Jelfeldolgozás - ANTAL Margit. impulzusválasz. tulajdonságai. Rendszerek. ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem

Hasonló dokumentumok
Jelek és rendszerek MEMO_03. Pletl. Belépő jelek. Jelek deriváltja MEMO_03

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 5-7. ea ősz

ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem. Jelfeldolgozás. ANTAL Margit. Adminisztratív. Bevezetés. Matematikai alapismeretek.

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Wavelet transzformáció

Fehérzajhoz a konstans érték kell - megoldás a digitális szűrő Összegezési súlyok sin x/x szerint (ez akár analóg is lehet!!!)

Shift regiszter + XOR kapu: 2 n állapot

Digitális jelfeldolgozás

Z v 1 (t)v 2 (t τ)dt. R 12 (τ) = 1 R 12 (τ) = lim T T. ill. periódikus jelekre:

Orvosi Fizika és Statisztika

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Lineáris rendszerek stabilitása

Jelek és rendszerek - 1.előadás

Mérés és adatgyűjtés

Mintavétel: szorzás az idő tartományban

Irányítástechnika II. előadásvázlat

Jelfeldolgozás bevezető. Témalaboratórium

Differenciál és integrálszámítás diszkréten

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 8. A JELFELDOLGOZÁS ALAPJAI

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Elektronika 2. TFBE1302

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

ADAT- ÉS INFORMÁCIÓFELDOLGOZÁS

Ha sokáig mérünk: kiátlagoljuk a jelet Milyen lesz ez a súlyfüggvény? T idejű integrálás + delta függvény T ideig integrálva:

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 5. A JELFELDOLGOZÁS ALAPJAI: JELEK

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Logikai áramkörök. Informatika alapjai-5 Logikai áramkörök 1/6

konvergensek-e. Amennyiben igen, számítsa ki határértéküket!

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9. el?

Fourier transzformáció

Dekonvolúció a mikroszkópiában. Barna László MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Nikon-KOKI képalkotó Központ

3. témakör. Rendszerek idő, frekvencia-, és komplex frekvenciatartományi leírása

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

Fourier transzformáció

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Itt és a továbbiakban a számhalmazokra az alábbi jelöléseket használjuk:

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

L-transzformáltja: G(s) = L{g(t)}.

Néhány fontosabb folytonosidejű jel

A/D és D/A átalakítók gyakorlat

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

Digitális szűrők - (BMEVIMIM278) Házi Feladat

Jelek és rendszerek - 4.előadás

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

Matematikai logika és halmazelmélet

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

EEG készülékek alacsonyfrekvenciás átvitelének vizsgálatára alkalmas mérőkészülék előállítása. Szepes Gábor műszaki informatikai szak 2012

Hatványsorok, Fourier sorok

1.A matematikai mintavételezés T mintavételi idővel felfogható modulációs eljárásnak, ahol a hordozó jel

MATLAB. 5. gyakorlat. Polinomok, deriválás, integrálás

Az egységugrás függvény a 0 időpillanatot követően 10 nagyságú jelet ad, valamint K=2. Vizsgáljuk meg a kimenetet:

Képrekonstrukció 3. előadás

Diszkrét idej rendszerek analízise az id tartományban

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

Irányítástechnika 2. előadás

Korreláció számítás az SPSSben

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

1. Algebrai alapok: Melyek műveletek az alábbiak közül?

3. Fékezett ingamozgás

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Képalkotás modellezése, metrikái. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

6. ELŐADÁS DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS II. DIFFERENCIÁLÁSI SZABÁLYOK. BSc Matematika I. BGRMA1HNND, BGRMA1HNNC

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika I.

Elektronika 11. évfolyam

FIR és IIR szűrők tervezése digitális jelfeldolgozás területén

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Mechatronika alapjai házi feladat

Gyakorlat 34A-25. kapcsolunk. Mekkora a fűtőtest teljesítménye? I o = U o R = 156 V = 1, 56 A (3.1) ezekkel a pillanatnyi értékek:

1. Interpoláció. Egyértelműség Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

GAZDASÁGSTATISZTIKA. Készítette: Bíró Anikó. Szakmai felelős: Bíró Anikó június

Irányításelmélet és technika II.

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

2. Elméleti összefoglaló

Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Elektronika II laboratórium 1. mérés: R L C négypólusok vizsgálata

3. Fuzzy aritmetika. Gépi intelligencia I. Fodor János NIMGI1MIEM BMF NIK IMRI

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Irányítástechnika. II. rész. Dr. Turóczi Antal

Simított részecskedinamika Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

1. Mátrixösszeadás és skalárral szorzás

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Hurokegyenlet alakja, ha az áram irányával megegyező feszültségeséseket tekintjük pozitívnak:

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

A mintavételezéses mérések alapjai

Átírás:

Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem 2007

Megnevezések Diszkrét Dirac jel Delta függvény Egységimpluzus függvény

A diszkrét Dirac jel δ[n] = { 1, n = 0 0, n 0 d[n] { 1, n = n0 δ[n n 0 ] = 0, n n 0 d[n n0] 1 1 n n... 3 2 1 0 1 2 3...... n0 3 n0 2 n0 1 n0 n0+1 n0+2 n0+3...

Jelek felbontása a Dirac jel segítségével y[n] = { 5, n = 3 0, n 3 (1) időeltolás: δ[n 3] amplitúdóskálázás: 5 δ[n 3]

Impulzusválasz: h[n] Az a rendszer kimenete a Dirac jelre. 1 3 2 1 0 1 2 3 2 1 3 2 1 0 1 2 3

Impulzusválasz más megnevezések filter kernel: szűrő-mag convolution kernel: konvolúciós mag

Lineáris rendszer válasza tetszőleges jelre δ [n] Linearis rendszer h[n] x[n] Linearis rendszer h[n] y[n] y[n]=x[n]*h[n]

diszkrét jelekre 1. Legyen egy LTI rendszer, amelynek a h[n] δ[n] h[n] (2) Mi a kimenete a rendszernek az x[n] bemenő jelre? A bemenő jelet felbontjuk impulzusok összegére x[n] = x[k] δ[n k] (3) k= Ismerve az t a Dirac jelre LTI rendszerek t, következik: y[n] = k= x[k] h[n k] (4)

diszkrét jelekre 2. jelölése: y[n] = x[n] h[n] = x[k] h[n k] = h[k] x[n k] k= k= (5) x[n], n = 0..N 1 h[n], n = 0..M 1 y[n] = x[n] h[n] = M 1 k=0 h[k] x[n k] (6)

lépésenként h[i] x[i] N 1... 3 2 1 N 1... 3 2 N 1 N 1... 3 0 1 2 3... M 1 0 1 0 2 3 1 2 0 1 0... y0 y1 y2 y3 h0 x0 h0x1+h1x0 h0x2+h1x1+h2x0 h0x3+h1x2+h2x3+h3x0 N 1 3 2 1 0 ym+n 2 hm 1xN 1

Példa Legyenek x = (0, 1, 2, 3) és h = (1, 2, 1) diszkrét idejű jelek. Számítsuk ki az y = h x konvolúciót! 1 2 1 1 2 1 1 2 1 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 y0 =0 y1=1 y2 =4 1 2 1 1 2 1 1 2 1 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 y3 =8 y4=8 y5=3 (0, 1, 2, 3) (1, 2, 1) = (0, 1, 4, 8, 8, 3)

Példák konvolúcióra Aluláteresztő szűrő Felüláteresztő szűrő Invertáló csillapító Diszkrét deriváló

Aluláteresztő szűrő-smith könyve nyomán

Felüláteresztő szűrő-smith könyve nyomán

Invertáló csillapító-smith könyve nyomán

Diszkrét deriváló-smith könyve nyomán

Impulzusválasz elemi jelekre: A diszkrét Dirac jel Diszkrét derivált és integrál Matematikai tulajdonságok Kommutativitás Asszociativitás Disztributivitás A központi határeloszlási tétel

a diszkrét Dirac jellel (1) Bizonyítás: Legyen δ[n] = x[n] δ[n] = x[n] (7) { 1, n = 0 0, n 0 Tekintsük a δ[0], δ[1], δ[2] értékeket és x[n], n = 0, 1, 2, 3, 4 egy tetszőleges jel. Ekkor:y[n] = x[n] δ[n] konvolúció a következőképpen alakul: y[0] = δ[0] x[0] = x[0] y[1] = δ[0] x[1] + δ[1] x[0] = x[1] y[2] = δ[0] x[2] + δ[1] x[1] + δ[2] x[0] = x[2] y[3] = δ[0] x[3] + δ[1] x[2] + δ[2] x[1] = x[3]...

a diszkrét Dirac jellel (2) x[n] δ[n n 0 ] = x[n n 0 ] (8) Bizonyítás: Legyen n 0 = 2 és δ = {0, 0, 1} és x[n], n = 0, 1, 2, 3, 4 egy tetszőleges jel. Ekkor:y[n] = x[n] δ[n 2] konvolúció a következőképpen alakul: y[0] = δ[0] x[0] = 0 y[1] = δ[0] x[1] + δ[1] x[0] = 0 y[2] = δ[0] x[2] + δ[1] x[1] + δ[2] x[0] = x[0] y[3] = δ[0] x[3] + δ[1] x[2] + δ[2] x[1] = x[1] y[4] = δ[0] x[4] + δ[1] δ[3] + δ[2] x[2] = x[2] y[5] = δ[1] x[4] + δ[2] x[3] = x[3]

a diszkrét Dirac jellel (3) x[n] k δ[n] = k x[n] (9) Ha a Dirac impulzus amplitúdóját növeljük (k > 1), a konvolúció, mint lineáris rendszer, erősítőként működik. Csökkentés esetében (k < 1) pedig csillapítóként.

,,Diszkrét deriválás Első rendű különbség h = [0, 0, 1, 1, 0,...], 3 2 1 0 1 2 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y[n] = x[n] h[n] y[n] = x[n] x[n 1]

,,Diszkrét integrálás Running sum h = [0, 0, 1, 1, 1,...], 3 2 1 0 1 2 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y[n] = x[n] h[n] y[n] = y[n 1] + x[n]

Matematikai tulajdonságok: kommutativitás y[n] = x[n] h[n] = h[n] x[n] y[n] = x[n] h[n] = k= x[k] h[n k] y[n] = h[n] x[n] = k= h[k] x[n k]

Matematikai tulajdonságok: asszociativitás sorrendje nem lényeges (x[n] h1[n]) h2[n] = x[n] (h1[n] h2[n]) HA x[n] h1[n] h2[n] y[n] AKKOR x[n] h2[n] h1[n] y[n] ÉS x[n] h1[n] h2[n] y[n]

Matematikai tulajdonságok: disztributivitás az összeadásra nézve x[n] h1[n] + x[n] h2[n] = x[n] (h1[n] + h2[n]) HA x[n] h1[n] h2[n] + y[n] AKKOR x[n] h1[n]+h2[n] y[n]

Matematikai tulajdonságok: határeloszlás (1) Legyen x[n] egy impulzusszerű függvény. Mi történik, ha képezzük a következő konvolúciókat? y1[n] = x[n] x[n] y2[n] = x[n] x[n] x[n] y3[n] = x[n] x[n] x[n] x[n]

Matematikai tulajdonságok: határeloszlás (2)

Osztályozás Autokorreláció (Autocorrelation) Keresztkorreláció (Cross Correlation)

1. x[n] y[n] = x[k] y[n k] (10) k= r[n] = k= x[k] y[n + k] (11) A korreláció értéke maximális, ha a két jel formája hasonló és fázisban vannak. A korreláció a két jel hasonlóságának mértéke.

2. r[n] = x[k] y[n + k] (12) k= r[n] = x[n] y[ n] (13) x = y autokorreláció x y keresztkorreláció

Zaj autokorrelációja A véletlen zaj önmagához hasonló, nincs fáziseltolás. x=randn(1,1000); plot(x); 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Az autokorreláció egyetlen csúcsot tartalmaz. 900 x=randn(1,1000); y=xcorr(x); plot(y); 800 700 600 500 400 300 200 100 0 100 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Periodikus jel autokorrelációja A periodikus jel időbeni eltolása azt eredményezi, hogy a a jel periódikusan fázisban lesz önmagával. 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Az autokorrelált jel is periodikus struktúrájú lesz. 1000 800 600 400 200 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Tranziens jel autokorrelációja 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 sinc(20 π t) 0.4 0 500 1000 1500 2000 2500 16 x=sinc(20 π t); y=xcorr(x); plot(y); 14 12 10 8 6 4 2 0 2 4 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Keresztkorreláció célja

Időfüggetlenség Memória Kauzalitás (Okbeliség) Stabilitás

Időfüggetlenség Egy időbeni eltolás a bemenő jelen ugyanolyan eltolást eredményez a kimenő jelen. x[n] y[n] x[n t] y[n t] PÉLDA: y[n] = x[n] 2 ELLENPÉLDA: y[n] = x[mn], M N

Memóriamentes Egy jelet memóriamentesnek nevezünk, ha minden n időpillanatban, y[n] csak az x[n]-től függ. PÉLDA: y[n] = x[n] 3 ELLENPÉLDA: y[n] = x[n] x[n 1]

Kauzalitás A kimenő jel az n 0 -dik pillanatban a bemenő jel n n 0 pillanatbeli értékeitől függ. PÉLDA: y[n] = x[n] x[n 1] ELLENPÉLDA: y[n] = x[n + 1] x[n]

Stabilitás (BIBO-féle) BIBO - Bounded Input Bounded Output Egy rendszer stabil BIBO értelemben, ha bármely korlátos bemenő jelre korlátos kimenő jelet ad. x, x[n] B x < n B y u.h. y[n] B y < n PÉLDA: y[n] = x[n] 2 ELLENPÉLDÁK: y[n] = log10 x[n] y[n] = n k= u[k] = { 0, n < 0 (n + 1), n 0