Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων¶

Επίσημο περίγραμμα μαθήματος του ΤΜΗΥΠ (Πανεπιστήμιο Πατρών), όπως δημοσιεύεται στη σελίδα του μαθήματος και στο συνημμένο αρχείο «Περίγραμμα Μαθήματος». Το κείμενο παρατίθεται αυτούσιο, χωρίς τα πρότυπα οδηγιών του εντύπου.

Στόχοι¶

Α. Θεωρία Ο φοιτητής που ολοκληρώνει επιτυχώς το μάθημα μπορεί να :
κατανοεί πλήρως την διαδικασία δειγματοληψίας σημάτων συνεχούς χρόνου καθώς και την αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή την ανακατασκευή τους από δείγματα
κατανοεί και να εξηγεί φαινόμενα όπως αυτά της αναδίπλωσης συχνοτήτων, της μη τέλειας ανακατασκευής και γενικά των περιορισμών και προβλημάτων που ανακύπτουν κατά την ψηφιακή επεξεργασία των σημάτων
χρησιμοποιεί τεχνικές γρήγορης υλοποίησης του διακριτού μετασχηματισμού Fourier για την αποδοτική υλοποίηση της γραμμικής συνέλιξης
σχεδιάζει βασιζόμενος στην βασική υπόθεση της κλασικής επεξεργασίας σημάτων, περί μη επικαλυπτόμενων συχνοτικών ζωνών σήματος πληροφορίας και θορύβου κατάλληλα ψηφιακά και αναλογικά φίλτρα για την δειγματοληψία και επεξεργασία των σημάτων
αντιμετωπίζει προβλήματα στα οποία δεν ισχύει η υπόθεση της κλασικής επεξεργασίας με τεχνικές της στατιστικής επεξεργασίας σημάτων
κατανοεί το μαθηματικό υπόβαθρο και τους στατιστικούς κανόνες στους οποίους βασίζεται η στατιστική επεξεργασία σημάτων
αναλύει, να μοντελοποιεί και να επεξεργάζεται στοχαστικές διαδικασίες με την βοήθεια γραμμικών χρονικά αμετάβλητων συστημάτων Β. Εργαστηριακή Άσκηση Ο φοιτητής που ολοκληρώνει επιτυχώς τις εργαστηριακές ασκήσεις του μαθήματος μπορεί να:
χρησιμοποιεί μαθηματικά εργαλεία που βοηθούν στην αναλυτική μελέτη και επεξεργασία ψηφιακών σημάτων
υλοποιεί αλγορίθμους της ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων στο περιβάλλον OCTAVE
εκσφαλματώνει τους υλοποιούμενους αλγορίθμους και να πιστοποιεί τη σωστή λειτουργία τους

Περιεχόμενο (ύλη)¶

Α. Διαλέξεις Μεταξύ άλλων, στο πλαίσιο του μαθήματος καλύπτονται τα ακόλουθα:

Δειγματοληψία Σήματος, Φαινόμενα Αναδίπλωσης Συχνότητας
Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier, FFT
Κυκλική Συνέλιξη, Τεχνικές Ταχύ υπολογισμού Γραμμικής Συνέλιξης
Σχεδιασμός Αναλογικών IIR Φίλτρων
Σχεδιασμός Ψηφιακών FIR Φίλτρων, Μέθοδος με χρήση Παραθύρων, Μέθοδος με χρήση Περιοχών Αδιαφορίας, Μέθοδος Min- Max και αλγόριθμος του Remez.
Σχεδιασμός IIR Ψηφιακών Φίλτρων.
Σχεδιασμός Ειδικών κατηγοριών Φίλτρων: Φίλτρα Εγκοπής, Φίλτρα Διαφόρισης και Ολοκλήρωσης.
Στοχαστικά Σήματα και Στοχαστικές Διαδικασίες.
Στατιστικές 1-ης και 2- ης Τάξης, Αυτοσυσχέτιση, Ετεροσυσχέτιση, Ισχυρή και Ασθενής Στασιμότητα, Εργοδικότητα
Πυκνότητα Φάσματος Ισχύος, Εκτίμηση Συχνοτικού Περιεχομένου Σήματος, Τεχνικές Εκτίμησης Φάσματος Στοχαστικού Σήματος
Βέλτιστη Γραμμική Επεξεργασία Στοχαστικού Σήματος, διαδικασία λεύκανσης
Φίλτρα Wiener, διαδικασίες αυτοπαλινδρόμισης Β. Εργαστηριακές Ασκήσεις
Άσκηση 1: Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων
Άσκηση 2: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier, FFT, Κυκλική και Γραμμική συνέλιξη
Άσκηση 3: Σχεδιασμός FIR και ΙΙR φίλτρων
Άσκηση 4: Στοχαστικές Διαδικασίες
Άσκηση 5: Βέλτιστη Γραμμική Επεξεργασία Στοχαστικού Σήματος, Φίλτρα Wiener, διαδικασίες αυτοπαλινδρόμισης

Αξιολόγηση¶

Η αξιολόγηση γίνεται στην Ελληνική γλώσσα και χωρίζεται σε δύο ανεξάρτητα μέρη. Η αξιολόγηση σχετικά με την εμπέδωση της θεωρίας γίνεται μέσω τελικής γραπτής και προφορικής εξέτασης. Συγκεκριμένα η γραπτή εξέταση περιλαμβάνει ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και επίλυσης προβλημάτων. Η προφορική εξέταση περιλαμβάνει ερωτήσεις σύντομης απάντησης και σε βάθος κατανόησης των βασικών αντικειμένων του μαθήματος. Μετά το πέρας της εξέτασης ανακοινώνονται και αναρτώνται τα αποτελέσματα. Μετά την ανάρτηση των αποτελεσμάτων οι φοιτητές μπορούν να ερωτήσουν για οποιαδήποτε σχετικά απορία έχουν για την βαθμολογία τους και μπορούν ακόμα και να αμφισβητήσουν το βαθμό τους. Η αξιολόγηση της εργαστηριακής ενότητας βασίζεται στη δια ζώσης διαπιστούμενη λειτουργικότητα των αλγορίθμων που αναπτύσσουν και υλοποιούν στο περιβάλλον OCTAVE οι φοιτητές κατά την εκπόνηση των ασκήσεων.

Βιβλιογραφία¶

Βασικές Τεχνικές Ψηφιακής Επεξεργασίας Σημάτων, Γ. Μουστακίδη, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ, 2004
Digital Signal Processing A Computer Based Approach, S. K. Mitra, Mc Graw Hill, 2001
Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications, J. G. Proakis and D. G. Manolakis, Pearson 2007
Statistical Signal Processing and Modeling, M. H. Hayes, ISBN-13: 978-0471594314 -Συναφή επιστημονικά περιοδικά και συνέδρια:
IEEE Transactions on Signal Processing
IEEE Transactions on Video Processing
IEEE Signal Processing Magazine
Elsevier Digital Signal Processing
ICASP, Eusipco, ICIP