Учебно-методический комплекс по дисциплине б в дв. 01- цифровая обработка сигналов в системах управления для направления 22. 04. 00 Информатика и вт, профиля 22.
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Комплекс (умк) дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка сигналов» для специальности, 290.97kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине б в 05 -проектирование асоиу, 701.7kb.
- Цифровая обработка сигналов, 25.15kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине "Обработка результатов эксперимента" для, 359.63kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине б б 06 Сети и телекоммуникации для направления, 767.28kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине: Информационные системы в экономике для, 266.03kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине б в дв. 01 Универсальные математические, 716.47kb.
- И. Д. Алекперов учебно-методический комплекс дисциплины "информатика" Ростов-на-Дону, 952.05kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине б б 07 Электроника, 792.46kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине б б 10 Теория автоматического управления, 768.16kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО «Адыгейский государственный университет»
«Утверждаю»
Декан физического факультета
________________Феклистов Г.С.
«_____»__________________2011 г.
Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления
(наименование кафедры, обеспечивающей преподавание дисциплины)
Шифр и наименование дисциплины
Б.3.В.3.ДВ.01- Цифровая обработка сигналов в системах управления
(шифр с указанием подготовки ГСЭ, ЕН, ДН, ОП, СД, наименование дисциплины)
Статус дисциплины: по выбору
(обязательная, по выбору, факультативная)
Направление 220400 - Управление в технических системах (профиль: «Управление и информатика в технических системах»)
Форма обучения: очная
Объем дисциплины 360
(общий объем дисциплин, час)
| номер семестра | учебные занятия | курсовое проектирование | форма итоговой аттестации | |||||
| общий объем | аудиторные занятия | СРС | ||||||
| всего | лекции | лабораторные | практические | |||||
| 8 | 252 | 120 | 60 | 60 | - | 132 | - | Экз. |
Майкоп
2011г.
Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом направления подготовки 220400 – Управление в технических системах, профиля 220401 - Управление и информатика в технических системах , утвержденного 22.12.2009 г., №813
Разработчик: заведующий кафедрой, доцент Коржаков В.Е.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры АСОИУ
“3” июня 2011 г.
Заведующий кафедрой: доцент Коржаков В.Е.
Одобрена учебно-методической комиссией физического факультета
“5июня 2011 г.
Председатель
- Цель и задачи дисциплины
Дисциплина преподается для усвоения студентами принципов цифровой обработки сигналов, принципов построения систем цифровой обработки информации в информационно-управляющих системах (ИУС), приобретения ими навыков расчета и
практического применения современных устройств и систем цифровой обработки сигналов (ЦОС).
Изучение дисциплины базируется на предшествующих дисциплинах высшей математики (дифференциальное и интегральное исчисление, ряды, функции комплексного переменного), физики (электричество и магнетизм, полупроводники), ТОЭ (теория цепей постоянного и переменного тока, спектры, анализ нелинейных цепей, переходные процессы); используются понятия дисциплин: ТАУ (линеаризация, структурная схема, замкнутые системы, передаточная функция, устойчивость), "Микропроцессорные устройства систем управления", "Управляющие микроЭВМ".
Результаты изучения дисциплины имеют самостоятельное значение и используются в учебном процессе при изучении дисциплины "Информационные сети и телекоммуника- ции" и при дипломном проектировании.
- Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- принцип действия, устройство и основные свойства систем ЦОС;
- методы разработки и использования алгоритмов цифровой обработки информации;
- методы анализа устройств ЦОС;
- методы схемотехнического построения устройств ЦОС;
- методы выбора комплекса технических средств систем ЦОС;
- методы проектирования систем ЦОС на основе регламентированных методик и стандартных пакетов;
уметь:
- рассчитывать характеристики устройств ЦОС;
- создавать прикладное программное обеспечение для ЦОС в ИУС;
- пользоваться современными средствами проектирования систем ЦОС;
- выбирать элементную базу и технические средства систем ЦОС;
иметь представление:
- о практическом использовании систем ЦОС;
- об устройстве и конструкции современных средств ЦОС;
- о проблемах и направлениях развития информационно-управляющих систем и средств цифровой обработки сигналов;
- об основных методах и средствах проектирования, создания и эксплуатации устройств ЦОС в информационно-управляющих системах;
- об основных путях развития систем ЦОС.
2.3 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
2.3.1 Объем дисциплины и виды учебной работы
| Вид работы | Трудоемкость, часы | |
| 5 сем. | Всего | |
| Общая трудоемкость | 252 | 252 |
| Аудиторная работа | 120 | 120 |
| Лекции (Л) Практические занятия, в том числе Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Коллоквиумы Другие | 60 60 | 60 60 |
| Самостоятельная работа (СР) | 132 | 132 |
| Курсовые работы (КР) Рефераты (Р) Другие виды СР Самоподготовка (самостоятельное изучение разделов, проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.) | - - 132 | - - 132 |
| Вид итогового контроля | экзамен | экзамен |
2.3.2 Тематический план изучения дисциплины
| № Раздела (модуля) | Наименование разделов (модулей) и их содержание | Количество часов | Внеаудиторная работа (СР) | |||
| Всего | Аудиторная работа | |||||
| Л | ПЗ (С) | ПЗ (ЛР) | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| | Модуль 1 | 84 | | | | |
| 1 | Математическое описание сигналов | | 20 | | | |
| 2 | Исследование характерис- тик периодических и непериодических сигналов | | | | 20 | |
| 3 | Подготовка к лабораторным занятиям и углубление знаний по сигналам | | | | | 42 |
| | Контрольное тестирование №1 | | | | | 2 |
| | Модуль 2 | 84 | | | | |
| 1 | Дискретные системы | | 20 | | | |
| 2 | Исследование характеристик аналоговых и дискретных фильтров | | | | 20 | |
| 3 | Подготовка к лабораторным занятиям и углубление знаний по дискретным системам | | | | | 42 |
| | Контрольное тестирование №2 | | | | | 2 |
| | Модуль 3 | 84 | | | | |
| 1 | Прикладные задачи и алгоритмы ЦОС | | 20 | | | |
| 2 | Проектирование дискретных фильтров по аналоговому эквиваленту | | | | 20 | |
| 3 | Подготовка к лабораторным занятиям и углубление знаний по прикладным задачам и алгоритмам ЦОС | | | | | 42 |
| | Контрольное тестирование №2 | | | | | 2 |
| | Экзамен (40 баллов) | | | | | |
| | ИТОГО | 252 | 60 | | 60 | 132 |
2.3.3. Учебно-методическая карта лекций
| Порядковый номер лекции | Содержание лекции | Количество часов |
| Модуль 1. | ||
| 1. | Предмет, задачи и структура дисциплины. Современное состояние, назначение и области применения систем ЦОС. Термины и определения. | 2 |
| 2. | Математическое описание сигнала. Регистрация сигналов. | 2 |
| 3. | Обработка результатов измерений на ПЛК и ЭВМ | 2 |
| 4. | Спектры периодических и непериодических сигналов. Спектральный анализ. | 2 |
| 5. | Цифровая фильтрация. | 2 |
| 6. | Методы цифрового спектрального анализа. | 2 |
| 7. | Дискретное преобразование Фурье. Свойства дискретного преобразования Фурье. | 2 |
| 8. | Виды сигналов и их спектры. | 2 |
| 9. | Z-преобразование. Свойства Z-преобразования. | 2 |
| 10. | Дискретные сигналы и z - образы. Обратное Z-преобразование. | 2 |
| Модуль 2 | ||
| 11. | Передаточные функции дискретных систем. Структурные схемы. Преобразование структурных схем. | 4 |
| 12. | Временные характеристики дискретных систем. Импульсная характеристика. Переходная характеристика. Связь передаточной функции и импульсной характеристикой. | 2 |
| 13. | Фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. | 2 |
| 14. | Фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ- фильтр). Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ- фильтр). | 2 |
| 15. | Устойчивость и реализуемость дискретных фильтров. | 2 |
| 16. | Структурные схемы звеньев первого и второго порядка, устойчивость, разностные уравнения | 2 |
| 17. | Частотные характеристики линейных дискретных систем. Представление систем ЦОС в частотной области. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Фазо-частотная характеристика (ФЧХ). | 2 |
| 18. | Метод отображения дифференциалов. Аппроксимация первого и второго порядка. Разностные уравнения. Программная и аппаратная реализация цифровых фильтров. | 2 |
| 19. | Метод билинейного преобразования. Свойства билинейного преобразования. Трансформация частот при билинейном преобразовании. | 2 |
| 20. | Основные типы дискретных фильтров. Типы фильтров. Фильтр нижних частот. Фильтр верхних частот. Полосовой и режекторный фильтры. | 2 |
| | Модуль 3 | |
| 21. | Оценка ошибок квантования. Линейная модель квантования. Математическое ожидание ошибки квантования. Дисперсия шума квантования. Квантование нулей и полюсов передаточных функций. | 2 |
| 22. | Предельные циклы. Оценка разрядности цифровой системы. Дисперсия собственного шума системы. Отношение сигнал/шум. | 2 |
| 23. | Обеспечение линейности фазовой характеристики. АЧХ, ФЧХ и ГВЗ КИХ фильтра четного и нечетного порядка с линейной ФЧХ. Пример расчета фильтра с линейной ФЧХ. | 2 |
| 24. | Разработка цифрового БИХ фильтра | 2 |
| 25. | Основы теории цифровых фильтров Винера | 2 |
| 26. | Компьютерные архитектуры обработки сигналов | 2 |
| 27. | Быстрое преобразование Фурье. Основы алгоритмов быстрого преобразования Фурье. | 2 |
| 28. | Базовая операция БПФ "бабочка". БПФ с прореживанием по времени. БПФ с прореживанием по частоте | 2 |
| 29. | Сравнительный анализ микропроцессорных средств ЦОС разных фирм-производителей. Обзор современных сигнальных процессоров DSP.Перспективы развития ЦОС. | 2 |
| 30. | Современное состояние на рынке систем информационно-управляющих систем | 2 |
| Всего | | 60 |
2.3.4. Учебно-методическая карта практических занятий.
Учебным планом не предусмотрены.
Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах.
| Номер лаб. работы | Наименование лабораторной работы | Вид занятия | Объем часов |
| Модуль 1. | |||
| 1. | Исследование спектров периодических сигналов прямоугольной формы. | Исследование на компьютерных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 2. | Исследование спектров периодических сигналов треугольной формы. | Исследование на компьютер- ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 3. | Исследование шумоподобных сигналов. | Исследование на компьютер -ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 8. |
| Модуль 2. | |||
| 4. | Снятие переходных и импульсных характеристик цифровых фильтров | Исследование на компьютер- ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 5. | Снятие частотных характеристик фильтра | Исследование на компьютер- ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 6. | Исследование работы фильтра при наличии шума. | Исследование на компьютер- ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 8. |
| Модуль 3. | |||
| 7. | Исследование характеристик аналоговых и дискретных фильтров | Исследование на компьютер- ных моделях с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 8. | Проектирование дискретных фильтров методом частотной выборки | Исследование на реальных объектах управления с применением специального прикладного программного обеспечения | 6. |
| 9. | Расчет цифровых фильтров в пакете MatLab с учетом квантования | Исследование на реальных объектах управления с применением специального прикладного программного обеспечения | 8. |
| | Всего | | 34 |
2.3.6. Самостоятельная работа студентов. Разделы, темы, перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы. Сроки выполнения, объём в часах
| № и название раздела (модуля) | Вид самостоятельной работы | Количество часов | Сроки выполнения (нед. семестра) | Ссылка на номер источника по списку литературы |
| Аппроксимация сигналов и функций.Регрессия. Медианные фильтры. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение сентября | [1], [2] |
| Цифровые фильтры обработки сигналов. | внеаудиторная самостоятельная работа | 6 | В течение сентября | [1], [2] |
| Фильтры сглаживания. Метод наименьших квадратов. | внеаудиторная самостоятельная работа | 2 | В течение сентября | [4]- [9] |
| КСР | | 2 | 4 неделя | |
| Разностные фильтры и фильтры интегрирования. | внеаудиторная самостоятельная работа | 2 | В течение октября | [4], [2] |
| Фильтрация случайных сигналов. | внеаудиторная самостоятельная работа | 2 | В течение октября | [1], [7] |
| Весовые функции. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение октября | [1], [8] |
| Нерекурсивные частотные цифровые фильтры. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение октября | [6], [2] |
| КСР | | 2 | 9 неделя | |
| Z-преобразование сигналов и системных функций. | внеаудиторная самостоятельная работа | 2 | В течение ноября | [3], [4] |
| Рекурсивные цифровые фильтры. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение ноября | [4], [7] |
| Рекурсивные частотные цифровые фильтры. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение ноября | [5], [8] |
| КСР | | 2 | 13 неделя | |
| Адаптивная фильтрация цифровых данных. | внеаудиторная самостоятельная работа | 2 | В течение декабря | [1], [2] |
| Оптимальные линейные цифровые фильтры. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение декабря | [6], [2] |
| Деконволюция цифровых сигналов. | внеаудиторная самостоятельная работа | 4 | В течение декабря | [1], [10] |
| КСР | | 2 | 16 неделя | |
2.3.7 Курсовой проект, его характеристика и трудоемкость, примерная тематика.
Учебным планом не предусмотрены.
2.3.8 Учебная практика по дисциплине, краткая характеристика.
Учебным планом не предусмотрены.
2.4 Учебно-методические материалы по дисциплине.
2.4.1 Основная и дополнительная литература.
Таблица 7.
| № | Библиографическая ссылка | Количество экземпляров в библиотеке АГУ |
| Основная литература | ||
| 1. | Бушнев Д.В. Теоретические основы цифровой обработки сигналов.- М: Высш. Шк.-2004. – 79с. | эл. копия (djvu) |
| 2. | А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. Учебник для ВУЗов, СПб, Питер, 2002. | 15 экз. |
| 3. | Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов.- СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-464 с. | 4 экз. |
| 4. | В.В. Геппенер, Д.А. Черниченко, С.А. Экало. Вейвлет-преобразование в задачах цифровой обработки сигналов. СПб, СПбГЭТУ 2002 . | 5 экз. |
| Дополнительная литература | ||
| 5. | П.И. Рудаков, В.И. Сафонов. Обработка сигналов и изображений. Matlab 5x. Диалог-Мифи, 2000 г. | 5 экз. |
| 6. | И. Ануфриев. Matlab 5.3/6x, БХВ-Петербург, 2003 | 3 экз. |
| 7. | А.В. Бадейкин, В.В. Геппенер, И.А. Корнеев. Синтез цифровых фильтров с использованием пакета программ MATLAB. СПб, СПбГЭТУ, 2001. | |
| 8. | В.Дъяконов, И.Абраменкова. Matlab. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник, СПб, Питер, 2002. | 3 экз. |
| 9. | Л.И. Пейч, Д.А. Точилин, Б.П. Поллак. LabVIEW для новичков и специалистов.М., Горячая линия - Телеком, 2004. | 5 экз. |
| Источники Интернет | ||
| 1. | rum.tsu.ru/ | |
| 2. | t.ru/ | |
2.4.2 Перечень методических указаний к проведению учебных занятий и самостоятельной работы студентов
| 1. Коржаков В.Е. Методическое пособие для студентов по самостоятельной работе (электронный вариант). АГУ, 2009. |
| 2. Коржаков В.Е. Конспект лекций по курсу «Цифровая обработка сигналов в системах управления» (электронный вариант). АГУ, 2009. |
2.4.3 Перечень методических указаний к лабораторным занятиям
| № | Методические указания | Количество в лаб. вычисл. техники (ауд. 404) |
| 1. | Коржак Коржаков В.Е. Лабораторный практикум по ЦОС. Методическое пособие для студентов. (электронный вариант). АГУ, 2009. | 15 |
2.4.4 Перечень обучающих, контролирующих компьютерных программ, диафильмов, кино- и телефильмов, мультимедиа и т.п.
| 1. Операционные системы: Windows, Lunix |
| 2. Математический пакет MatLab; |
| 3. Электронные тесты по изучаемым разделам. |
| 4. Электронные тесты по базовому курсу «Цифровая обработка сигналов в системах управления». |
2.4.5 Перечень учебно-методического материала кафедры
| № п/п | Наименование издания | Вид издания (учебник, учебное пособие, методические указания, компьютерная программа) | Автор (авторы) | Год издания, издательство, тираж | ГРИФ УМО, министерства, рекомендация НМС АГУ |
| 1. | Операционные усилители | учебное пособие | Тлячев В.Б., Мамий А.Р. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 2. | Методические указания к курсовым работам по дисциплине информатика | методические указания | Алиева М.Ф. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 3. | Методические указания для курсового проектирования АСОИУ | методические указания | Коржаков В.Е., Коржаков А.В. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 4. | Методические рекомендации к лабораторным работам по дисциплине «Инструментальные средства моделирования систем организационного управления | методические указания | Коржаков В.Е., Купреев Л.И. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 5. | Учебно-методические материалы к лабораторным работам по языку моделирования GPSSW | методические указания | Купреев Л.И., Коробков В.Н.. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 6. | Методические рекомендации к курсу «Теория вероятностей и математической статистики» | методические указания | Коржакова С.А., Резинькова С.А. | 2006, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 7. | Программное обеспечение автоматизированных систем в научных исследованиях Ч.1 | Учебное пособие | Коржаков А.В. | 2007, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 8. | Программное обеспечение автоматизированных систем в научных исследованиях Ч.2 | Учебное пособие | Коржаков А.В. | 2007, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 9. | Программное обеспечение автоматизированных систем в научных исследованиях Ч.3 | Учебное пособие | Коржаков А.В. | 2007, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 10. | Сети ЭВМ и телекоммуникации | методические указания | Алиева М.Ф. | 2007, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 11. | Язык Ассемблера для IBM РС | методические указания | Бучацкая В.В., Бучацкий П.Ю. | 2008, Майкоп: Изд-во АГУ, 50 экз. | рекомендация НМС АГУ |
| 12. | Методические рекомендации и программа итогового экзамена «организация и технология защиты информации» | методические указания | Довгаль В.А., Овсянникова Т.А. | 2008, Майкоп: Изд-во МГТУ, 50 экз. | рекомендация НМС МГТУ |
| 13. | Теоретические основы и технология применения системно-когнитивного анализа в автоматизированных системах обработки информации и управления (АСОИУ) | Научная монография | Е.В. Луценко В.Е. Коржаков В.Н. Лаптев | 2009, Майкоп, Изд-во АГУ, 536 стр., 50 экз. | рекомендация НМС МГТУ |
2.5 Формы и содержание текущего, промежуточного и итогового контроля знаний.
2.5.1 Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу
1. Предисловие к цифровой обработке сигналов. Цифровые сигналы. Преобразование сигнала в цифровую форму. Обработка цифровых сигналов. Z-преобразование. Природа сигналов. Функциональные преобразования сигналов.
2. Ключевые операции цифровой обработки. Линейная свертка. Корреляция. Линейная цифровая фильтрация. Дискретные преобразования. Модуляция сигналов.
3. Области применения цифровой обработки сигналов. Процессоры ЦОС. Запись, воспроизведение, использование звука. Применение ЦОС в телекоммуникациях.
4. Цифровые фильтры. Общие понятия. Основные достоинства цифровых фильтров. Нерекурсивные фильтры. Рекурсивные фильтры.
5. Импульсная реакция фильтров. Функция отклика. Определение импульсной реакции.
6. Передаточные функции фильтров. Z-преобразование. Устойчивость фильтров.
7. Частотные характеристики фильтров. Общие понятия. Основные свойства. Фазовая и групповая задержка. Корреляция входа и выхода фильтров. Области применения нерекурсивных и рекурсивных фильтров.
8. Структурные схемы цифровых фильтров. Структурные схемы. Графы фильтров. Соединения фильтров. Схемы реализации фильтров. Обращенные формы.
9. Фильтры МНК 1-го порядка. Расчет коэффициентов фильтра. Импульсная реакция фильтра. Частотная характеристика фильтра. Модификация фильтра. Оптимизация сглаживания. Последовательная фильтрация.
10. Фильтры МНК 2-го порядка. Расчет фильтров. Частотные характеристики фильтров. Модификация фильтров. Последовательная фильтрация.
11. Фильтры МНК 4-го порядка.
12. Расчет простого цифрового фильтра по частотной характеристике.
13. Фильтрация случайных сигналов. Сохранение природы сигнала. Математическое ожидание. Корреляционные соотношения.
14. Спектры мощности случайных сигналов. Спектр мощности выходного сигнала. Средняя мощность выходного сигнала. Дисперсия выходного сигнала. Взаимный спектр мощности входного и выходного сигналов. Усиление шумов. Функция когерентности.
15. Общие сведения. Типы фильтров. Методика расчетов нерекурсивных цифровых фильтров. Фильтры с линейной фазовой характеристикой.
16. Идеальные частотные фильтры. Импульсная реакция фильтров.
17. Конечные приближения идеальных фильтров. Ограничение окна операторов фильтров. Применение весовых функций для нейтрализации явления Гиббса. Основные весовые функции. Весовая функция Кайзера.
18. Гладкие частотные цифровые фильтры. Принцип синтеза фильтров.
19. Дифференцирующие цифровые фильтры. Передаточная функция. Точность дифференцирования. Применение весовых функций. Фильтры с линейной групповой задержкой.
20. Альтернативные методы расчета НЦФ. Оптимизационные методы. Метод частотной выборки.
21. Принципы рекурсивной фильтрации. Конструкция РЦФ. Каскадная форма. Параллельная форма. Стандартные блоки рекурсивных фильтров. Устранение сдвига фазы.
22. Разработка рекурсивных цифровых фильтров. Этапы разработки рекурсивных фильтров. Метод размещения нулей и полюсов. Метод инвариантного преобразования. Согласованное z-преобразование. Билинейное z-преобразование.
23. Режекторные и селекторные фильтры. Комплексная z-плоскость. Режекторный фильтр постоянной составляющей сигнала. Режекторный фильтр произвольной частоты. Селекторные фильтры.
24. Билинейное z-преобразование. Принцип преобразования. Деформация частотной шкалы.
25. Типы рекурсивных частотных фильтров. Аппроксимационная задача. Передаточная функция. Виды фильтров.
26. Низкочастотный фильтр Баттеруорта. Передаточная функция. Крутизна среза. Порядок фильтра. Преобразование Лапласа. Билинейное преобразование.
27. Высокочастотный фильтр Баттеруорта. Синтез фильтров методом частотного преобразования.
28. Полосовой фильтр Баттеруорта. Расщепление спектра. Полосовой фильтр на s-плоскости. Передаточная функция.
29. Фильтры Чебышева. Фильтры первого рода. Фильтры второго рода.
30. Общие сведения об адаптивной цифровой фильтрации. Основные области применения. Адаптивный шумоподавитель. Адаптивный фильтр Винера. Адаптивный алгоритм наименьших квадратов Уидроу-Хопфа. Рекурсивные схемы наименьших квадратов.
31. Основы статистической группировки информации. Предпосылки метода. Задача статистической группировки. Использование априорных данных. Эффективность метода.
32. Статистическая регуляризация данных. Проверка теоретических положений метода. Оценка сохранения разрешающей способности. Статистическая оценка регуляризации данных. Результаты моделирования. Частотное представление. Пример практического использования.
33. Статистическая группировка полезной информации. Сущность аппаратной реализации. Особенности аппаратной реализации. Реализация систем группировки информации. Пример исполнения системы группировки информации.
34. Случайные процессы и шумы. Белый шум. Модель белого шума. Фильтрация белого шума.
35. Критерии построения оптимальных фильтров. Среднее квадратическое отклонение. Амплитудное отношение сигнал/шум. Энергетическое отношение сигнал/шум.
36. Фильтр Колмогорова-Винера. Условие оптимальности фильтра. Система линейных уравнений фильтра. Частотная характеристика фильтра. Задание мощности шумов. Эффективность фильтра. Пример расчета оптимального фильтра воспроизведения сигнала. Фильтры прогнозирования и запаздывания.
37. Оптимальные фильтры сжатия сигналов. Условие оптимальности. Частотная характеристика. Примеры использования.
38. Фильтр обнаружения сигналов. Частотная характеристика. Система линейных уравнений. Эффективность фильтра. Согласованный фильтр. Обратный фильтр.
39. Энергетический фильтр. Критерий оптимальности. Расчет векторов операторов фильтров.
40. Основные понятия. Графическое представление изображений. Представление цвета в машинной графике. Цветовая модель RGB. Цветовая система CIE XYZ.
41. Геометрические преобразования растровых изображений. Области и этапы преобразований. Дискретизация. Интерполяционный ряд восстановления двумерного сигнала. Частотные искажения изображений и их устранение. Передискретизация изображений.
42. Фильтрация изображений. Линейные фильтры. Сглаживающие фильтры. Контрастоповышающие фильтры. Разностные фильтры. Двумерная циклическая свертка. Нелинейные фильтры. Пороговая фильтрация. Медианная фильтрация. Фильтры экстремумов.
43. Сжатие изображений. Алгоритмы кодирования длины повторения (RLE). Словарные алгоритмы. Алгоритмы статистического кодирования. Сжатие изображений с потерями. Оценка потерь в изображениях. Преобразование Фурье. Вейвлет-преобразование.
44. Предварительная обработка изображений. Коррекция яркости и контрастности изображений. Гистограммы яркости. Выравнивание освещенности изображений. Улучшение пространственного разрешения.
45. Определение границ объектов на изображении. Поиск границ на основе градиента. Поиск границ на основе лапласиана.
46. Выделение объектов на изображении. Алгоритм "волшебная палочка". Алгоритм "умные ножницы". Сегментация при помощи разрезов на графах.
47. Выделение признаков объектов. Определение площади и периметра. Определение радиусов вписанных и описанных окружностей. Определение сторон описанного прямоугольника. Определение числа и взаимного положения углов. Определение моментов инерции объекта.
48. Обнаружение и распознавание объектов изображений. Обнаружение объектов. Способ прямого сравнения объекта с эталонным изображением. Корреляционный метод. Методы распознавания на основе системы признаков.
49. Истоки вейвлет-преобразования. Историческая справка. Преобразование Фурье. Оконное преобразование Фурье. Частотно-временное оконное преобразование. Функции оконного спектрального анализа. Принцип вейвлет-преобразования. Вейвлетный спектр.
50. Основы вейвлет-преобразования. Непрерывное вейвлет-преобразование. Понятие масштаба ВП. Процедура преобразования. Обратное преобразование. Дискретное вейвлет-преобразование. Частотно-временная локализация вейвлет-анализа. Образное представление преобразования. Достоинства и недостатки вейвлетных преобразований. Практическое использование.
51. Базисные функции вейвлет-преобразования. Определение вейвлета. Свойства вейвлета. Отображение преобразования. Вейвлетные функции.
52. Свойства вейвлет-преобразования.
53. Вейвлет-преобразование простых сигналов.
54. Принцип кратномасштабного анализа. Дискретные ортогональные преобразования. Вейвлет Хаара. Свойства преобразования.
55. Математические основы кратномасштабного анализа. Исходные условия. Масштабирующая функция. Базисный вейвлет. Разложение функций на вейвлетные ряды. Вычисление вейвлетных рядов.
56. Быстрое вейвлет-преобразование. Принцип преобразования. Алгоритм Малла. Реконструкция сигналов. Пакетные вейвлеты.
57. Фильтры дуальной декомпозиции и реконструкции сигналов. Идеальные фильтры. Реальные фильтры. Сопряженные квадратурные фильтры.
58. Ортогональные и биортогональные вейвлеты. Коэффициенты вейвлета. Пример расчета. Вейвлет Добеши. Биортогональные вейвлеты.
59. Двумерные вейвлеты.
60. Вейвлетная очистка сигналов от шумов. Подготовка преобразования. Анализ шумов по вейвлетному спектру.
2.5.2. Примерный перечень вопросов для проведения текущего контроля знаний
Модуль 1.
1. Предисловие к цифровой обработке сигналов. Цифровые сигналы. Преобразование сигнала в цифровую форму. Обработка цифровых сигналов. Z-преобразование. Природа сигналов. Функциональные преобразования сигналов.
2. Ключевые операции цифровой обработки. Линейная свертка. Корреляция. Линейная цифровая фильтрация. Дискретные преобразования. Модуляция сигналов.
3. Области применения цифровой обработки сигналов. Процессоры ЦОС. Запись, воспроизведение, использование звука. Применение ЦОС в телекоммуникациях.
4. Цифровые фильтры. Общие понятия. Основные достоинства цифровых фильтров. Нерекурсивные фильтры. Рекурсивные фильтры.
5. Импульсная реакция фильтров. Функция отклика. Определение импульсной реакции.
6. Передаточные функции фильтров. Z-преобразование. Устойчивость фильтров.
7. Частотные характеристики фильтров. Общие понятия. Основные свойства. Фазовая и групповая задержка. Корреляция входа и выхода фильтров. Области применения нерекурсивных и рекурсивных фильтров.
8. Структурные схемы цифровых фильтров. Структурные схемы. Графы фильтров. Соединения фильтров. Схемы реализации фильтров. Обращенные формы.
9. Фильтры МНК 1-го порядка. Расчет коэффициентов фильтра. Импульсная реакция фильтра. Частотная характеристика фильтра. Модификация фильтра. Оптимизация сглаживания. Последовательная фильтрация.
10. Фильтры МНК 2-го порядка. Расчет фильтров. Частотные характеристики фильтров. Модификация фильтров. Последовательная фильтрация.
11. Фильтры МНК 4-го порядка.
12. Расчет простого цифрового фильтра по частотной характеристике.
13. Фильтрация случайных сигналов. Сохранение природы сигнала. Математическое ожидание. Корреляционные соотношения.
14. Спектры мощности случайных сигналов. Спектр мощности выходного сигнала. Средняя мощность выходного сигнала. Дисперсия выходного сигнала. Взаимный спектр мощности входного и выходного сигналов. Усиление шумов. Функция когерентности.
15. Общие сведения. Типы фильтров. Методика расчетов нерекурсивных цифровых фильтров. Фильтры с линейной фазовой характеристикой.
16. Идеальные частотные фильтры. Импульсная реакция фильтров.
17. Конечные приближения идеальных фильтров. Ограничение окна операторов фильтров. Применение весовых функций для нейтрализации явления Гиббса. Основные весовые функции. Весовая функция Кайзера.
18. Гладкие частотные цифровые фильтры. Принцип синтеза фильтров.
19. Дифференцирующие цифровые фильтры. Передаточная функция. Точность дифференцирования. Применение весовых функций. Фильтры с линейной групповой задержкой.
20. Альтернативные методы расчета НЦФ. Оптимизационные методы. Метод частотной выборки.
Модуль 2.
21. Принципы рекурсивной фильтрации. Конструкция РЦФ. Каскадная форма. Параллельная форма. Стандартные блоки рекурсивных фильтров. Устранение сдвига фазы.
22. Разработка рекурсивных цифровых фильтров. Этапы разработки рекурсивных фильтров. Метод размещения нулей и полюсов. Метод инвариантного преобразования. Согласованное z-преобразование. Билинейное z-преобразование.
23. Режекторные и селекторные фильтры. Комплексная z-плоскость. Режекторный фильтр постоянной составляющей сигнала. Режекторный фильтр произвольной частоты. Селекторные фильтры.
24. Билинейное z-преобразование. Принцип преобразования. Деформация частотной шкалы.
25. Типы рекурсивных частотных фильтров. Аппроксимационная задача. Передаточная функция. Виды фильтров.
26. Низкочастотный фильтр Баттеруорта. Передаточная функция. Крутизна среза. Порядок фильтра. Преобразование Лапласа. Билинейное преобразование.
27. Высокочастотный фильтр Баттеруорта. Синтез фильтров методом частотного преобразования.
28. Полосовой фильтр Баттеруорта. Расщепление спектра. Полосовой фильтр на s-плоскости. Передаточная функция.
29. Фильтры Чебышева. Фильтры первого рода. Фильтры второго рода.
30. Общие сведения об адаптивной цифровой фильтрации. Основные области применения. Адаптивный шумоподавитель. Адаптивный фильтр Винера. Адаптивный алгоритм наименьших квадратов Уидроу-Хопфа. Рекурсивные схемы наименьших квадратов.
31. Основы статистической группировки информации. Предпосылки метода. Задача статистической группировки. Использование априорных данных. Эффективность метода.
32. Статистическая регуляризация данных. Проверка теоретических положений метода. Оценка сохранения разрешающей способности. Статистическая оценка регуляризации данных. Результаты моделирования. Частотное представление. Пример практического использования.
33. Статистическая группировка полезной информации. Сущность аппаратной реализации. Особенности аппаратной реализации. Реализация систем группировки информации. Пример исполнения системы группировки информации.
34. Случайные процессы и шумы. Белый шум. Модель белого шума. Фильтрация белого шума.
35. Критерии построения оптимальных фильтров. Среднее квадратическое отклонение. Амплитудное отношение сигнал/шум. Энергетическое отношение сигнал/шум.
36. Фильтр Колмогорова-Винера. Условие оптимальности фильтра. Система линейных уравнений фильтра. Частотная характеристика фильтра. Задание мощности шумов. Эффективность фильтра. Пример расчета оптимального фильтра воспроизведения сигнала. Фильтры прогнозирования и запаздывания.
37. Оптимальные фильтры сжатия сигналов. Условие оптимальности. Частотная характеристика. Примеры использования.
38. Фильтр обнаружения сигналов. Частотная характеристика. Система линейных уравнений. Эффективность фильтра. Согласованный фильтр. Обратный фильтр.
39. Энергетический фильтр. Критерий оптимальности. Расчет векторов операторов фильтров.
Модуль 3.
40. Основные понятия. Графическое представление изображений. Представление цвета в машинной графике. Цветовая модель RGB. Цветовая система CIE XYZ.
41. Геометрические преобразования растровых изображений. Области и этапы преобразований. Дискретизация. Интерполяционный ряд восстановления двумерного сигнала. Частотные искажения изображений и их устранение. Передискретизация изображений.
42. Фильтрация изображений. Линейные фильтры. Сглаживающие фильтры. Контрастоповышающие фильтры. Разностные фильтры. Двумерная циклическая свертка. Нелинейные фильтры. Пороговая фильтрация. Медианная фильтрация. Фильтры экстремумов.
43. Сжатие изображений. Алгоритмы кодирования длины повторения (RLE). Словарные алгоритмы. Алгоритмы статистического кодирования. Сжатие изображений с потерями. Оценка потерь в изображениях. Преобразование Фурье. Вейвлет-преобразование.
44. Предварительная обработка изображений. Коррекция яркости и контрастности изображений. Гистограммы яркости. Выравнивание освещенности изображений. Улучшение пространственного разрешения.
45. Определение границ объектов на изображении. Поиск границ на основе градиента. Поиск границ на основе лапласиана.
46. Выделение объектов на изображении. Алгоритм "волшебная палочка". Алгоритм "умные ножницы". Сегментация при помощи разрезов на графах.
47. Выделение признаков объектов. Определение площади и периметра. Определение радиусов вписанных и описанных окружностей. Определение сторон описанного прямоугольника. Определение числа и взаимного положения углов. Определение моментов инерции объекта.
48. Обнаружение и распознавание объектов изображений. Обнаружение объектов. Способ прямого сравнения объекта с эталонным изображением. Корреляционный метод. Методы распознавания на основе системы признаков.
49. Истоки вейвлет-преобразования. Историческая справка. Преобразование Фурье. Оконное преобразование Фурье. Частотно-временное оконное преобразование. Функции оконного спектрального анализа. Принцип вейвлет-преобразования. Вейвлетный спектр.
50. Основы вейвлет-преобразования. Непрерывное вейвлет-преобразование. Понятие масштаба ВП. Процедура преобразования. Обратное преобразование. Дискретное вейвлет-преобразование. Частотно-временная локализация вейвлет-анализа. Образное представление преобразования. Достоинства и недостатки вейвлетных преобразований. Практическое использование.
51. Базисные функции вейвлет-преобразования. Определение вейвлета. Свойства вейвлета. Отображение преобразования. Вейвлетные функции.
52. Свойства вейвлет-преобразования.
53. Вейвлет-преобразование простых сигналов.
54. Принцип кратномасштабного анализа. Дискретные ортогональные преобразования. Вейвлет Хаара. Свойства преобразования.
55. Математические основы кратномасштабного анализа. Исходные условия. Масштабирующая функция. Базисный вейвлет. Разложение функций на вейвлетные ряды. Вычисление вейвлетных рядов.
56. Быстрое вейвлет-преобразование. Принцип преобразования. Алгоритм Малла. Реконструкция сигналов. Пакетные вейвлеты.
57. Фильтры дуальной декомпозиции и реконструкции сигналов. Идеальные фильтры. Реальные фильтры. Сопряженные квадратурные фильтры.
58. Ортогональные и биортогональные вейвлеты. Коэффициенты вейвлета. Пример расчета. Вейвлет Добеши. Биортогональные вейвлеты.
59. Двумерные вейвлеты.
60. Вейвлетная очистка сигналов от шумов. Подготовка преобразования. Анализ шумов по вейвлетному спектру.
- Примерный перечень вопросов для проверки остаточных знаний
- Цифровые сигналы. Обработка цифровых сигналов. Функциональные преобразования сигналов.
- Операции цифровой обработки. Линейная цифровая фильтрация. Дискретные преобразования. Области применения цифровой обработки сигналов.
- Цифровые фильтры обработки одномерных сигналов.
- Фильтры сглаживания сигналов. Метод наименьших квадратов. Разностные фильтры и фильтры интегрирования сигналов.
- Фильтрация случайных сигналов.
- Явление Гиббса. Параметры эффекта. Последствия для практики.
- Нерекурсивные частотные цифровые фильтры. Типы фильтров. Методика расчетов.
- Гладкие частотные фильтры. Дифференцирующие цифровые фильтры. Принцип синтеза фильтров.
- Свойства z - преобразования. Применение преобразования. Обратное z - преобразование.
- Рекурсивные цифровые фильтры.Конструкция рекурсивных цифровых фильтров.
- Режекторные и селекторные фильтры.
- Передаточная функция фильтров. Виды рекурсивных фильтров.
- Низкочастотный цифровой фильтр Баттеруорта. Передаточная функция фильтра.
- Высокочастотный цифровой фильтр Баттеруорта.
- Синтез цифровых фильтров методом частотного преобразования.
- Полосовой цифровой фильтр Баттеруорта.
- Цифровые фильтры Чебышева.
- Адаптивная фильтрация цифровых данных. Основные области применения.