LU-DSP-b20

Īssaites: Kalendārs | Uzdevumi | Resursi | Šodiena: 22.11.20 : Rītdiena: 23.11.20 (ja ir lekcija)

Digitālā (ciparu) signālu apstrāde

LU DF bakalauru kurss.

• Pasniedzējs Leo Seļāvo [vards.uzvards @gmail.com].

Mērķi

• Iepazīties ar Digitālās Signālu Apstrādes pielietojumiem un principiem. Praktiskas darbības ar signālu apstrādi. Sistēmu Matlab un Octave iepazīšana un programmēšana tajās.

Motivācija

"Think how electronics has changed the world in the last 50 years. DSP will have the same role over the next 50 years. Learn it or be left behind!" - Steve Smith, autors "DSP Guide"

Mājas darbi un citi iesniedzamie darbi

• Iesniegšanas termiņa laiks ir 30 minūtes pirms nākamās lekcijas sākuma, ja netiek noteikts cits termiņš.
• Ja darbs tiek iesniegts ar novēlošanos, rezultāts tiek samazināts par 50%. Ja darbs iesniegts vairāk kā nedēļu pēc termiņa, pasniedzējs darbu var nepieņemt.
• Darbi iesniedzami elektroniski, E-studijās, izņemot ja prasīts cits iesniegšanas veids.
• Teksts noformējams PDF faila formātā. Piemēram MD2 fails būtu sekojošs: DSP_MD2_Vards_Uzvards.pdf
• Ja iesniedzami vairāk par vienu failu, tie arhivējami ZIP formātā, sekojoši: DSP_MD2_Vards_Uzvards.zip Atspiežot šo failu tam jārada direktorija ar tādu pašu nosaukumu, kur atrodas visi faili.

Vērtējums kursā

Kursa galējais vērtējums sastāv no sekojošām komponentēm:

• 10% - dalība lekcijās un diskusijās
• 20% - mājas darbi, praktiskie darbi un testi
• 20+20% - divi kontroldarbi semestra vidū
• 30% - rakstisks gala eksāmens
• Obligāta kursa aptaujas anketas aizpildīšana LUIS sistēmā

Kalendārs

Datums	Tēma, saturs	Uzdevumi
03.02.20	Digitālā signālu apstrāde, ievads. DSP (Digital Signal Processing) ievadlekcija. DSP definīcija un pielietojumi. Lasāmviela un resursi: DSPGuide grāmatā 1. nodaļa.
10.02.20	Statistika, varbūtība, trokšņi un gadījumsignāli Analogais-ciparu pārveidotājs (ADC jeb ACP modelis) jeb signālu mērīšana (ciparu signāls = signālu diskretizācija + kvantēšana). Signālu klasifikācijas un galvenie parametri (vidējā vērtība, vidējā kvadrātiskā vērtība, SNR, enerģija, jauda, min un max vērtība, dinamiskais diapazons u.c.). Lasāmviela un resursi: DSPGuide grāmatā 2-3. nodaļas.	Uzdots MD1
17.02.20	Lineāras sistēmas un signālu klasifikācija Signālu klasifikācija un galvenie parametri (vidējā vērtība, vidējā kvadrātiskā vērtība, SNR, enerģija, jauda, min un max vērtība, dinamiskais diapazons u.c.). Apskatam sitēmas f(x)=2*x, g(x)=x+5 un m(x)=x*x. Pārbaudam vai tās ir lineāras sistēmas. Lasāmviela un resursi: DSPGuide 5. nodaļa	Termiņš MD1
24.02.20	Konvolūcija Konvolūcija un tās īpašības Lasāmviela un resursi: 6.nodaļa 7.nodaļa
02.03.20	Matlab un Octave Svarīgāko Octave komandu apskats (komandu pilna bāze, ar kurām var konstruēt signālapstrādes algoritmus). Praktiskais darbs ar Octave. M-valoda darbam ar OCTAVE datu apstrādes sistēmām: sudo apt install octave Octave grafiskā redaktora palaišana Ubuntu terminālī: octave vai octave-cli
09.03.20	KD1 Vidus semestra kontroldarbs KD-1. Gadījuma skaitļu masīvs 1x2000 Lasāmviela un resursi: 1. - 7. nodaļas no DSPGuide grāmatas un lekcijām.	KD1
16.03.20	Ievads digitālajos filtros, Moving average filtrs LEKCIJAS TIEŠSAISTĒ (sīkāk estudiju forumā) Digitālie filtri, kustīgā vidējā (moving average) filtrs. Lasāmviela un resursi: 14.,15. nodaļas no DSPGuide grāmatas un lekcijām. What does 50dB sound like?	Uzdots MD2
23.03.20	Prakse ar Octave Praktiskā nodarbība. Izmantojot Octave, konstruēt algoritmu, kas izgriež pauzes runas signālam. Skaņas faili: test1.ogg .wav test2.ogg .wav
30.03.20	Audio signāli Audio uztvere in apstrāde Lasāmviela un resursi: DSPGuide 23., 24., 25. nodaļas	Termiņš MD2
20.04.20	Attēlu signāli Attēlu uztvere un apstrāde Lasāmviela un resursi: DSPGuide 23., 24., 25. nodaļas
27.04.20	Furjē transformācija. Diskrētā Furjē transformācija Video materiāls Lasāmviela un resursi: DSPGuide 8. nodaļa
04.05.20	'Brīvdiena'
11.05.20	FIR un IIR Rekursīvie filtri. FIR un IIR signālu filtri. Signālu filtrācija frekvenču apgabalā. Pratiskais darbs: Izmantojot Octave, izveidot Short-time DFT jeb spektrogrammu runas signālam. Lasāmviela un resursi: DSPGuide 17. nodaļa - Custom filters DSPGuide 19. nodaļa - Recursive filters Intro to FIR
18.05.20	KD2! Pārskats un atkārtojums. Lasāmviela un resursi: DSPGuide 21. nodaļa - filtru salīdzinājums	KD2 8:30: Vidus semestra kontroldarbs (tiešsaistē no eStudijām) Praktisku uzdevumu risināšana ar Octave.
25.05.20	Kopsavilkums Lasāmviela un resursi: Visas līdz šim kursā apskatītās nodaļas no DSPGuide grāmatas un lekcijām.
08.06.20	Eksāmens Laiks: 08:30 Vieta: E-studijas un tiešsaiste.

Uzdevumi

MD1

Analizēt nejaušu skaitļu un to summas histogrammu sekojošiem gadījumiem:

1. RND
2. RND + RND
3. RND + RND + RND + RND

Pētījumu veikt vismaz 10000 nejaušiem skaitļiem. Izdarīt secinājumus.

MD2

Izmantojot Octave, konstruēt algoritmu, kas izgriež pauzes runas signālam.

Skaņas faili, piemēram:

• test1.ogg .wav
• test2.ogg .wav

Darbības plāns:

1. Ielasīt audio failu
2. Izveidot filtra kodolu lai nofiltrētu augstfrekvenču troksni, "pīķus" signālā, it īpaši paužu laikā
3. pielietot šo filtru izmantojot konvolūciju
4. uzlikt slieksni filtrētajam audio signālam: pauzes uz 0, pārējais uz 1.
5. kombinējot oriģinālo un filtrēto signālus, konstruēt jaunu signālu bez pauzēm.

Resursi

Kursa materiāli

• DSP Guide gramata tiešsaistē
• Octave 3.0.0 reference card

• Kompleksie skaitļi DSP
• Kalmana filtrs
• DFT

Furjē transformācija

• Ievada video
• Furjē transformācijas vizualizācija
• lekcija par Inverso FT (1.daļa)
• lekcija par FT (2.daļa)

• Ievads FFT, The Cooley-Tukey Algorithm

• FFT pipemērs Matlab sistēmā
• FFT piemērs Octave sistēmā

FIR & IIR

• Intro to FIR

Citi resursi

• Signals and Systems - kurss Berkeley universitātē
• Learning DSP illustrated
• Lineāras laika invariantas sistēmas @Brilliant wiki
• Laika invariantas sistēmas - videolekcija ar pierādījumu piemēriem.

• Attēlu filtru kodoli - vizuāls skaidrojums