI, związek zer i biegunów z charakterystyką 133

4.4.2. Bezpośrednie projektowanie filtrów SOI – metoda obcięcia szeregu Fouriera135

4.4.3. Zadanie extra Projektowanie filtrów SOI metodą optymalizacyjną 139

4.4.4. Projektowanie filtrów NOI z prototypu analogowego 140

4.4.5. Realizacja filtrów i zastosowania filtrów 140

Ćwiczenie 5. Analiza i przetwarzanie sygnałów stochastycznych (periodogram, filtracja

szumów) 143

5.1.Podstawy teoretyczne 143

5.1.1.Sygnały stochastyczne–wstęp 144

5.1.2. Dyskretne sygnały stochastyczne 148

5.1.3. Klasyczne metody estymacji funkcji autokorelacji i widma mocy 152

5.1.4. Przetwarzanie stacjonarnych sygnałów stochastycznych przez filtry cyfrowe 160

5.2.Zadania do pracy własnej studenta 164

5.3.Dostępny sprzęt i oprogramowanie 165

5.3.1.Skrypty Matlaba 165

5.3.2.Aparatura 166

5.4. Eksperymenty do wykonania w laboratorium – sygnały losowe, ich analiza i przetwarzanie 167

5.4.1.Podstawy 167

5.4.2.Periodogram 171

5.4.3. Zadania praktyczne–miniprojekty 173

Ćwiczenie 6. Detekcja, filtr dopasowany, odbiór korelacyjny 177

6.1.Podstawy teoretyczne 177

6.1.1. Krótka teoria filtru dopasowanego 177

6.1.2.Kompresja impulsu 183

6.1.3. Krótka teoria modulacji PSK z rozpraszaniem widma 185

6.2.Zadania do pracy własnej studenta 189

6.3. Eksperymenty do wykonania w laboratorium 190

6.3.1.Filtr dopasowany 190

6.3.2. Detekcja sygnałów za pomocą filtru dopasowanego 192

6.3.3. Przesyłanie sygnału z wielodostępem kodowym 195

6.3.4. Przetwarzanie sygnału rzeczywistego 196

Ćwiczenie 7. Praktyczne wykorzystanie cyfrowego przetwarzania sygnałów – wibroakustyka 199

7.1.Podstawy teoretyczne 199

7.1.1. Przetwarzanie sygnałów wibroakustycznych 199

7.1.2. Przetwarzanie sygnału z czujnika elektrooptycznego 201

7.2.Zadania do pracy własnej studenta 201

7.3. Eksperymenty do wykonania w laboratorium 204

7.3.1. Opis aparatury wykorzystywanej w ćwiczeniu 204

7.3.2.Zadania do wykonania 205

Ćwiczenie 8. Przetwarzanie sygnałów w czasie rzeczywistym – układy FPGA 213

8.1.Podstawy teoretyczne 213

8.1.1. Iloczyn skalarny w przetwarzaniu sygnałów 213

8.1.2.Elementyrealizacjifiltrów 216

8.1.3. Efekty skończonej długości słowa w implementacji sprzętowej filtrów 219

8.2.Programowalne układy logiczne 228

8.2.1. Programowanie układów FPGA (ujęcie poglądowe) 230

8.3.Zadania do pracy własnej studenta 234

8.4.Dostępny sprzęt i oprogramowanie 235

8.4.1.Układ laboratoryjny 235

8.4.2. Zestaw uruchomieniowy NI myRIO 235

8.5. Eksperymenty do wykonania w laboratorium 238

8.5.1.Prosteimplementacjefiltrów 238

Ćwiczenie 9. Przetwarzanie obrazów 245

9.1.Podstawy teoretyczne 245

9.1.1.Definicje podstawowe 245

9.1.2.Widmo obrazu cyfrowego 247

9.1.3.Filtracja liniowa 252

9.1.4. Filtracja nieliniowa. Filtr medianowy 259

9.1.5. Poprawa kontrastu za pomocą operacji na histogramach 263

9.1.6.Wykrywanieprostych–transformacja Hougha 265

9.1.7.Wstęp do kompresji obrazu 265

9.1.8.Transformacja falkowa 267

9.2.Zadania do pracy własnej studenta 268

9.3.Dostępny sprzęt i oprogramowanie 269

9.3.1.Wczytywanie i przygotowanie obrazów 269

9.4.Eksperymenty do wykonania w laboratorium 270

9.4.1.Widmo sygnału dwuwymiarowego 270

9.4.2.Filtrowanie sygnałów dwuwymiarowych 273

9.4.3.Wykrywanie krawędzi i detekcja prostych 276

9.4.4.Usuwanie szumów 278

9.4.5.Proste metody kompresji obrazu 279

9.4.6.Zakres dynamiczny obrazów 281

Dodatek A. Regulaminy 283

A.1.Regulamin porządkowy i BHP 283

A.2.Regulamin zaliczania przedmiotu 284

A.3.Protokół z ćwiczenia 285

Dodatek B. Opis urządzenia NI myRIO 287

Literatura 291

• Title: Laboratorium cyfrowego przetwarzania sygnałów
• Author: Jacek Misiurewicz
• ISBN: 978-83-7814-940-8, 9788378149408
• Date of issue: 2020-09-24
• Format: Ebook
• Item ID: e_1rhy
• Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej