HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

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

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Δειγματοληψία και ανακατασκευή αναλογικών σημάτων

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

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

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

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

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

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

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

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Θεώρημα δειγματοληψίας

Συστήματα Επικοινωνιών

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 3: Θεωρία Ψηφιοποίησης

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

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

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

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

Διαδικασία Ψηφιοποίησης (1/2)

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 22: Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Ανάλυση σημάτων/συστημάτων με το ΔΜΦ

Μορφοποίηση και ιαµόρφωση Σηµάτων Βασικής Ζώνης

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

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

Σ.Δ.ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Εισαγωγή στα Συστήματα Τηλεπικοινωνιών Συστήματα Παλμοκωδικής Διαμόρφωσης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

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

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση

ΤΗΛ412 Ανάλυση & Σχεδίαση (Σύνθεση) Τηλεπικοινωνιακών Διατάξεων. Διάλεξη 6. Άγγελος Μπλέτσας ΗΜΜΥ Πολυτεχνείου Κρήτης, Φθινόπωρο 2016

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

Ενδεικτικές Ασκήσεις για το μάθημα: «Μετρήσεις Φυσικών Μεγεθών»

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

Διάλεξη 10. Σχεδιασμός Φίλτρων. Κεφ Φίλτρο Διαφοροποιεί το φάσμα ενός σήματος Π.χ. αφήνει να περάσουν ή σταματά κάποιες συχνότητες

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 4: Δειγματοληψία και Κβάντιση Εικόνας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

H ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. στις τηλεπικοινωνίες

20-Μαρ-2009 ΗΜΥ 429. Προηγμένες τεχνικές DSP

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

FFT. Θα επικεντρωθούμε στο ΔΜΦ αλλά όλα ισχύουν και για τον

Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ. Δρ. Φασουλάς Γιάννης

Ψηφιακή Αναπαράσταση Σήματος: Δειγματοληψία, Κβαντισμός και Κωδικοποίηση

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Συμπίεση Δεδομένων

Διπλωματική Εργασία Μελέτη Μετατροπέων Δέλτα Σίγμα (ΣΔ-DAC/ADC)

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. Χρόνου (Ι)

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΑΛΜΟΚΩΔΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ - PCM (ΜΕΡΟΣ Α)

Διάλεξη 6. Fourier Ανάλυση Σημάτων. (Επανάληψη Κεφ Κεφ. 10.3, ) Ανάλυση σημάτων. Τι πρέπει να προσέξουμε

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Συμπίεση Δεδομένων

Ψηφιακή μετάδοση στη βασική ζώνη. Baseband digital transmission

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

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

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

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων

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

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστηµάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

Παρεμβολή Ενισχυτών μεταξύ γεωφώνων και καταγραφικού

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

HMY 799 1: Αναγνώριση. συστημάτων. Διαλέξεις 6 7. Συνάφεια (συνέχεια) Μη παραμετρική αναγνώριση γραμμικών

Σ.Δ.ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΔΠΜΣ. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ και ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ της ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ

Θεώρημα κωδικοποίησης πηγής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Transcript:

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων Διάλεξη 12: Δειγματοληψία και ανακατασκευή (IV)

Παρεμβολή (Interpolation) Γενικά υπάρχουν πολλοί τρόποι παρεμβολής, π.χ. κυβική παρεμβολή (cubic spline interpolation) 2

Επαναδειγματοληψία με μη ακέραιο παράγοντα Συνδυασμός αποδεκατισμού (deciation) και παρεμβολής (interpolation) 3

Πρακτική δειγματοληψία 4 Πως υλοποιείται η μετατροπή πρακτικά? Γενικά δεν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε υψηλότερη συχνότητα δειγματοληψίας απ ότι χρειάζεται (π.χ. ομιλία, 3 4 KHz) αποθήκευση, υπολογιστική πολυπλοκότητα κλπ. π 1, Ω <Ω c < Haa ( jω ) Φίλτρο αντιαναδίπλωσης = T 0, Ω Ωc Στην πραγματικότητα έχουμε φίλτρο που προσεγγίζει αυτή την απόκριση, οπότε η απόκριση συχνοτήτων του συνολικού συστήματος είναι: Η απόκριση του φίλτρου αντιαναδίπλωσης μπορεί να ισοσταθμιστεί από την απόκριση συχνοτήτων του συστήματος διακριτού χρόνου (Η(e jωτ )) Τα αναλογικά φίλτρα που προσεγγίζουν την ιδεατή απόκριση μπορεί να είναι αρκετά ακριβά/δύσκολα στην υλοποίηση Επίσης η υλοποίηση φίλτρου με γραμμική φάση είναι πιο δύσκολη με αναλογικά φίλτρα Χρήση απλού φίλτρου στην είσοδο, δειγματοληψία με υψηλή συχνότητα fs (πχ 2ΜΩ Ν ) και κατόπιν αποδεκατισμός με παράγοντα Μ

Πρακτική δειγματοληψία Φίλτρο αντιαναδίπλωσης παράδειγμα 5

Πρακτική δειγματοληψία Μετατροπή Α/Δ (A/D conversion) Πρακτικά έχουμε πεπερασμένη ακρίβεια και προσέγγιση της κρουστικής Τυπικά: saple and hold x () t = x[ n] h ( t nt) o n = 1, 0 < t < T ho () t = 0, otherwise o xo () t = ho()* t xa ( nt ) δ ( t nt ) n= Θέλουμε ένα κύκλωμα το οποίο να δειγματοληπτεί όσο πιο «στιγμιαία» γίνεται και να κρατάει την τιμή όσο πιο σταθερή γίνεται Έχουμε παραμόρφωση του φάσματος με έναν όρο της μορφής sinc (MF του h0), η οποία μπορεί όμως να ισοσταθμιστεί στον DAC 6

Κβαντοποίηση (quantization) Ο κβαντιστής (quantizer) μετασχηματίζει το σήμα εισόδου του ως εξής: xn ˆ[ ] = Qxn ( [ ]) Συνήθως Ομοιόμορφη μετατροπή Άρτιος αριθμός επιπέδων κβαντοποίησης (quantization levels) ίσος με δύναμη του 2 8 επίπεδα: 3 bits. Γενικά 2 Β+11 επίπεδα: Β+1 bits Η κωδικοποίηση δεν είναι μοναδική, π.χ. offset binary code η πιο αρνητική τιμή αντιστοιχεί στο 000, two s copleent code 1 ο bit: sign bit Βήμα κβαντοποίησης 2X X Δ= = B+ 1 B 2 2 2X : εύρος ψηφιοποίησης (digitization range) 7

Κβαντοποίηση (quantization) Παράδειγμα 8

Κβαντοποίηση (quantization) Σφάλμα κβαντοποίησης (quantization error) en [ ] = xn ˆ[ ] xn [ ] Δ Δ Δ Δ < < < en [ ] < 2 2 2 2 Αν X x [ n ] X τότε, ειδάλλως μπορεί να έχουμε μεγαλύτερο σφάλμα (clipping) Στατιστικό μοντέλο του σφάλματος e[n] Στάσιμη τυχαία διαδικασία,, ασυσχέτιστη με το σήμα Λευκή διαδικασία (ανεξάρτητα δείγματα) Ομοιόμορφη κατανομή πιθανότητας Αρκετά ρεαλιστικό μοντέλο, περισσότερο για πολύπλοκα σήματα 9

Κβαντοποίηση (quantization) Παράδειγμα: Ημιτονοειδές σήμα xn [ ] = 0.99cos[ n/10] X = 1 B + 1= 3 B + 1= 8 10

Για στρογγυλοποίηση: Truncation: Μέση τιμή 0 Κβαντοποίηση (quantization) Δ Δ < en [ ] < 2 2 Δ< en [ ] < 0 Για το προηγούμενο στατιστικό μοντέλο, η διασπορά είναι: Δ/2 2 2B 2 2 1 2 Δ 2 X e = ede= = σ Δ 12 12 Δ/2 2 Συνάρτηση αυτοσυσχέτισης: ϕee[ ] = σeδ[ ] j 2 Φάσμα ισχύος: P [ e ω ] = σ, ω π ee e 11

Κβαντοποίηση (quantization) Παράδειγμα: 101000 δείγματα της προηγούμενης ημιτονοειδούς ακολουθίας 12

Κβαντοποίηση (quantization) Λόγος σήματος προς θόρυβο (signal to noise ratio SNR). Για τον ομοιόμορφο κβαντιστή Β+1 επιπέδων: 2 2 2 σ 12 2 B x σ x X B 2 2 σ e X σ x SNR = 10log = 10log = 6.02 + 10.8 20log X SNR 20log σ x Αύξηση 6 db για κάθε επιπρόσθετο bit Παράδειγμα: Για μικρές τιμές του λόγου X /σ x (κοντά στο 1) έχουμε μεγάλη πτώση του SNR. Για ένα ημιτονοειδές σήμα πλάτους Α ισχύει σ x =0.707Α οπότε αν X =1 και Α>1 έχουμε αποκοπή (clipping) των περισσότερων τιμών του σήματος 13

Κβαντοποίηση (quantization) Παράδειγμα: Αν το πλάτος ενός σήματος ακολουθεί κανονική κατανομή γύρω από το μηδέν μόνο 0.064% των δειγμάτων έχουν πλάτος απολύτως μεγαλύτερο του 4σ x. Άρα μπορούμε να σχεδιάσουμε τον μετατροπέα και τον κβαντιστή ώστε σ x =X /4 και: SNR = 6.02B 1.25 db Για SNR = 90 96 db π.χ. για αναπαραγωγή μουσικής χρειαζόμαστε 16 bits. 14

Πρακτική ανακατασκευή (D/A conversion) Ιδανική ανακατασκευή (μετατροπέας D/C): ή στο πεδίο της συχνότητας: Πρακτικά έχουμε το ακόλουθο σύστημα (μετατροπέας D/A) : Το σύστημα αυτό παράγει το ακόλουθο σήμα εξόδου: x ( t) = X xˆ [ n] h ( t nt) = xˆ[ n] h ( t nt) = x[ n] h ( t nt) + e[ n] h ( t nt) DA B o o o o n = n = n = n = 1, 0 < t < T ho () t = 0, otherwise x () t e () t o o 15

Πρακτική ανακατασκευή (D/A conversion) Στο πεδίο της συχνότητας: Μπορούμε να ορίσουμε ένα φίλτρο της μορφής στην έξοδο του μετατροπέα D/A: για να ισοσταθμίσουμε. Απόκριση συχνοτήτων του zero and hold: άρα τελικά: 16