DSP Digitale signal behandling 213 Lkaa
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
R&S dag https://d.docs.live.net/25d568df6bfa cf32/elektronik/h2/dsp/virksomheds besøg_rsdk-aa.pdf Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 3
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.8.6.4.2 Tale signal -.2 -.4 -.6 -.8-1.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 time (s) Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 4
DSP Image signal 2-D Video signal 3-D Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 5
DSP KLSE Composite Index ECG signal Fetal scan signal Palm prints and fingerprints Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 6
Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 7
Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 8
Anvendelses muligheder Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 9
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: Lkaa@mercantec.dk 1
amplitude amplitude amplitude amplitude DSP 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Analog Input 2 4 6 8 1 12 14 16 time 111111111 11111 11111111 111111 11111111 111111 1111111 11111 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 3 5 7 9 11 13 15 time Sampleand-Hold Analog-to- Digital Converter Digital Processor Digital-to- Analog Converter Analog Low Pass Filter 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 3 5 7 9 11 13 15 time 111111 11111111 111111111 11111 1111111 111111 1111 11111 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Analog Output 2 4 6 8 1 12 14 16 time Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 11
Digitalisering Næste side Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 12
Digitalisering Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 13
Anti-aliaserings filter Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 14
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: Lkaa@mercantec.dk 15
Analog vs digital signal Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 16
Digital transmission Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 17
DSP Hvad er DSP (Digital signal processering) Manipulering af det digital signal Equalizer (Lyd) Billede manipulation FFT Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 18
Power Spectrum Magnitude (db) DSP Signaler kan repræsenteres i 2 domæner: Tids domænet Frekvens domænet 9 8 7 6 5 4 3 5 1 15 2 25 3 35 4 Frequency Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 19
amplitude amplitude amplitude amplitude DSP Tid & amplitude 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4-5 Analog signal Analaog signal -6-15 -1-5 5 1 15 2 time Time & amplitude digitization 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4-5 Digitized signal Digital signal -6-15 -1-5 5 1 15 2 time Time 7 digitization 6 5 8 4 3 2 1-1 -2-3 -4-5 Sampled-data signal Discrete-time signal -6-15 -1-5 5 1 15 2 time 8 Amplitude 7 digitization 6-6 -15-1 -5 5 1 15 2 time Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 2 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4-5 quantised boxcar signal Discreteamplitude signal
amplitude amplitude DSP ADC & DAC Digitalisering processen S/H ADC (a) (b) (c) 8 6 4 2-2 (a) Analog input -4 1 2 3 4 5 t 8 7 Info 6 may be lost due to sampling 5 4 3 2 1-1 -2-3 (b) Sampled analog signal -4 1 2 3 4 5 n Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 21
amplitude amplitude DSP Kvantiseringsfejl! S/H ADC (a) (b) (c) 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 (c) Digitised signal Info is lost due to quantization -4 1 2 3 4 5 n 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 (d) Quantisation error Quantization errors: difference between quantized & sample-andhold signals -4 1 2 3 4 5 n Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 22
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
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.5.5 -.5 -.5-1.2.4.6.8 1 Time (s) Sine signal (3 Hz) 1-1.2.4.6.8 1 Time (s) Sine signal (3 Hz) sampled at 1 Hz 1 f s 2f.5.5 -.5 -.5-1.2.4.6.8 1 Time (s) Sine signal (13 Hz) 1.5-1.2.4.6.8 1 Time (s) Sine signal (13 Hz) sampled at 1 Hz 1.5 f s < 2f -.5 -.5-1.2.4.6.8 1 Time (s) -1.2.4.6.8 1 Time (s) What is the problem? Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 24
DSP Parameter Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 25
x[n] DSP Sampling x[n] hvor n er hele tal mellem and + x[n] x amplitude værdien 5 4 3 2 Discrete-time signal 1-1 -2-3 -2-15 -1-5 5 1 15 2 25 n x[n] = {4.e+ 3.8531695e+ 3.42751e+ 2.7633558e+ 1.92751e+ 1.e+ 1.8531695e+ 1.42751e+ 7.6335576e 1 7.294917e 2 1.e+} Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 26
DSP Basis sekvenser Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 27
DSP Basis sekvenser N=1 og µ[1]=1 Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 28
DSP Ekspotentiel sekvens er givet ved: Komplekst tal! Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 29
DSP Basis sekvenser Dør ud Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 3
DSP Komplekse tal! F[X]=Real + imaginær F[X]=A+jω j 3+j4 - -5-j3 + -j Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 31
MATlab Demo af Matlab Variabler Kommandoer Path Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 32
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
Installation af SRC Tryk her først Start Appen Find App installations filen og tryk åben Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 34
Sampling Rate conversion Find bibliotek med speech files Lasse Kaae Mail: Lkaa@mercantec.dk 35
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
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
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