Digitalizace převod AS DS (analogový diskrétní signál )

Podobné dokumenty
Úvod do zpracování signálů

31SCS Speciální číslicové systémy Antialiasing

Multimediální systémy

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Osnova. Idea ASK/FSK/PSK ASK Amplitudové... Strana 1 z 16. Celá obrazovka. Konec Základy radiotechniky

Lineární a adpativní zpracování dat. 3. Lineární filtrace I: Z-transformace, stabilita

Dodatky k FT: 1. (2D digitalizace) 2. Více o FT 3. Více k užití filtrů. 7. přednáška předmětu Zpracování obrazů

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY a SYSTÉMY

Počítačové sítě. Lekce 5: Základy datových komunikací

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

Ing. Jan Buriánek. Katedra softwarového inženýrství Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Jan Buriánek, 2010

Reprezentace bodu, zobrazení

Vzorkování. Je-li posloupnost diracových impulzů s periodou T S : Pak časová posloupnost diskrétních vzorků bude:

1. Přednáška: Obecné Inf. + Signály a jejich reprezentace

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

Signál v čase a jeho spektrum

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY, ČASOVÉ ŘADY a SYSTÉMY

íta ové sít baseband narrowband broadband

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY, ČASOVÉ ŘADY a SYSTÉMY

Lineární a adaptivní zpracování dat. 3. SYSTÉMY a jejich popis ve frekvenční oblasti

Grafika na počítači. Bc. Veronika Tomsová

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

Číslicové zpracování signálů a Fourierova analýza.

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

DSY-4. Analogové a číslicové modulace. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

P7: Základy zpracování signálu

Rozprostřené spektrum. Multiplex a mnohonásobný přístup

Pulzní (diskrétní) modulace

CW01 - Teorie měření a regulace

ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ Z MECHANICKÝCH. Jiří Tůma

Základní pojmy o signálech

VY_32_INOVACE_E 15 03

1. Základy teorie přenosu informací

Modulace analogových a číslicových signálů

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Číslicové zpracování a analýza signálů (BCZA) Spektrální analýza signálů

31ZZS 9. PŘEDNÁŠKA 24. listopadu 2014

Téma Analogo Číslicové Převodníky AČP. 1.1 AČP s postupnou aproximací

A/D převodníky, D/A převodníky, modulace

Vlastnosti a modelování aditivního

Při návrhu FIR filtru řešíme obvykle následující problémy:

Analogově číslicové převodníky

ÚPGM FIT VUT Brno, periodické a harmonické posloupnosti. konvoluce Fourierova transformace s diskrétním časem

Při návrhu FIR filtru řešíme obvykle následující problémy:

Kapitola 1. Signály a systémy. 1.1 Klasifikace signálů

X31EO2 - Elektrické obvody 2. Kmitočtové charakteristiky

DIGITÁLNÍ OBRAZ. Obrázky (popř. slajdy) převzaty od

A/D převodníky - parametry

Předmět A3B31TES/Př. 13

Fourierova transformace

Transformace obrazu Josef Pelikán KSVI MFF UK Praha

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

Vlastnosti Fourierovy transformace

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

Fourierova transformace

Teorie měření a regulace

3. AMPLITUDOVĚ MODULOVANÉ SIGNÁLY

1 Zpracování a analýza tlakové vlny

A7B31ZZS 4. PŘEDNÁŠKA 13. října 2014

filtry FIR zpracování signálů FIR & IIR Tomáš Novák

Pořízení rastrového obrazu

Úvod do medicínské informatiky pro Bc. studium. 6. přednáška

Analýza a zpracování ultrazvukových signálů

Geometrické transformace

Technická kybernetika. Obsah. Principy zobrazení, sběru a uchování dat. Měřicí řetězec. Principy zobrazení, sběru a uchování dat

PSK1-5. Frekvenční modulace. Úvod. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka. Název školy: Vzdělávací oblast:

Quantization of acoustic low level signals. David Bursík, Miroslav Lukeš

ednáška a metody digitalizace telefonního signálu Ing. Bc. Ivan Pravda

Opakování z předmětu TES

Biofyzikální ústav LF MU Brno. jarní semestr 2011

Obraz matematický objekt. Spojitý obraz f c : (Ω c R 2 ) R

B2M31SYN SYNTÉZA AUDIO SIGNÁLŮ

25.z-6.tr ZS 2015/2016

Magnetická rezonance (2)

Osciloskopická měření

Digitální telefonní signály

VOLBA ČASOVÝCH OKEN A PŘEKRYTÍ PRO VÝPOČET SPEKTER ŠIROKOPÁSMOVÝCH SIGNÁLŮ

Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné

Hodnocení parametrů signálu AE při únavovém zatěžování tří typů konstrukčních materiálů. Vypracoval: Kolář Lukáš

11. Logické analyzátory. 12. Metodika měření s logickým analyzátorem

Analogové modulace. Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL CZ.2.17/3.1.00/36206

ANALÝZA BIOLOGICKÝCH A KLINICKÝCH DAT V MEZIOBOROVÉM POJETÍ

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

" Furierova transformace"

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

Teorie měření a regulace

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Snímání biologických signálů. A6M31LET Lékařská technika Zdeněk Horčík Katedra teorie obvodů

Otázka 22(42) Přístroje pro měření signálů, metody pro měření v časové a frekvenční doméně. Přístroje

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

zpracování signálů - Fourierova transformace, FFT Frekvenční

Spektrální analýza a diskrétní Fourierova transformace. Honza Černocký, ÚPGM

Matematika 4 FSV UK, LS Miroslav Zelený

Transkript:

Digitalizace signálu v čase Digitalizace převod AS DS (analogový diskrétní signál ) v amplitudě Obvykle převod spojité předlohy (reality) f 1 (t/x,...), f 2 ()... připomenutí Digitalizace: 1. vzorkování (časové / prostorové rozlišení) 2. kvantizace (amplitudy, hodnoty barev...) Vzorkování odebírání vzorků v časových intervalech T vz [s] se vzorkovací rychlostí F V = 1 / T VZ [vzorků / s]. obvykle T vz = konst. ekvidistantní vzorkování Ideální vzorkování neomezeně úzké vzorkovací impulzy proč? Lze modelovat: násobením x a (t) vhodnou vzorkovací funkcí p(t) jak vybrat vhodnou vzorkovací funkci? neomezeně úzký impulz = Diracův pulz má některé důležité časové / frekvenční vlastnosti: Důležité vlastnosti δ(t): x a tt t 0 =x a t 0 (1) (2) 2010 Martin Dobrovolný 1./10

Jak spočítat spektrum Diracova pulzu?: potom: Diracův pulz je možné modelovat jako zužující se jednotkový pulz (limitně k šířce = 0) δ(t) je možné vyrobit δ(t) = A 1(t), kde A /2 F [ t]= A 1 e =A [ j t e j t /2 = A e j / 2 e j / 2 = A e j / 2 e j / 2 2 j / 2 ] / 2 j j =......= A sin 2 1 2 =...= A sin x x lim 0=1 τ= δ(t) f(t): F(ω): 1 τ/2 τ/2 Ατ τ=1 τ=0.5... 2π/τ 4π/τ ω Nebo pomocí představy: vyseknutí signálu v místě t 0 rov. posunu δ(t) (1): F [ t]= te j t dt=... rov.2: j 0 e x a tt t 0 = xt 0 t0...= =0 j =1 Velmi důležitý poznatek spektrum δ(t) obsahuje rovnoměrně zastoupeny všechny kmitočty (a to i záporné!) takový signál nelze vyrobit! paradoxně nejkratší pulz energeticky nejnáročnější nikdy nelze vyrobit např. pulzy s nekonečně krátkou vzestupnou / sestupnou hranou! reálně vždy vzorkujeme nedokonalou p(t) A obráceně spektrum konstantního signálu?: F {1t}= 1 e j t j t e dt=[ j ] proto náhrada 1 e -λ t problém: e -jω t nemá pro t ± limitu f(t): 1(t) e -λ t t 2010 Martin Dobrovolný 2./10

F {}= e t e j t dt=...= 1 j 00 1 j = 0 e t e jt dt e t e j t j t e dt=[ 0 2 2 2 0 [ j ] lim 0=K j t e =... j ]0 F(t): 2 λ λ=1 λ=0.1... t Důležitý poznatek: jediná spektrální čára by vyžadovala nekonečný signál (v čase)! širokopásmové rušení je možné potlačit pulzními zásahy do signálu má-li signál nenulovou ss složku spektrum obsahuje δ(t) na nulovém kmitočtu 2010 Martin Dobrovolný 3./10

Vzorkování = vynásobení signálu x(t) s nekonečnou řadou δ(t). Výsledek konvoluce spekter: za použití (2): xt=x a t pt=x a t a z toho spektrum: n= X =F [ x a t pt]=f [ x at t nt v = xnt V t nt v (3) n= n= t nt V ] = n= x a tt nt V e jwt dt (4) s uvážením rov. (1) má pak integrál řešení: xnt v e j nt v spektrum JEDNOHO VZORKU Pro diskrétní posloupnosti pak podle (4): X = xnt v e j n T v (5) n= Spektrum diskrétní posloupnosti (= vzorkovaného signálu) je spojité a periodické s periodou f vz =1/T v = obsahuje spektrum původního analogového signálu posazené (zkopírované) na f vz.. Spektrum vícerozměrných signálů Spektrum 2D signálu se získá pomocí 2D vzorkovací funkce: f x, yx x 0, y y 0 dxdy= f x 0, y 0 2010 Martin Dobrovolný 4./10

Výsledkem vzorkování je 2D spektrum signálu podobně jako v případě 1D vzorkování se signál bude ve frekvenci opakovat na nosných Pro zobrazení 2D FT se velmi často používá zobrazení v ploše (více v 2. přednášce): Pro vlastní vzorkování se nejčastěji používají systémy ekvidistantního vzorkování: nejčastěji se čtvercovou mřížkou (počítače, dig. tech.) nebo systémy s hexagonální mřížkou (analogová technika, snímací kamery) 2010 Martin Dobrovolný 5./10

Ve výjimečných případech se používají např. systémy se stochasticky rozmístěnými funkcemi. Obraz vzorkovaný maticí 256x256 a 32x32 obrazových bodů: 2010 Martin Dobrovolný 6./10

Aliasing Při vzorkování platí Nyquistovo kritérium (Shannonův vzorkovací teorém): f v 2f sig... v obrázku=b Vzorkovací frekvence musí být min dvojnásobkem maximální fr. obsažené v datech Nemá cenu vzorkovat vyšší než dvojnásobnou fr. data s maxim. frekv. f sig! Co se stane pokud nedodržíme: dva pohledy: 1. časová oblast Mějme signál s modulační frekvencí f mod který budeme vzorkovat podle Nyquistova kritéria f vz = 2 x f sig : Co se signálem stane, pokud budeme vzorkovat rychleji? např. se 4 násobnou frekvencí (T n = T/4) 2010 Martin Dobrovolný 7./10

je vidět, že jsme získali znovu stejný průběh pouze máme dvojnásobné množství hodnot, které ho popisují, to ale nevadí, spíše naopak když budeme vzorkovat 10x rychleji, už budou 1ky a 0ly pěkně popisovat průběh signálu žádnou novou inf. však nezískáme! Co se ale stane, když tentýž signál budeme vzorkovat pomaleji? například s rychlostí f vz = 1.8 x f sig je vidět, že při vzorkování menší než dvojnásobnou rychlostí došlo k podvzorkování některá data se nám zcela ztratila celkově došlo k poškození dat 2010 Martin Dobrovolný 8./10

druhý pohled: 2. frekvenční oblast Původní spektrum analogového signálu podle X = xnt v e j T v sedí na násobcích n= vzorkovací frekvence. Pokud je f vz >>2 x f sig : Co se se signálem stane, pokud zmenšíme f vz na f vz = 2 x f sig? spektra se nepřekrývají (f vz = 2 x f sig ) Co se se signálem stane, pokud zmenšíme f vz na f vz < 2 x f sig? Nejen, že došlo k ořezání spekter (např. 15% každého spektra se ztratilo), ale v této části došlo i k sečtení částí spekter deformace (poškození) informace signál je znehodnocen. 2010 Martin Dobrovolný 9./10

Jak se to projeví na reálném signálu? původní inf. se poškodí v signálu se objeví alias alias vada v signálu vzniklá podvzorkováním aliasing proces vzniku aliasů v důsledku nevhodného vzorkování antialiasing - je obecný pojem pro metody potlačování podvzorkování příklad, obrazový signál: Některé signály mají teoreticky nekonečné spektrum, či se mu blíží. Např. 2D obraz ideální fotografie. proto ani nekonečným zvyšováním f vz nelze aliasing zcela potlačit. je pouze možné posunout oblast výskytu aliasů do vyšších frekvencí: 2010 Martin Dobrovolný 10./10