Shift regiszter + XOR kapu: 2 n állapot

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

Wavelet transzformáció

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

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

Fourier transzformáció

Mintavétel: szorzás az idő tartományban

Digitális jelfeldolgozás

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 8. A JELFELDOLGOZÁS ALAPJAI

Mérés és adatgyűjtés

Digitális Fourier-analizátorok (DFT - FFT)

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

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 6. A MINTAVÉTELI TÖRVÉNY

Digitális jelfeldolgozás

5. mérés: Diszkrét Fourier Transzformáció (DFT), Gyors Fourier Transzformáció (FFT), számítógépes jelanalízis

Ortogonalizáció. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Ortogonalizáció / 41

A gyors Fourier-transzformáció (FFT)

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

Elektronikus műszerek Spektrum analizátorok

Nagyságrendek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT február 1.

Digitális szűrők - (BMEVIMIM278) Házi Feladat

4. Szűrés frekvenciatérben

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 9. SZŰRŐK

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

Idő-frekvencia transzformációk waveletek

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 7-8. ea ősz

Orvosi Fizika és Statisztika

Idő-frekvencia transzformációk waveletek

Laboratórium mérés Házi feladat. Készítette: Koszó Norbert (GTPL3A) Második (javított) kiadás

Idő-frekvencia transzformációk waveletek

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

π π A vivőhullám jelalakja (2. ábra) A vivőhullám periódusideje T amplitudója A az impulzus szélessége szögfokban 2p. 2p [ ]

ADAT- ÉS INFORMÁCIÓFELDOLGOZÁS

7. előadás Gyors szorzás, gyors Fourier-transzformáció

Jelek és rendszerek - 4.előadás

Akusztikus mérőműszerek

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

Jelfeldolgozás. Gyakorlat: A tantermi gyakorlatokon való részvétel kötelező! Kollokvium: csak gyakorlati jeggyel!

Az ideális határesetek, mint például tömegpont, tökéletesen merev testek pillanatszerű

Shor kvantum-algoritmusa diszkrét logaritmusra

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsolt kapacitású szűrők

Idı-frekvencia transzformációk waveletek

Geofizikai kutatómódszerek I.

DIGITÁLIS KOMMUNIKÁCIÓ Oktató áramkörök

7. előadás Gyors szorzás, gyors Fourier-transzformáció

Konzulensek: Mikó Gyula. Budapest, ősz

RC tag Amplitúdó és Fáziskarakterisztikájának felvétele

Mer legesség. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Mer legesség / 40

2. Fejezet : Számrendszerek

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 6-8. ea ősz

Néhány fontosabb folytonosidejű jel

Digitális jelfeldolgozás

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

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

1. feladatsor Komplex számok

Akusztikus MEMS szenzor vizsgálata. Sós Bence JB2BP7

Jelfeldolgozás bevezető. Témalaboratórium

Több valószínűségi változó együttes eloszlása, korreláció

11. Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( OFDM)

Digitális technika VIMIAA hét

The Architecture of Computer Hardware and Systems Software: An InformationTechnology Approach 3. kiadás, Irv Englander John Wiley and Sons 2003

Kommunikációs hálózatok 2

Digitális technika VIMIAA hét

DINAMIKAI VIZSGÁLAT OPERÁTOROS TARTOMÁNYBAN Dr. Aradi Petra, Dr. Niedermayer Péter: Rendszertechnika segédlet 1

Analóg-digitális átalakítás. Rencz Márta/ Ress S. Elektronikus Eszközök Tanszék

KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉRNÖKI FŐISKOLAI KAR. Mikroelektronikai és Technológiai Intézet. Aktív Szűrők. Analóg és Hírközlési Áramkörök

Méréselmélet és mérőrendszerek

Diszkrét matematika 1. estis képzés

RC tag Amplitúdó és Fáziskarakterisztikájának felvétele

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Műszaki akusztikai mérések. (Oktatási segédlet, készítette: Deák Krisztián)

DIGITÁLIS TECHNIKA I

RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

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

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

egy szisztolikus példa

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

Diszkréten mintavételezett függvények

Mintavételezés és FI rendszerek DI szimulációja

illetve, mivel előjelét a elnyeli, a szinuszból pedig kiemelhető: = " 3. = + " 2 = " 2 % &' + +

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

Következõ: Lineáris rendszerek jellemzõi és vizsgálatuk. Jelfeldolgozás. Lineáris rendszerek jellemzõi és vizsgálatuk

Az INTEL D-2920 analóg mikroprocesszor alkalmazása

Mérés, jelfeldolgozás, elektronika

Híradástechikai jelfeldolgozás

Hangtechnika. Médiatechnológus asszisztens

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

Hatványsorok, Fourier sorok

Képfeldolgozó eljárások áttekintés. Orvosi képdiagnosztika

A tervfeladat sorszáma: 1 A tervfeladat címe: ALU egység 8 regiszterrel és 8 utasítással

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Jelek és rendszerek Gyakorlat_02. A gyakorlat célja megismerkedni a MATLAB Simulink mőködésével, filozófiájával.

Intelligens Rendszerek Elmélete. Versengéses és önszervező tanulás neurális hálózatokban

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Mintavételezés és AD átalakítók

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Komplex számok. (a, b) + (c, d) := (a + c, b + d)

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

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

Átírás:

DSP processzorok: 1

2

HP zajgenerátor: 3

Shift regiszter + XOR kapu: 2 n állapot Autókorrelációs függvény: l. pénzdobálás: (sin x/x) 2 burkoló! 4

Fehérzajhoz a konstans érték kell - megoldás a digitális szűrő Összegezési súlyok sin x/x szerint (ez akár analóg is lehet!!!) Lépcsőfüggvény az órajelnél rövidebb idő alatt: további simítás 5

6 Szűrő típusok Alul/felül/sáváteresztő/sávzáró Aluláteresztő: H(ω) = 1 1 + F (ω/ω 0 ) ingadozás az átviteli sávban rossz ingadozás a vágási részen elfogadható pl. -3 db adhatja meg a vágási pontot (mint az RC esetén) vágás mértéke: db/dekád vágási szint (pl. -40 db) Fázis linearitás csak az átviteli sávban fontos Fázismenetben a kicsi nemlinearitás még elfogadható lehet Tervezés: bonyolult, n elemre tervezőprogramokkal optimalizálják a fázis és frekvenciamenetet.

7 Példák: Bessel: F (ω/ω 0 ) Bessel-fv. maximálisan sima fázismenet lassú felfutás Butterworth: F (ω/ω 0 ) = ((ω/ω 0 ) 2n teljesen sima az átviteli sávban legsimább átvitel Csebisev: F (ω/ω 0 ) Csebisev-fv. gyors lefutás, de ingadozás is van rossz fázismenet

8 Frekvenciamenet: 1 = kritikusan csillapított; 2 = Bessel; 3 = Butterworth; 4 = Csebisev szűrő

9 Ugrásfüggvény-átvitel: 1 = kritikusan csillapított; 2 = Bessel; 3 = Butterworth; 4/5 = Csebisev szűrő

10

11

12 Képek nagyítása, interpoláció Eredeti kép és DFT spektrum:

Nagyított kép és DFT spektruma: 13

Legközelebbi szomszéd, átlagolás: Nagyított kép és a simitó magfüggvény: 14

Interpolált kép és DFT spektruma: 15

Lineáris interpoláció : Nagyított kép és a simitó magfüggvény: 16

Interpolált kép és DFT spektruma: 17

Ideális aluláteresztő: Nagyított kép és az ideális aluláteresztő szűrő: 18

Interpolált kép és DFT spektruma: 19

Butterworth szűrés: Nagyított kép és a Butterworth szűrő: 20

Interpolált kép és DFT spektruma: 21

Összehasonĺıtás: Legközelebbi szomszéd és lineáris interpoláció: 22

Ideális aluláteresztő és Butterworth 23

24

25 DFT - diszkrét Fourier transzformáció Sávlimitált jel - N minta, periódikus! Fourier transzformált: V (kω) = N 1 X n=0 v(nt )e iωknt itt Ω = 2π NT Mennyi információ, hány különböző jel? N mérési eredmény

26 Ha k = rn + k 0 és r =egész V (kω) = N 1 X n=0 v(nt )e iω(rn+k 0 )nt = N 1 X n=0 v(nt )e iωk 0 nt e iωt Nr 1 A spektrum N periódussal ismétlődik! N (valós) adat N/2 független (komplex!) spektrumvonal!

27 A diszkrét Fourier transzformáció mátrixművelet: (ω = exp(i2π/n)): 0 1 V 0 V 1 B V 2 C @. A = V N 1 0 B @ 1 1 1... 1 1 ω ω 2... ω (N 1) 1 ω 2 ω 4... ω 2(N 1). 1 ω (N 1) ω 2(N 1)... ω (N 1)2 1 0 C B A @ v 0 v 1 v 2. v N 1 1 C A N = 4-re nincs szorzás! 0 B @ 1 1 1 1 1 i 1 i 1 1 1 1 1 i 1 i 1 C A Ha csak egy érték nem nulla (pl. Dirac delta) minden tag ugyanakkora! Oda-vissza transzformáció: 1 N faktor! V k = N 1 X n=0 ω nk v n

28 v n = 1 N = 1 N N 1 X k=0 N 1 X l=0 ω nk V k = 1 N N 1 X v l k=0 N 1 X k=0 ω k(n l) = N 1 X ω nk l=0 ω lk v l j vn (n = l) 0 (n l) Itt ω = e i2π/n, (1 ω (n l)n )/(1 ω n l ) = 0 Fázis problémák:

29

30

31

32 FFT - Fast Fourier transzformáció Fourier transzformáció N 2 szorzás (ugyanannyi, mint a konvolúció) 1965: Cooley és Tukey N log 2 N algoritmus 1978: Winograd algoritmus szorzás/pont összeadás/pont DFT (1000 1000) 8000 4000 CT-FFT (1024 1024) 4O 6O Winograd (1008 1008) 6 91 CT algoritmus: részekre bontás: N pont DFT N 2 szorzás N/2 pont DFT 2(N/2) 2 szorzás külön-külön: eredeti v adatok: g páros és h páratlan adatokra bonthatók, ekkor G és H kombinációja ω k -val szorzódik: v(n) (n = 0, 1,..., N 1) j g(n) = v(2n) h(n) = v(2n + 1) n = 0, 1,... N 0, 1,... N/2

33 V k = N 1 X v n ω nk = N/2 1 X g n ω 2nk + N/2 1 X h n ω (2n+1)k k = 0, 1,... N n=0 n=0 n=0 ω 2 N = ω N/2 V k = N/2 1 X n=0 N/2 1 g n ω nk N/2 + X ω k N h n ω nk N/2 = G k + ω k N H k k = 0, 1,... N n=0

34 k > N/2 1 esetén ez k N/2: V k = G k N/2 + ω k N H k N/2 N/2 k N 1 V k+n/2 = G k + ω k+n/2 N H k 0 k N/2 1 Ha N = 2 k többszörösen ismételhető

35 Az FFT algoritmus részei N = 8 esetén Kiinduló adatok és az első lépés

Lepkeműveletet 36

A 3 fázis 37

Teljes FFT 38

39 Teljes transzformáció: (N/2) log 2 N lepkeművelet N log 2 N : pl. N = 1024 esetén csak 1% szorzás marad! Adatok keverednek az FFT-ben: bit-reverzálás Sok algoritmus (Numerical Recipes, speciális progamok) További sebességnövelés: pl. csak valós adatokkal: v 1 (n) v 2 (n) V 1 (k) V 2 (k) V (k) = V 1 (k) + iv 2 (k) V (k) = V 1 (k) jv 2 (k) V 1 (k) = 1 2 ˆV (N k) + V (k)

40 V 2 (k) = 1 2 ˆV (N k) V (k)

41 FFT alkalmazásai Univerzális eljárás: konvolúció-dekonvolúció: Gyorsítás: gyorsabb számítógép aritmetikai processzor alkalmazása; lehetőleg mindent számítsunk ki előre (ún. look-up table) csökkentett fix számábrázolást; hatékony algoritmusok DSP (digital signal processor) chipek használata, szorzás és összeadás egy lépésben

42

Cirkuláris konvolúció! 43

44 Problémák a kvázi-periodikusság miatt: Diszkrét értékek, szivárgás, ha egy jel nem PONTOSAN egy adott spektrumvonalra esik!

45 Megoldás: ablakfüggvény alkalmazása: négyszög 4π/N 22 % 1 Bartlett (háromszög) 8π/N 4 % 1 2 n /(N 1) Hamming 8π/N 1 % 0.54 + 0.46 cos( 2πn N 1 ) Hanning 8π/N 2.6 % 0.5 + 0.5 cos( 2πn N 1 ) Blackman 12π/N 0.1 % 0.42 + 0.5 cos( 2πn N 1 ) + 0.08 cos( 4πn N 1 )

46

47

48 Egyéb eljárások, módszerek Strassen algoritmus: műveletszám csökkentése: e + jf = (a + jb)(c + jd) = e = ac bd, f = ad + bc. Strassen : e = (a b)d+a(c d), f = (a b)d+b(c+d). Cirkuláris konvolució: pl. 8 8-as cikruláris konvolucióra 64 helyett 17 szorzás: e f «= c d d c ««a b = «0 1 0 c d 0 0 1 0 1 0 1 @ 0 c + d 0 A @ 0 1 0 1 1 0 0 d 0 Winograd algoritmus: primszámok hatványai, nem csak 2 n hatványok. Pl. (Θ = 2π/5):

49 0 1 V 0 V 1 B V 2 C @ V 3 A = V 4 0 B @ 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 C A B @ 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 v 0 0 1 1 1 1 v 1 B 0 1 1 1 1 B v 2 C C @ @ 0 1 0 0 1 A v 3 A v 0 0 1 1 0 4 B 0 0 0... 0 B 1 0 0 0 B 2. B 3 B 4 B 5 B 0 = 1, B 1 = 0.5(cos Θ+cos 2Θ) 1, B 2 = 0.5(cos Θ cos 2Θ), B 3 = j sin Θ, B 4 = j( sin Θ+sin 2Θ), B 5 = j(sin Θ+sin 2Θ). Bonyolult programozás! Más felbontás: Walsh, Haar, wavelet alapok!

50