PSYT

TECHNIKI PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW W TELEKOMUNIKACJI

SEMESTR – ZIMA 2017/2018 

WYKŁAD (S.162)         PIĄTEK [10:00-12:00]

ĆWICZENIA (S.162)    PIĄTEK [12:00-14:00]

LABORATORIUM (S.412/S.504)  

                                        ŚRODA  [12:00-14:00]

                                        ŚRODA  [14:00-16:00]

 

Prowadzący przedmiot :
prof. dr hab. inż. Andrzej Jakubiak (P514)

dr hab. inż. Przemysław Dymarski, prof. PW (P513)

 

Kierownik laboratorium :
dr inż. Tomasz Czarnecki (P586)

 

 

Wymiar godzinowy zajęć

Wykład

Ćwiczenia

Laboratorium

Projekt

 

2

1

1

-

 

Klasy programowe : PZ-T (obowiązkowy na studiach II stopnia)

Wymagane przedmioty poprzedzające : SYMSE, CPS lub podobne na kursie I stopnia

Zalecane przedmioty poprzedzające : PSYB

Słowa kluczowe: analiza widmowa, analiza czasowo-częstotliwościowa, transformaty dyskretne, DFT, DCT, MDCT, transformata Gabora, transformata Karhunena-Loevego, falki, filtry adaptacyjne, detekcja, dyskryminatory, Ukryte Modele Markowa, HMM

 

            Student zapoznaje się z analizą częstotliwościową i czasowo-częstotliwościową sygnałów (transformaty klasyczne i „rozciągnięte”, transformaty falkowe). Nabiera umiejętności w zakresie wykorzystania transformat w zastosowaniach praktycznych, m.in. w kompresji sygnałów audio. Opanowuje narzędzia statystycznej teorii detekcji i filtracji adaptacyjnej, w zastosowaniu do wykrywania sygnałów na tle szumów, przewidywania (predykcji) sygnałów, tłumienia echa i zakłóceń. Ponadto zapoznaje się z technikami dyskryminacji statycznej (dyskryminatory liniowe, SVM) i dynamicznej (HMM) w zastosowaniu do kompresji i rozpoznawania mowy.

 

Treść wykładu:

1.         Analiza czasowo-częstotliwościowa sygnałów:

-          Krótkoczasowa transformata Fouriera. Pojęcie okna czasowego, spektrogramy sygnałów. (2 godz.)

-          Transformata Gabora. Elementarna funkcja Gabora. Metody wyznaczania funkcji okna i współczynników rozwinięcia, transformata Zaka. (2 godz.)

-          Transformata falkowa. Pojęcie falek, ciągłe przekształcenie falkowe, skalogram. Dyskretna transformata falkowa, zastosowania. (2 godz.)

2.         Zastosowanie transformat w technice kompresji sygnałów:

-          Od Dyskretnej Transformaty Fouriera, poprzez Dyskretną Transformatę Cosinusoidalną do zmodyfikowanych (rozciągniętych - extended) transformat cosinusoidalnych (MDCT, LT, ELT). Zastosowanie w koderach audio (np. MP3) – 2 godz

-          Problem koncentracji energii, dekorelacji, transformata Karhunena-Loevego – 1 godz

-          Kodery transformaty a kwantyzatory wektorowe – 1 godz

3.         Filtracja adaptacyjna i jej zastosowania:

-          Zagadnienie predykcji, filtracji zakłóceń, tłumienia echa, identyfikacji układów dynamicznych– jednolity opis matematyczny. Korekcja interferencji międzysymbolowej  – 2 godz

-          Filtr Wienera i jego właściwości. Zastosowanie do identyfikacji kanału transmisyjnego – 2 godz

-          Algorytmy adaptacji: stochastycznego gradientu (SG), najmniejszej sumy kwadratów (LMS) – 2 godz

4.         Wykrywanie sygnałów na tle zakłóceń:

-          Elementy statystycznej teorii detekcji, funkcje decyzyjne, weryfikacja hipotez (2 godz.)

-          Detektory optymalne, detektory bayesowskie,  Neymana-Pearsona i mini-max, detekcja parametryczna, nieparametryczna i „robust”. (2 godz.)

-          Detektory dwudecyzyjne, charakterystyki operacyjne (krzywe ROC), detekcja SPFA. (2 godz.)

-          Wykrywanie słabych sygnałów w środowisku silnych zakłóceń. (2 godz.)

5.         Zagadnienia rozpoznawania i klasyfikacji:

-          Dyskryminatory liniowe, zastosowanie w parametrycznych koderach mowy – 1 godz

-          Dyskryminatory nieliniowe, na przykładzie maszyny wektorów wspierających (SVM) – 1 godz

-          Ukryte Modele Markowa (HMM), rozpoznawanie mowy – 4 godz.

 

Zakres ćwiczeń :

Ćwiczenia audytoryjne obejmują materiał przedstawiony na wykładzie w formie zadań i problemów, rozwiązywanych przez studentów w trakcie zajęć.

 

Laboratorium :

            Laboratorium obejmuje 6 dwugodzinnych ćwiczeń, w trakcie których studenci wykonują w zespołach dwuosobowych pomiary i obliczenia.

 

1.         Reprezentacje ortogonalne sygnałów (T. Czarnecki)

2.         Generowanie i analiza sygnałów pseudolosowych (T. Czarnecki)

3.         Wyznaczanie charakterystyk operacyjnych detektorów (T. Czarnecki)

4.         Transformaty w kompresji sygnałów fonicznych: porównanie transformat DFT, DCT, MDCT (zwanej też ELT). Zastosowanie w koderze sygnału audio (P. Dymarski)

5.         Filtracja adaptacyjna: predyktory liniowe, algorytmy adaptacji: metoda stochastycznego gradientu, metoda najmniejszej sumy kwadratów. Zastosowanie w koderze ADPCM (P. Dymarski)

6.         Statyczne i dynamiczne rozpoznawanie wzorców: Dyskryminator liniowy Fishera i jego zastosowanie do rozpoznawania klas sygnałów: mowa dźwięczna, bezdźwięczna, szum otoczenia. HMM w rozpoznawaniu mowy: projektowanie Ukrytych Modeli Markowa dla rozpoznawania izolowanych słów (P.Dymarski)

 

ĆWICZENIE

CW1

CW2

CW3

CW4

CW5

CW6

TERMIN A
12:00-14:00

 

 

 

 

 

 

TERMIN B
14:00-16:00

25.10.2017

15.11.2017

29.11.2016

13.12.2017

10.01.2018

17.01.2018

SALA

S.504

S.504

S.504

S.412

S.412

S.412

 

LABORATORIUM POSIADA 8 STANOWISK (PO DWIE OSOBY PRZY JEDNYM STANOWISKU). STUDENCI PROSZENI SĄ O WPISYWANIE SIĘ NA LISTĘ W ZESPOŁACH 2-OSOBOWYCH. LISTA WYWIESZONA PRZED P502. PIERWSZEŃSTWO MAJĄ OSOBY BĘDĄCE Z DANEJ GRUPY.

 

Termin dodatkowy godz. 12-14 i 14-16; 24.01.2018. Termin dodatkowy przysługuje osobom, które z przyczyn losowych (choroba) nie mogły uczestniczyć w zajęciach. Termin ten musi być uzgodniony wcześniej z kierownikiem laboratorium i prowadzącym dane ćwiczenie.

 

Kolokwium :

Kolokwium 1:  24.11.2017

Kolokwium 2:  19.01.2018

Kolokwium poprawkowe:  26.01.2018

 

Sposoby weryfikacji zakładanych efektów kształcenia:

            Kolokwium sprawdzające na ćwiczeniach: 2x13 pkt.

            Oceny z ćwiczeń laboratoryjnych: 6x4 pkt

            Zaliczenie przedmiotu minimum 25 pkt.

 

Materiały dydaktyczne :

1.         P. Wojtaszczyk, „Teoria falek”, PWN, Warszawa 2000.

2.         J.T. Białasiewicz, „Falki i aproksymacje”, WNT, Warszawa 2000.

3.         S.W. Smith „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów – poradnik dla inżynierów i naukowców” – BTC, 2007

4.         T.P.Zieliński „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów – od teorii do zastosowań” - WKiŁ

5.         L.Rutkowski „Filtry adaptacyjne i przetwarzanie sygnałów” - WNT

6.         A. Jakubiak, D. Radomski, „Sygnały i systemy”, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2012.

7.         A. Jakubiak, „Metody detekcji sygnałów na tle zakłóceń”, OWPW (w druku).

8.         J.Wojciechowski „Sygnały i systemy” – WkiŁ 2008

9.         J.Szabatin „Przetwarzanie sygnałów” – W-wa 2003

10.       K.Sayood “Kompresja danych – wprowadzenie”, Wyd. RM, W-wa 2002

11.       A.Drozdek “Wprowadzenie do kompresji danych”

12.       N.S.Jayant, P.Noll "Digital coding of waveforms"

13.       A.Gersho, R.M.Gray "Vector quantization and signal compression"

14.       W Kasprzak „Rozpoznawanie obrazów i sygnałów mowy”, W-wa 2009

15.       W. Kwiatkowski  „Metody automatycznego rozpoznawania wzorców”

16.       P.Dymarski (ed.) „Hidden Markov Models – Theory and applications” - Intech 2011, Open source (dostępna w Internecie)

17.       A.M. Kondoz “Digital speech”

18.       L.Hanzo, F.Clare, A.Somerville, J.P.Woodward: “Voice compression and communications”

19.       P.Vary, R.Martin „Digital speech transmission”, Wiley 2005

20.       W.Skarbek  ”MULTIMEDIA – algorytmy i standardy kompresji”

21.       T.P. Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian (ed) „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów

            w telekomunikacji – podstawy, multimedia, transmisja" – PWN, 2014

 

 

 

 

WYNIKI