ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Σχετικά έγγραφα
Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

ΠΛΗ21 Κεφάλαιο 1. ΠΛΗ21 Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή

ΠΡΟΫΠΗΡΕΣΙΑΚΗ ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΠΡΥ 017 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Διαλέξεις 8 και 9 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΘΕΜΑ : ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ DIGITAL ELECTRONICS

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. 6 ο Μάθημα. Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ. url:

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 7-8 : Συστήματα Δειγματοληψία Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΑΛΜΟΚΩΔΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ - PCM (ΜΕΡΟΣ Α)

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Μοντέλο Επικοινωνίας Δεδομένων. Επικοινωνίες Δεδομένων Μάθημα 6 ο

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ. Δρ. Φασουλάς Γιάννης

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 6

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ήχος και φωνή. Τεχνολογία Πολυµέσων 04-1

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστημάτων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Διαδικασία Ψηφιοποίησης (1/2)

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 5: Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σημάτων. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Μετατροπή Αναλογικού Σήµατος σε. Ψηφιακό (A/D Conversion) Μετατροπή Ψηφιακού Σήµατος σε Αναλογικό (D/A Conversion)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα 3: Ψηφιοποίηση της Πληροφορίας. Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΔΙΚΤΥΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

1/3/2009. Τα ψηφιακά ηχητικά συστήματα πρέπει να επικοινωνήσουν με τον «αναλογικό» ανθρώπινο κόσμο. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής.

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 4 : Σήματα Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ D/A & A/D

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 4 : Σήματα Διάλεξη: Κώστας Μαλιάτσος Χρήστος Ξενάκης, Κώστας Μαλιάτσος. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

Αναπαράσταση Δεδομένων (2 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Διάλεξη 3. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. (Κεφ & 4.6,4.8)

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσίαση με τίτλο "Περιεχόμενο, διαδικασία μαθήματος και εισαγωγή"

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστηµάτων

Συμπίεση Δεδομένων

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εισαγωγή στα Σήµατα Εισαγωγή στα Συστήµατα Ανάπτυγµα - Μετασχηµατισµός Fourier Μετασχηµατισµός Z

ΗΜΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ηλεκτρονική Υγεία. Εργαστήριο 10 ο : MATLAB

Ψηφιακή Αναπαράσταση Σήματος: Δειγματοληψία, Κβαντισμός και Κωδικοποίηση

3-Φεβ-2009 ΗΜΥ Σήματα

Μάθημα: Ψηφιακή Επεξεργασία Ήχου

Κεφάλαιο 2. Οργάνωση και διαχείριση της Πληροφορίας στον. Υπολογιστή

Εισαγωγή στα Σήματα. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 3: Θεωρία Ψηφιοποίησης

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

Analog vs Digital. Δούρβας Ιωάννης ΙΩΑΝΝΗΣ ΔΟΥΡΒΑΣ

Συστήματα Επικοινωνιών

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Τεχνών Ήχου και Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΟ

Ευρυζωνικά δίκτυα (2) Αγγελική Αλεξίου

ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ (Π b) ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Συστήματα Επικοινωνιών

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

Σεραφείµ Καραµπογιάς ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Πληροφορική Εφαρμογές Πολυμέσων

Θ.Ε. ΠΛΗ22 ( ) 2η Γραπτή Εργασία

Μάθημα: Τεχνολογία Ήχου Εργαστηριακή Άσκηση 4 «Μετατροπή ηχητικών σημάτων από αναλογικό σε ψηφιακό»

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑΛ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc. Μάθηµα 47ο. Ερωτήσεις κατανόησης 1. Τι είναι οι µετατροπείς A/D

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Κεφάλαιο 1 ο. Βασικά στοιχεία των Κυκλωμάτων

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 3 : Πηγές Πληροφορίας Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Transcript:

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Δρ. Στέλιος Τιμοθέου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΑΣ ΣΗΜΕΡΑ Αναλογικά και ψηφιακά συστήματα Μετατροπή σημάτων Δειγματοληψία, κωδικοποίηση, κβαντοποίηση

Αναλογικά και ψηφιακά σήματα Αναλογικό σήμα (analog signal): συνεχής συνάρτηση στην οποία η ανεξάρτητη μεταβλητή και η εξαρτημένη μεταβλητή (π.χ. χρόνος και πλάτος) παίρνουν συνεχείς τιμές. Τα περισσότερα φυσικά σήματα είναι αναλογικά (π.χ. ομιλία, ηλεκτρισμός) Σήμα διακριτού χρόνου (discrete-time signal): συνάρτηση στην οποία η ανεξάρτητη μεταβλητή (π.χ. χρόνος) παίρνει μόνο ορισμένες (διακριτές) τιμές και η εξαρτημένη μεταβλητή (π.χ. πλάτος) παίρνει συνεχείς τιμές. Δημιουργούνται συνήθως από τη δειγματοληψία αναλογικών σημάτων. Ψηφιακό σήμα (digital signal): συνάρτηση στην οποία η ανεξάρτητη μεταβλητή και η εξαρτημένη μεταβλητή παίρνουν μόνο ορισμένες (διακριτές) τιμές. Δημιουργούνται συνήθως από τη δειγματοληψία και την κβαντοποίηση αναλογικών σημάτων.

Αναλογικό σήμα Παραδείγματα Σήμα διακριτού χρόνου Ψηφιακό σήμα

Μετατροπή σήματος Ένα αναλογικό σήμα μπορεί να μετατραπεί σε ψηφιακό (και αντίστροφα). v(t) Αναλογικοψηφιακός μετατροπέας (analog to digital (A/D) converter) v[n] v(t) Δειγματολήπτης Κβαντιστής Κωδικοποιητής v[n] Επιλέγουμε ένα αριθμό διακριτών τιμών από το σύνολο των άπειρων τιμών του σήματος Επιλέγονται δυαδικές λέξεις με τις οποίες θέλουμε να αντιπροσωπεύσουμε την κάθε στάθμη του σήματος Βρίσκουμε την πλησιέστερη στάθμη κάθε τιμής που προέκυψε από τη δειγματοληψία από ένα σύνολο διακριτών τιμών πλάτους

Ανάγκη μετατροπής σημάτων Οι υπολογιστές χειρίζονται δεδομένα που βρίσκονται σε ψηφιακή μορφή (δηλαδή που αναπαρίστανται με ακολουθίες των ψηφίων 0 και 1). Γι αυτό υπάρχει η ανάγκη μετατροπής των δεδομένων (ήχου, εικόνας) από αναλογικά σε ψηφιακά για να γίνει η μεταφορά τους ή η επεξεργασία τους. Για να παρουσιαστούν στην οθόνη του υπολογιστή πρέπει να μετατραπούν από ψηφιακά σε αναλογικά, χρησιμοποιώντας την αντίστροφη διαδικασία (ψηφιοαναλογική μετατροπή (digital to analog (D/A) conversion)).

Πλεονεκτήματα των ψηφιακών έναντι των αναλογικών σημάτων -- Ομοιομορφία (όλα τα είδη πληροφορίας μπορούν να μετατραπούν σε ψηφιακή μορφή και να επεξεργαστούν με τον ίδιο τρόπο και το ίδιο υλικό) -- Λιγότερο ευαίσθητα στον θόρυβο -- Πιο εύκολη κρυπτογράφηση πληροφορίας -- Πολυμεσικές (multimedia) πηγές (φωνή, βίντεο, δεδομένα) μπορούν να συνυπάρξουν και να μεταδοθούν διαμέσου ενός κοινού ψηφιακού συστήματος -- Μπορεί να υλοποιηθεί διαδικασία ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών -- Χαμηλό κόστος

Μειονεκτήματα των ψηφιακών έναντι των αναλογικών σημάτων -- Παραμόρφωση του σήματος λόγω της διαδικασίας δειγματοληψίας και κβαντοποίησης. -- Χρειάζονται μεγαλύτερο εύρος ζώνης.

Δειγματοληψία (sampling) Η δειγματοληψία είναι το πρώτο στάδιο της μετατροπής ενός σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό. Από το σύνολο των άπειρων τιμών ενός αναλογικού σήματος επιλέγουμε ένα αριθμό δειγμάτων (samples) τα οποία λαμβάνονται σε τακτά χρονικά διαστήματα T. Ο χρόνος T είναι η περίοδος της δειγματοληψίας (sampling period). v [ n] v( nt) δ (δ: δείγμα) Οι τιμές του v δ [n] είναι αναλογικές. Η συχνότητα ή ο ρυθμός δειγματοληψίας (sampling rate) είναι f s 1 T

Δειγματοληψία (sampling) Αναγκαίο κακό: Στη δειγματοληψία χάνονται ορισμένες πληροφορίες του σήματος. Η δειγματοληψία πρέπει να γίνεται με τέτοιο ρυθμό ούτως ώστε το σήμα να μπορεί να αναγνωριστεί από τα δείγματα. Αυτό εξαρτάται από το είδος και τη μορφή του σήματος.

Θεώρημα δειγματοληψίας Έστω ένα αναλογικό σήμα με μέγιστη συχνότητα f m. Το αναλογικό σήμα μπορεί να ανακατασκευασθεί αν η περίοδος δειγματοληψίας του αντίστοιχου σήματος διακριτού χρόνου είναι T s 1/(2f m ). Σε αυτή την περίπτωση στο ανακατασκευασμένο σήμα παραμένει μόνο το σφάλμα κβαντισμού.

Στάθμη κβαντισμού Κβαντοποίηση (quantizing) Επιλέγονται οι στάθμες με τις οποίες θέλουμε να αντιπροσωπεύσουμε το σήμα. Με την κβαντοποίηση βρίσκουμε την πλησιέστερη στάθμη κάθε τιμής που προέκυψε από τη δειγματοληψία. Με την κβαντοποίηση περιορίζουμε το πεδίο τιμών σε ένα σύνολο πεπερασμένου αριθμού τιμών Μ. Η ευκρίνεια του σήματος καθορίζεται από τον αριθμό Μ. Οι τιμές αυτές αναπαρίστανται με μια σειρά δυαδικών αριθμών 1 και 0 μέσω της κωδικοποίησης. Πλάτος σήματος

Κωδικοποίηση (encoding) Αφού επιλεχθούν οι στάθμες, αντιστοιχίζεται σε κάθε μια από αυτές μια λέξη. Μια λέξη μήκους n bits μπορεί να περιγράψει 2 n στάθμες. Η επιλογή του αριθμού των σταθμών γίνεται ανάλογα με την ακρίβεια που επιθυμούμε (συμβιβασμός μεταξύ ακρίβειας αναπαράστασης του σήματος, χώρου φύλαξης και χρόνου επεξεργασίας. y 1 00 y 2 01 y 3 10 y 4 11

Παράδειγμα 1 Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση της τάσης v 3sin(2 t) χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB. Πόσα δείγματα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ανά δευτερόλεπτο; Πρώτα πρέπει να ορίσουμε το διάνυσμα t. Έστω ότι θα σχεδιάσουμε τη γραφική παράσταση από 0 μέχρι 5 δευτερόλεπτα. t = linspace(0, 5, x) όπου x ο αριθμός των σημείων μεταξύ 0 και 5.

t = linspace(0, 5, 20) Παράδειγμα 1 t = linspace(0, 5, 40)

t = linspace(0, 5, 80) Παράδειγμα 1 t = linspace(0, 5, 160)

Στάθμη κβαντισμού Παράδειγμα 2 Τιμές Δειγμ. Κβαντ. Κωδ. -0.25-0.5 y 4 011 3.1 +3.5 y 8 111-7.0-3.5 y 1 000 0.7 +0.5 y 5 100-2.1-2.5 y 2 001 Πλάτος σήματος