DSP Digitale signal behandling Lkaa

Transkript

1 DSP Digitale signal behandling 213 Lkaa

2 Ugens progam Mandag Tirsdag Onsdag Torsdag Fredag Digitale signaler FFT Filter Ålborg Flyvevåbnet R&S Ålborg FPGA og DSP samt rundvisni ng Filter signal FIR filter impl. DE- 2 board Didikered e DSP processor Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 2

3 R&S dag cf32/elektronik/h2/dsp/virksomheds besøg_rsdk-aa.pdf Lasse Kaae Mail: 3

4 amplitude (V) DSP Hvad er et signal? Variationer af et fysisk enhed i forhold Amplitude (V or I) variation with respect to time 1 til tid Tale signal time (s) Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 4

5 DSP Image signal 2-D Video signal 3-D Lasse Kaae Mail: 5

6 DSP KLSE Composite Index ECG signal Fetal scan signal Palm prints and fingerprints Lasse Kaae Mail: 6

7 Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: 7

8 Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: 8

9 Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: 9

10 DSP Signalerne findes som analoge De skal konverteres til digitale for at: Processorers Gemmes Transmitteres Først skal det analoge signal digitaliseres! AD converteren!!! Lasse Kaae Mail: 1

11 amplitude amplitude amplitude amplitude DSP Analog Input time time Sampleand-Hold Analog-to- Digital Converter Digital Processor Digital-to- Analog Converter Analog Low Pass Filter time Analog Output time Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 11

12 Digitalisering Næste side Lasse Kaae Mail: 12

13 Digitalisering Lasse Kaae Mail: 13

14 Anti-aliaserings filter Lasse Kaae Mail: 14

15 DSP Hvad er fordelen ved at digitalisere et analogt signal? Støj immunt Nemt at masseproducere Nemt at transmittere DSP på digital signalet (filter) Lasse Kaae Mail: 15

16 Analog vs digital signal Lasse Kaae Mail: 16

17 Digital transmission Lasse Kaae Mail: 17

18 DSP Hvad er DSP (Digital signal processering) Manipulering af det digital signal Equalizer (Lyd) Billede manipulation FFT Lasse Kaae Mail: 18

19 Power Spectrum Magnitude (db) DSP Signaler kan repræsenteres i 2 domæner: Tids domænet Frekvens domænet Frequency Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 19

20 amplitude amplitude amplitude amplitude DSP Tid & amplitude Analog signal Analaog signal time Time & amplitude digitization Digitized signal Digital signal time Time 7 digitization Sampled-data signal Discrete-time signal time 8 Amplitude 7 digitization time Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk quantised boxcar signal Discreteamplitude signal

21 amplitude amplitude DSP ADC & DAC Digitalisering processen S/H ADC (a) (b) (c) (a) Analog input t 8 7 Info 6 may be lost due to sampling (b) Sampled analog signal n Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 21

22 amplitude amplitude DSP Kvantiseringsfejl! S/H ADC (a) (b) (c) (c) Digitised signal Info is lost due to quantization n (d) Quantisation error Quantization errors: difference between quantized & sample-andhold signals n Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 22

23 DSP Samplings teori Nyquist fs> 2*f fs = samplings frekvensen f = signalet der skal samples på Ts = samplings periode s = 2 f s = samplings vinkle frekvensen Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 23

24 Amplitude (V) Amplitude (V) Amplitude (V) Amplitude (V) Amplitude (V) Amplitude (V) DSP Samplings eksempler Sine signal (1 Hz) 1 f s = 1 Hz 1 Sine signal (1 Hz) sampled at 1 Hz f s 2f Time (s) Sine signal (3 Hz) Time (s) Sine signal (3 Hz) sampled at 1 Hz 1 f s 2f Time (s) Sine signal (13 Hz) Time (s) Sine signal (13 Hz) sampled at 1 Hz 1.5 f s < 2f Time (s) Time (s) What is the problem? Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 24

25 DSP Parameter Lasse Kaae Mail: 25

26 x[n] DSP Sampling x[n] hvor n er hele tal mellem and + x[n] x amplitude værdien Discrete-time signal n x[n] = {4.e e e e e+ 1.e e e e e 2 1.e+} Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 26

27 DSP Basis sekvenser Lasse Kaae Mail: 27

28 DSP Basis sekvenser N=1 og µ[1]=1 Lasse Kaae Mail: 28

29 DSP Ekspotentiel sekvens er givet ved: Komplekst tal! Lasse Kaae Mail: 29

30 DSP Basis sekvenser Dør ud Lasse Kaae Mail: 3

31 DSP Komplekse tal! F[X]=Real + imaginær F[X]=A+jω j 3+j j3 + -j Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 31

32 MATlab Demo af Matlab Variabler Kommandoer Path Lasse Kaae Mail: 32

33 Sample conversion Først skal App installeres i MATlab! Installere SRC.zip i MATlab, NU!!! Den ligger på Skydrive/Onedrive sammen med Speech_files som indeholde lydfiler som kan analyseres Udpak Speech_files.zip sammen med SRC Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 33

34 Installation af SRC Tryk her først Start Appen Find App installations filen og tryk åben Lasse Kaae Mail: 34

35 Sampling Rate conversion Find bibliotek med speech files Lasse Kaae Mail: 35

36 Forklaring på MATlab script % Signal x2a of 3Hz f2a = 3; %Freqeuncy of signal in Hz fs2a = 5*f2a; %Sampling frequency for discretetime signal L2a =.1*fs2a; %Signal length (no. of samples) t2a = [:L2a-1]/fs2a; %Signal sampling instants x2a = cos(2*pi*f2a*t2a); %Sinusoidal signal Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 36

37 Kommando audiowrite Audiowrite(filename,y,fs); Filename er en vaiable Y= data Fs = sampling frekvens Help audiofile i MATlab Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 37

38 DSP Opg 1 Signaler (Gemmengå M scripet!!) Lav øvelse 2a-c Opg 2 lav en wave file af den sidste tone (audiowrite) HELP audiowrite, benyt lab1_2.m. Husk af benytte samme samplefrekvens på begge toner! Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 38