EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Σχετικά έγγραφα
EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Πάτρα 2005 ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Εργαστήριο Επεξεργασίας Σηµάτων Τηλεπικοινωνιών & ικτύων

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Φίλτρο Kalman

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Μετατροπείς A/D-Διαµόρφωση Δ Μετατροπείς Σ-Δ

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Διαφορική Παλµοκωδική Διαµόρφωση (DPCM)

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

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Δειγµατοληψία. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Στα πλαίσια αυτής της άσκησης θα υλοποιηθούν στην αναπτυξιακή κάρτα TMS320C6711. Iσοστάθμιση τηλεπικοινωνιακού καναλιού.

Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 1

Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών. Συμπληρωματικό υλικό. Προσαρμοστική Ισοστάθμιση Καναλιού

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Επαναληπτικές Ασκήσεις για το µάθηµα Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χώρος Κατάστασης Μοντέλα Πεπερασµένων Διαφορών & Παραγώγων

Παράδειγµα ενός ηλεκτρικού συστήµατος

Μια «ανώδυνη» εισαγωγή στο μάθημα (και στο MATLAB )

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Κυκλική Συνέλιξη. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

15/3/2009. Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου. χρόνου. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

Στοιχεία επεξεργασίας σημάτων

Παρεμβολή & πρόγνωση άγνωστης συνάρτησης μέσω σημειακής προσαρμογής

Ολοκληρωµένο Περιβάλλον Σχεδιασµού Και Επίδειξης Φίλτρων

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Περιγραφή Σηµάτων Συνεχούς Χρόνου Συνάρτηση δέλτα Κατανοµές

Βέλτιστη παρεμβολή και πρόγνωση άγνωστης συνάρτησης με τη μέθοδο της σημειακής προσαρμογής

H ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. στις τηλεπικοινωνίες

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 5 η : Αποκατάσταση Εικόνας

Παρουσίαση του μαθήματος

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 5: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων ήχου

Σεραφείµ Καραµπογιάς ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Πιθανότητες και Στοχαστικές ιαδικασίες Θόρυβος µετρήσεων είκτης Χρηµατιστηρίου Σήµα Πληροφορίας (φωνή, data) Ατµοσφαιρικός Θόρυβος Πως δηµιουργείται

Κινητά Δίκτυα Υπολογιστών

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Γεράσιµος Ποταµιάνος. Αναπλ. Καθηγητής, Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

27/4/2009. Για την υλοποίηση τέτοιων αλγορίθμων επεξεργασίας απαιτείται η χρήση μνήμης. T η περίοδος δειγματοληψίας. Επίκ. Καθηγητής.

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Kalman Filter Γιατί ο όρος φίλτρο;

Μετάδοση Πολυμεσικών Υπηρεσιών Ψηφιακή Τηλεόραση

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Περιεχόµενα διαλέξεων 2ης εβδοµάδας

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

Εφαρµογες Της Ψηφιακης Επεξεργασιας Σηµατων. Εκτιµηση Συχνοτητων Με ΙδιοΑναλυση του Μητρωου ΑυτοΣυσχετισης

Περιεχόµενα ΕΠΛ 422: στα Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. ειγµατοληψία. ηµιουργία ψηφιακής µορφής πληροφορίας στα Συστήµατα Πολυµέσων

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

Βέλτιστα Ψηφιακά Φίλτρα: Φίλτρα Wiener, Ευθεία και αντίστροφη γραµµική πρόβλεψη

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

ιαφορική εντροπία Σεραφείµ Καραµπογιάς

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

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι Α9 Κ Η Α Σ Κ Η Σ Η

Τι είναι σήµα; Σεραφείµ Καραµπογιάς

«Επικοινωνίες δεδομένων»

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές. ιδάσκων: Ν. Παπανδρέου (Π.. 407/80) Πανεπιστήµιο Πατρών ΤµήµαΜηχανικώνΗ/Υ και Πληροφορικής

0, αλλιώς. Σεραφείµ Καραµπογιάς. Παράδειγµα 1 Η πηγή X(t) είναι στατική Gaussian µε µέση τιµή µηδέν και φασµατική πυκνότητα ισχύος.

«Επικοινωνίες δεδομένων»

Ήχος και φωνή. Τεχνολογία Πολυµέσων 04-1

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Οαλγόριθµος Least Mean Square (LMS)

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Ο αναδροµικός αλγόριθµος ελάχιστων τετραγώνων (RLS Recursive Least Squares)

Παρουσίαση Νο. 6 Αποκατάσταση εικόνας

Συμπίεση Δεδομένων

Συστήµατα και Αλγόριθµοι Πολυµέσων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Στοχαστικές Ανελίξεις (1) Αγγελική Αλεξίου

Ο μετασχηματισμός Fourier

Βαθµολογία Προβληµάτων ΘΕΜΑ 1 ΘΕΜΑ 2.1 ΘΕΜΑ 2.2 ΘΕΜΑ 2.3 ΘΕΜΑ 3.1 ΘΕΜΑ 3.2 ΘΕΜΑ 4 ΘΕΜΑ 5.1 ΘΕΜΑ 5.2. G(s)

ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ. Επιμέλεια - προσαρμογή : Α. Καναπίτσας. Βιβλιογραφία :

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Γενική εικόνα τι είναι σήµα - Ορισµός. Ταξινόµηση σηµάτων. Βασικές ιδιότητες σηµάτων. Μετατροπές σήµατος ως προς το χρόνο. Στοιχειώδη σήµατα.

Εισαγωγή. Προχωρημένα Θέματα Τηλεπικοινωνιών. Ανάκτηση Χρονισμού. Τρόποι Συγχρονισμού Συμβόλων. Συγχρονισμός Συμβόλων. t mt

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΤΑΧΥΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ειδικά Θέµατα Υπολογιστικής Όρασης & Γραφικής. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης & Αθανάσιος Τσακαλίδης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

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

Ειδικά Θέµατα Υπολογιστικής Όρασης & Γραφικής. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης & Αθανάσιος Τσακαλίδης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

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

Προσαρµοστικοί αλγόριθµοι στο πεδίο της συχνότητας: ΟταχύςLMS (Fast Least Mean Square - FLMS)

Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων Εργαστήριο 7 Ακούγοντας Πρώτη Ματιά στην Ανάλυση Fourier. Σύστημα Συλλογής & Επεξεργασίας Μετρήσεων

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Ο μετασχηματισμός Fourier

Καλαντζόπουλος Αθανάσιος

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 5

Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας

ΕΣ 08 Επεξεργαστές Ψηφιακών Σηµάτων. Βιβλιογραφία Ενότητας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Transcript:

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 1 Υλοποίηση FIR Φίλτρων Στα πλαίσια αυτής της άσκησης θα υλοποιηθούν ψηφιακά FIR φίλτρα στην αναπτυξιακή κάρτα TMS320C6711 DSK. Ο σκοπός της άσκησης συνοψίζεται στα ακόλουθα ση- µεία : Εξοικείωση µε το περιβάλλον προγραµµατισµού του επεξεργαστή σήµατος κινητής υποδιαστολής TMS320C6711. Εξοικείωση µε τον προγραµµατισµό και το χειρισµό των περιφερειακών συσκευών του. Υλοποίηση FIR φίλτρων σε πραγµατικό χρόνο. 2

Άποψη DSK TMS320C6711 Άποψη της Αναπτυξιακής κάρτας DSP Starter Kit (DSK). 3

Simulink Τι είναι το Simulink; Το Simulink είναι ένα διαδραστικό περιβάλλον που χρησιµοποιείται για την: Μοντελοποίηση Εξοµοίωση και Ανάλυση Δυναµικών συστηµάτων. 4

Simulink Πέρα από την µοντελοποίηση την εξοµοίωση και την ανάλυση δυνα- µικών συστηµάτων, το Simulink συνεργάζεται µε άλλα προϊόντα όπως είναι το: Real-Time Workshop και Real-Time Workshop Embedded Coder παρέχοντας έτσι την δυνατότητα γέννεσης κώδικα σε ANSI C και ISO C για µοντέλα που µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε ενσωµα-τωµένα συστήµατα. 5

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 2 Υλοποίηση Προσαρµοστικών Φίλτρων Στα πλαίσια αυτής της άσκησης θα υλοποιηθούν στην αναπτυξιακή κάρτα TMS320C6711 DSK προσαρµοστικά φίλτρα FIR που βασίζονται στον αλγόριθµο Least Mean Squares (LMS). Τα προσαρµοστικά φίλτρα θα χρησιµοποιηθούν για την υλοποίηση συστηµάτων που άπτονται των παρακάτω βασικών εφαρµογών: Βελτίωση φασµατικής γραµµής. Iσοστάθµιση τηλεπικοινωνιακού καναλιού. 6

Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Nothing in nature is random. A thing appears random only through the incompleteness of our knowledge. Spinoza I do not believe that God rolls dice. attributed to Einstein 7

Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Το πρόβληµα που θέλουµε να λύσουµε είναι το ακόλουθο: χ n Μας διατίθεται ένα στοχαστικό σήµα { } µε τη βοήθεια του οποίου καλούµαστε να εκτιµήσουµε ένα άλλο στοχαστικό σή- µα { }. ς n χ n Η διαδικασία εκτίµησης του σήµατος { } από το σήµα { }, στην ορολογία της επεξεργασίας σηµάτων, καλείται φιλτράρισµα του σήµατος { } και το σύστηµα φίλτρο. χ n ς n 8

Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Αν χρησιµοποιήσουµε σαν κριτήριο το Μέσο Τετραγωνικό Σφάλµα όπου η εκτίµηση { }, δηλαδή χ n ςˆn Ε{ ς ˆ ς ( n n ) 2 } θα πρέπει να είναι συνάρτηση του σήµατος ˆ ς n..., χ 1, χ0, χ,...} 1 = Φ{ τότε, η βέλτιστη µη γραµµική εκτίµηση της ακολουθίας { } είναι η ακολουθία των δεσµευµένων µέσων όρων: Ε{ ˆ ς n = ς n..., χ 1, χ0, χ,...} 1 ς n 9

Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Εκτίµηση κάθε όρου ςˆn της ακολουθίας { } από γραµµικό συνδυασµό των δειγµάτων του σήµατος { }. Δηλαδή: d h, χ n + hn kχn ˆ ς n = dn, k όπου { n} και { } ντετερµινιστικές ακολουθίες τις οποίες και θα n k πρέπει να προσδιορίσουµε. ς n k 10

Προσαρµοστικά Φίλτρα ς n χ n H n (z) ςˆn ε n = ς n ˆ ς n ΔH n (z) Προσαρµοστικός Αλγόριθµος 11

Αναδροµικοί Αλγόριθµοι Θεωρήστε το ακόλουθο πρόβληµα ελαχιστοποίησης: όπου Φ(.) min Φ ( ϑ) ϑ γνωστή συνάρτηση. Η λύση του προβλήµατος είναι τα σηµεία εκείνα στα οποία: ϑ Φ( ϑ * ) = 0 12

Αναδροµικοί Αλγόριθµοι Ας ορίσουµε τη ντετερµινιστική αναδροµική σχέση: ϑ n = ϑn 1 µ ϑ n Φ( ϑ 1) όπου ϑ n ντετερµινιστικές ποσότητες. Αν η παραπάνω αναδροµική σχέση συγκλίνει µε κάποια έννοια, τότε: limϑ n n = ϑ = ϑ µ Φ( ϑ Φ( ϑ ) = 0 και εποµένως ϑ. Δηλαδή, το είναι η λύση του προβλήµατος ελαχιστοποίησης. ϑ ) * ϑ =ϑ 13

Αναδροµικοί Αλγόριθµοι Ας υποθέσουµε τη ντετερµινιστική αναδροµική σχέση: ϑ n = ϑn 1 n µ Ψ( ϑ 1) όπου ϑ n ντετερµινιστικές ποσότητες. Τα ερωτήµατα στα οποία θα πρέπει να δώσουµε απάντηση είναι: 1. Ποια είναι τα πιθανά σηµεία σύγκλισης; 2. Είναι ευσταθή, ολικά, τοπικά; 3. Ποια η ταχύτητα σύγκλισης της αναδροµής στα σηµεία αυτά; 14

Αναδροµικοί Αλγόριθµοι 1. Ποια είναι τα πιθανά σηµεία σύγκλισης; Τα πιθανά σηµεία σύγκλισης είναι τα σηµεία ισορροπίας της συνάρτησης, δηλαδή τα σηµεία στα οποία. Ψ(.) Ψ( ϑ) = Στη συνέχεια θα δώσουµε απάντηση στα υπόλοιπα ερωτήµατα διακρίνοντας τις ακόλουθες περιπτώσεις: Α. Η διανυσµατική συνάρτηση είναι γραµµική συνάρτηση ϑ του. Β. Η διανυσµατική συνάρτηση είναι µη γραµµική συνάρτη- ϑ ση του. Ψ(.) Ψ(.) 0 15

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Πώς µπορούµε από τη ντετερµινιστική αναδροµική σχέση ϑ n = ϑn 1 µ ϑ n Φ( ϑ 1) ϑ n όπου ντετερµινιστικές ποσότητες, να ορίσουµε µια αντίστοιχη στοχαστική αναδροµική σχέση; Αν, για παράδειγµα, θεωρήσουµε ότι Φ( ϑ) = Ex { Θ( ϑ, x n )} και διώξουµε τον τελεστή αναµενόµενης τιµής από τη ντετερµινιστική αναδροµική σχέση θα πάρουµε την ακόλουθη στοχαστική αναδροµική σχέση: ϑ n = ϑn 1 µ ϑθ( ϑn 1, x n) = ϑn 1 µ H ( ϑn 1, x n) Σκοπός µας είναι τώρα να δούµε πώς σχετίζονται οι µε τις. ϑ n 16 ϑ n

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 3 Σύστηµα Σηµατοδότησης Dual Tone Multi Frequency Στα πλαίσια αυτής της άσκησης θα υλοποιηθεί στο προγραµµατιστικό περιβάλον Matlab το σύστηµα σηµατοδότησης Dual Tone Multi Frequency. 17

Σύστηµα Σηµατοδότησης DTMF Όταν πατάµε το πλήκτρο µιας τηλεφωνικής συσκευής δηµιουργείται, όπως φαίνεται στο πίνακα, ένα Dual Tone Multiple Frequency σήµα x(n)=cos(2π697n/fs) + cos(2π1336n/fs) n=0,1,2,,n-1 fs: η συχνότητα δειγµατοληψίας Ν : η χρονική διάρκεια (σε πλήθος δειγµάτων)του DTMF σήµατος 18

Σύστηµα Σηµατοδότησης DTMF Υπολογίζοντας τον Διακριτό Μετασχηµατισµό Fourier (DFT) του DTMF σήµατος. Η ιδέα είναι απλή, αφού το DTMF σήµα συντίθεται από δύο ηµιτονικά σήµατα περιµένουµε το ενεργειακό του περιεχόµενό του να είναι συγκεντρωµένο γύρω από δύο συγκεκριµένες συχνότητες. Για τον υπολογισµό του DFT µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε είτε FFT είτε τον αλγόριθµο του Goertzel. Χρησιµοποιώντας Συστοιχία Φίλτρων (Filter Bank). Ένας άλλος τρόπος µε τον οποίο µπορούµε να υλοποιήσουµε τον αποκωδικοποιητή είναι να περάσουµε το DTMF σήµα µέσα από µία συστοιχία φίλτρων (Filter Bank) 19

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 4 Τεχνικές Εκτίµησης Συχνοτικού Περιεχοµένου Σηµάτων Στα πλαίσια αυτής της άσκησης θα εξεταστούν τεχνικές εκτίµησης του συχνοτικού περιεχοµένου ντετερµινιστικών και στοχαστικών σηµάτων διακριτού χρόνου πεπερασµένης χρονικής διάρκειας και θα υλοποιηθούν στην αναπτυξιακή κάρτα DSK TMS320C6711. Συγκεκριµένα, οι τεχνικές που θα εξεταστούν και θα υλοποιηθούν θα βασίζονται στον Ταχύ Μετασχηµατισµό Fourier (FFT). Σκοπός της άσκησης είναι η φασµατική ανάλυση σηµάτων σε πραγµατικό χρόνο και η διερεύνηση θεµάτων, όπως η παραθύρωση και η κατάτµηση του σήµατος. Τέλος υλοποιείται η τεχνική της φασµατικής αφαίρεσης, µε σκοπό τη βελτίωση της ποιότητας σηµάτων οµιλίας σε πραγµατικό χρόνο. 20

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 5 Αυτόµατη Αναγνώριση Οµιλητή Με τον όρο «αυτόµατη αναγνώριση οµιλητή» (automatic speaker recognition) εννοούµε την αυτόµατη διαδικασία αναγνώρισης του προσώπου που µιλάει χρησιµοποιώντας την ιδιαίτερη πληροφορία που κρύβεται στην κυµατοµορφή της οµιλίας του. Με την τεχνική αυτή µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε την φωνή προκειµένου να εξακριβώσουµε ή να επιβεβαιώσουµε την ταυτότητά ενός οµιλητή, και εποµένως να του παρέχουµε πρόσβαση σε διάφορες υπηρεσίες, όπως για παράδειγµα πρόσβαση εισόδου σε χώρους ασφαλείας, παροχή υπηρεσιών µέσω διαδικτύου (web-banking), αποµακρυσµένη πρόσβαση σε υπολογιστές κ.α.. Στόχος της συγκεκριµένης άσκησης είναι να δηµιουργήσουµε ένα απλό αλλά ωστόσο αντιπροσωπευτικό σύστηµα αυτόµατης αναγνώρισης οµιλητή. 21

Σύστηµα Ταυτοποίησης & Επιβεβαίωσης Οµιλητή Ταίριασµα Σήµα Φωνής Εξαγωγή Χαρακτηριστικών Μοντέλο Οµιλητή #1... Επιλογή Μεγίστου #Οµιλητή Ταίριασµα Μοντέλο Οµιλητή #Ν (α) Εξακρίβωση Οµιλητή (Speaker Identification) Σήµα Φωνής Εξαγωγή Χαρακτηριστικών Ταίριασµα Απόφαση Αποδοχή - Απόρριψη #Οµιλητή Μ Μοντέλο Οµιλητή #Μ Κατώφλι (β) Επιβεβαίωση Οµιλητή (Speaker Verification) 22

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 6 Συµπίεση Εικόνων µε Χρήση των Κωδικοποιήσεων Δέλτα & CVSD m(n) mˆ ( n 1) + eˆ ( n) z 1 + mˆ ( n) 23

Διαµόρφωση Δέλτα Υπερφόρτωση κλίσης & Κοκκώδης θόρυβος 24

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 7 Συµπίεση Εικόνων µε Χρήση των Κωδικοποιήσεων (A)DPCM m(n) mˆ ( n 1) + Q( e[ n]) eˆ ( n) H(z) + mˆ ( n) 25

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 8 Μετατροπείς Α/D Τεχνική Σίγµα-Δέλτα x[n]= xa(nts) x ˆ[ n] = Q( x[ n]) ˆ [ n] x eq Ιδανικός Δειγµατολήπτης Κβαντιστής Κωδικοποιητής 26

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 9 Επεξεργασία Σήµατος VIDEO σε Πραγµατικό Χρόνο Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η υλοποίηση-επίδειξη αλγορίθµων επεξεργασίας σηµάτων video σε πραγµατικό χρόνο χρησιµοποιώντας το Simulink. Είναι προφανές ότι εξαιτίας της απαίτησης επεξεργασίας σε πραγµατικό χρόνο τίθενται εύλογοι περιορισµοί σχετικά µε την ανάλυση του σήµατος εισόδου. Για την συγκεκριµένη άσκηση χρησιµοποιούµε στη θέση του αισθητήρα όρασης, µια τυπική ψηφιακή βιντεοκάµερα, που διατίθεται στο εργαστήριο. 27

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο Καταγραφή και Απεικόνιση σήµατος: Library Image Acquisition Blockset Library Video and Image Processing Blockset/Sinks R G B R G B Video Viewer Video Input Video Viewer 28

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο Μετατροπές Χρωµατικών Συστηµάτων R G B Video Input 29

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο Γραµµικά Συστήµατα: Φίλτρα Πλάτος Απόκρισης Συχνότητας Ισοϋψείς Απόκρισης Συχνότητας 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 40 60 80 10 30

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο Γραµµικά Συστήµατα:Φίλτρα Video and Image Processing Blockset/Filtering R G B R' G' B' R'G'B' to intensity I' I 2-D FIR Filter Video Input Color Space Conversion 2-D FIR Filter 31

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο 32

Επεξεργασία Σήµατος Βίντεο σε Πραγµατικό Χρόνο Γραµµικά FIR Φίλτρα: Μέσου όρου h = fspecial ( gaussian',[3,3],0.5) Απόκριση Πλάτους Ισοϋψείς Απόκρισης Πλάτους 33

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 10 Στοιχεία Θεωρίας Στατιστικού Ελέγχου Υποθέσεων και Συµπερασµατολογίας 34

Στοιχεία Θεωρίας Στατιστικού Ελέγχου Υποθέσεων & Συµπερασµατολογίας Σφαλμα Τύπου ΙΙ, P({O 0 H 1 }) Σφάλμα Τύπου Ι, P({O 1 H 0 }) Αποφάσισε H 0 Αποφάσισε H 1 35

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 11 Τεχνικές Κατωφλίωσης Εικόνας 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 255 36

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 12 Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων Οµιλίας 37

Ε Ρ Γ Α Σ Τ Η Ρ Ι ΑΚ Η Α Σ Κ Η Σ Η 13 Ταξινόµηση Καταλόγου Σεισµικών Γεγονότων Σεισµός 1 Σεισµός 2 38

Ταξινόµηση Καταλόγου Σεισµικών Γεγονότων Το πρόβληµα της αντιστοίχησης 0.2 0.3 0.1 0 0.2-0.1-0.2 0 50 100 150 200 250 300 350 0.2 0.1 0.1 0-0.1 0-0.1-0.2 0 50 100 150 200 250 300 350-0.2 0 100 200 300 400 500 600 700 39