Přejít k hlavnímu obsahu Mobilní verze Mapa webu
Teleinformatika

BCIF: Číslicové filtry

Obrázek vystihující předmět
Garant: Ing. Petr Sysel, Ph.D.
Zkratka: BCIF
Rozsah: 39P – 26C
Zařazení: bakalářské studium
Kredity: 6
Povinnost: volitelný oborový předmět
Typ studia: prezenční

Stručný popis

Prohloubit základní znalosti z oblasti číslicového zpracování signálů získané v předchozích předmětech. Seznámit s principy implementace číslicových systémů v technických prostředcích (v signálových procesorech i v procesorech pro všeobecné použití). Seznámit s tvorbou softwarového vybavení pro signálové procesory v jazyce C. Seznámit s rozdíly a problémy implementace metod číslicového zpracování signálů v pohyblivé a v pevné řádové čárce. Seznámit s metodami návrhu číslicových filtrů.

Popis předmětu

Absolvent předmětu bude schopen:

  • vysvětlit význam jednotlivých parametrů mikroprocesorů a signálových procesorů
  • vysvětlit průběh překladu oddělených zdrojových souborů jazyka C včetně linkování s dalšími knihovnami
  • vysvětlit význam intrinsic funkcí a využít je ve svých programech
  • vysvětlit použití vyrovnávací a dvojité vyrovnávací paměti a využít ji ve svých programech
  • vysvětlit rozdíl mezi vnitřním a vnějším popisem číslicového systému
  • zařadit číslicový systém mezi FIR nebo IIR systémy
  • zkontrolovat stabilitu číslicového systému
  • připravit kvantované koeficienty číslicového systému pro implementaci
  • přeformulovat jednu kanonickou strukturu na jinou
  • vysvětlit různé typy adresování: lineární, modulo, bitově reverzované
  • vysvětlit princip metod pro návrh FIR a IIR filtrů
  • aplikovat metody pro návrh FIR filtrů a IIR filtrů podle zadaného tolerančního schématu
  • vysvětlit princip adaptivních filtrů
  • aplikovat podvzorkování nebo nadvzorkování v poměru racionálního čísla
  • vysvětlit princip banky filtrů

Obsah předmětu (anotace):

Předmět postihuje celou šíři číslicového zpracování signálů od implementace číslicových systémů v reálném čase, přes metody analýzy jednorozměrných číslicových systémů až po základní metody návrhu jednorozměrných číslicových filtrů: používané formáty pro vyjádření čísel, aritmetika v pohyblivé a pevné řádové čárce, harvardská architektura signálových procesorů, architektura s velmi dlouhým instrukčním slovem (VLIW), zápis programů v jazyce symbolických adres (asembler) a jazyce C (příkazy preprocesoru, intrinsic funkce, implementačně závislé funkce), komunikace s okolím v reálném čase; vlastnosti číslicových systémů (přenosová funkce, impulsní charakteristika, kmitočtová charakteristika), stabilita a kauzalita číslicových systémů, číslicové systémy s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou, struktury implementace číslicových systémů, graf signálových toků, vliv kvantování na vlastnosti číslicových systémů; metody návrhu jednorozměrných číslicových filtrů, systémy s více vzorkovacími kmitočty, banky filtrů.

Sylabus

  1. Technické prostředky pro realizaci číslicových systémů, Von-Neumannova architektura mikrokontrolérů, harvardská architektura signálových procesorů, generace signálových procesorů, rozhraní pro ladění v reálném čase.
  2. Tvorba softwarového vybavení, použití jazyka C, průběh překladu, příkazy preprocesoru, vestavěné funkce intrinsic, sestavování programu, jazyk symbolických adres, propojení s jazykem C.
  3. Komunikace signálového procesoru s okolím, připojení A/D a D/A převodníků, kruhová vyrovnávací paměť, dvojitá vyrovnávací paměť, obsluha přerušení, řadič programu.
  4. Vnější a vnitřní popis číslicových systémů, diferenční rovnice, přenosová funkce, nulové body, póly, graf signálových toků, Masonovo pravidlo, základní vlastnosti číslicových systémů, kmitočtová charakteristika, impulsní charakteristika, stabilita.
  5. Aritmetika v pohyblivé řádové čárce, aritmetika v pevné řádové čárce, dynamický rozsah, saturace, kvantovací šum, aritmetická jednotka signálového procesoru, analýza vlivu kvantování na přenosovou funkci a vlastnosti číslicového systému, mezní cykly.
  6. Struktury realizace číslicových systémů, kanonické formy realizace, rozdělení číslicových systémů, realizace číslicových systémů s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou.
  7. Hardwarové cykly, adresovací jednotka, adresovací režimy, použití v jazyce a asembleru, využití pro optimalizaci implementace číslicových systémů, sledování výpočetní náročnosti.
  8. Metody návrhu číslicových filtrů s konečnou impulsní charakteristikou: metoda váhové posloupnosti, metoda vzorkování kmitočtové charakteristiky, metoda rovnoměrně zvlněných aproximací, Remezův algoritmus.
  9. Metody návrhu číslicových filtrů s nekonečnou impulsní charakteristikou: metoda bilineární transformace, metoda impulsní invariance. Rozdělení na sekce 2. řádu.
  10. Inverzní filtrace, optimální Wienerova filtrace, Wiener-Hopfova rovnice. Adaptivní filtry, algoritmus LMS, algoritmus RLS, vlastnosti a použití adaptivních filtrů.
  11. Systémy se změnou vzorkovacího kmitočtu, podvzorkování a nadvzorkování v poměru celého čísla, převzorkování v poměru racionálně lomeného čísla, polyfázová realizace číslicových filtrů.
  12. Banky filtrů, DFT banka filtrů, banka filtrů modulovaná funkcí kosinus, dvoukanálová banka filtrů, podmínky dokonalé rekonstrukce, kvadraturní zrcadlové filtry