Analýza signálů

Vztahy:

Předmět A6M31ANS může při kontrole studijních plánů nahradit předmět X31TES

Předmět A6M31ANS nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět X31TES (vztah je symetrický)

Předmět A6M31ANS může být splněn v zastoupení předmětem X31TES

Předmět A6M31ANS nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět X31TES (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra teorie obvodů

Anotace:

Vysvětlení principů a metod číslicového zpracování jednorozměrných biologických signálů. Digitalizace a kvantování biologických signálů. Číslicová filtrace v časové oblasti a ve frekvenční oblasti. Decimace, interpolace a banky filtrů. Krátkodobá Fourierova transformace a vlnková transformace. Korelační, spektrální a koherenční analýza. Lineární predikce a autoregresní (vyhlazená) spektra. Cvičení jsou zaměřena na praktické zvládnutí moderních metod analýzy a zpracování biologických signálů.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/A6M31ANS

Požadavky:

Zápočet bude udělen na základě práce ve cvičeních během semestru, popřípadě na základě odevzdání alespoň deseti domácích úkolů. Vzhledem k náročné látce budou v průběhu semestru realizovány dva testy, jejichž bodové hodnocení bude připočteno k hodnocení závěrečného testu. Předmět bude zakončen závěrečným písemným testem, případně ústní částí zkoušky.

Osnova přednášek:

1. Popis LTI systémů v časové a frekvenční oblasti. Lineární konvoluce, stabilita, kauzalita. 2. Uživatelský návrh číslicových FIR filtrů, jejich analýza a simulace, lineární fáze.

3. Uživatelský návrh IIR číslicových filtrů, kvantování a jeho důsledky.

4. Úvod do spektrální analýzy. Typy Fourierových transformací a důsledky. DFT.

5. Realizace cyklické konvoluce, zpracování dlouhých signálů ? OLA, OLS. Filtrace ve frekvenční oblasti. 6. Krátkodobá FT: časově-frekvenční rozklad signálu, spektrogram, princip neurčitosti. Vlnková transformace. 7. Převzorkování ? decimace a interpolace. Banky filtrů, realizace vlnkové transformace.

8. Střední hodnota, výkon, autokorelace ? využití pro zpracování biologických signálů.

9. Vzájemná korelace, vzájemná spektrální výkonová hustota, koherenční analýza.

10. Kumulační součty. Přizpůsobená filtrace. Mediánová filtrace.

11. Příklady detekce a lokalizace náhlých změn v biologických signálech. 12. Lineární predikce, parametrické metody, základy adaptivní filtrace, adaptivní potlačování rušení. 13. Vztah číslicových a analogových systémů, diskretizace spojitých systémů, volba periody vzorkování.

14. Rezerva.

Osnova cvičení:

1. Shrnutí potřebných informací k používání nástrojů a dat ve cvičeních. MATLAB: proměnné, matice, cykly, načitání signálů, generování sinusovky, šumu a dalších signálů.

2. Základní operace při zpracování biologických signálů. Filtry: poloha nul a pólů, stabilita, impuslová odezva, přenosová funkce, frekvenční a fázová charakteristika, IIR a FIR 1. řádu, hřebenový filtr.

3. Návrh FIR filtrů. Popis oken, návrh metodou oken, realizace filtrace.

4. Návrh IIR filtrů, ověření návrhu, simulace. Tolerančni pole, typy aproximací.

5. DFT a FFT, spektrum opakovaného signálu, prosakováni ve spektru a váhovaní oknem.

6. Krátkodobá Fourierova transformace a její použití. Časové a frekvenční rozlišení FFT, filtrace ve frekvenční oblasti, segmentace signalů, spektrogram.

7. Decimace a interpolace, průměrný QRS komplex. Odstraňování kolísání isolinie - EEG, EKG.

8. Odhad charakteristik náhodných signálů I

9. Výkonová spektrální hustota signálů (EEG, EMG, EKG)- vyhlazení a frekvenční rozlišení.

10. Korelační a koherenční analýza vztahu mezi mozkovými a svalovými artefakty.

11. Příklady použití speciálních technik v analýze EEG, EMG, EKG signálů.

12. Detekce a lokalizace náhlých změn v časové a frekvenční oblasti - adaptivní prahování - detekce svalových artefaktů v EEG, detekce QRS komplexů.

13. Autoregresní modelování EEG a řeči. Adaptivní odstraňování síťového rušení v EEG a EKG.

14. Rezerva

Cíle studia:

Cílem studia je získat základní informace z oblasti zpracování signálů a především schopnost prakticky používat vybrané metody analýzy a zpracování biologických signálů.

Studijní materiály:

1. Uhlíř, J., Sovka, P.: Číslicové zpracování signálů. Ediční středisko ČVUT Praha, 2002, Monografie ČVUT FEL ?

druhé vydání

2. Jan, J.: Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. Vysoké učení technické v Brně, 1997

3. Sovka, P., Pollák, P.: Vybrané metody číslicového zpracování signálů. Ediční středisko ČVUT Praha, 2001

4. Tompinks, W. J.Biomedical Digital Signal Processing. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1993.

5. Openheim, A.V., Shafer, R.W.: Discrete-Time Signal Processing. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1998

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/A6M31ANS

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: