Spis Treści
- Cyfrowe przetwarzanie sygnałów? Jakie to proste!, Tomasz P. Zieliński
- Motywacja
- O czym jest ta książka?
- Podstawowe pojęcia
- Struktura książki
- Podstawy analizy częstotliwościowej i próbkowanie sygnałów, Przemysław Korohoda, Krzysztof Duda
- Wprowadzenie
- Sygnał analogowy w dziedzinie czasu i częstotliwości
- DTFT – ciągłe widmo sygnału dyskretnego
- DFT – dyskretne widmo sygnału dyskretnego
- Szereg Fouriera
- Wybrane właściwości transformacji Fouriera oraz transformaty wybranych sygnałów
- Twierdzenie o próbkowaniu
- Wzajemne zależności pomiędzy widmami
- DTFT w porównaniu do CFT
- DFT w porównaniu do DTFT
- Częstotliwość zmienna w czasie oraz lokalnie liczone DFT
- Analiza częstotliwościowa z wykorzystaniem DFT
- Wprowadzenie
- Sygnały sinusoidalne
- Właściwości charakterystyki fazowej
- Liniowa charakterystyka fazowa
- Opóźnienie fazowe i grupowe
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Sygnały losowe i szumy, Przemysław Korohoda, Adam Borowicz, Krzysztof Duda
- Wybrane pojęcia statystyczne w przetwarzaniu sygnałów
- Widmowa gęstość mocy
- Szumy
- Rodzaje szumu
- Generowanie oraz wybielanie szumów kolorowych
- Sygnał sinusoidalny zakłócony szumem addytywnym
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Projektowanie filtrów, Krzysztof Duda, Przemysław Korohoda
- Wprowadzenie
- Projektowanie filtrów analogowych
- Prototypy analogowe
- Porównanie charakterystyk filtrów analogowych
- Transformacja częstotliwości – filtry LP, HP, BP, BS
- Projektowanie filtrów cyfrowych
- Filtry IIR – transformacja biliniowa
- Filtry FIR
- Filtry interpolujące
- Filtry interpolowane
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Szybkie metody obliczania DFT i ich zastosowania, Krzysztof Duda, Tomasz P. Zieliński
- Wprowadzenie
- Algorytmy FFT
- FFT z podziałem w czasie (ang. decimation in time)
- FFT z podziałem w częstotliwości (ang. decimation in frequency)
- FFT sygnałów o wartościach rzeczywistych
- Inne algorytmy FFT
- Rekursywne obliczanie DFT
- Algorytm Goertzla
- Modulowane SDFT
- Szybki splot sygnałów z wykorzystaniem FFT
- Splot liniowy
- Splot liniowy liczony poprzez DFT
- Sekcjonowany splot liniowy liczony poprzez DFT
- Szybki algorytm obliczania funkcji korelacji
- Szybkie obliczanie DTFT
- Zadania
- Literatura
- Zespoły filtrów i transformacje ortogonalne, Marek Parfieniuk
- Wprowadzenie
- Celowość dekompozycji podpasmowej sygnału
- Przetwarzanie sygnału za pomocą zespołu filtrów
- Właściwości i kategorie zespołów filtrów
- Zniekształcenia sygnału w zespole filtrów
- Zespoły filtrów a środowisko MATLAB
- Zmiany tempa próbkowania a filtracja sygnałów
- Decymacja: zmniejszanie tempa próbkowania sygnału
- Interpolacja – zwiększanie tempa próbkowania sygnału
- Projektowanie filtrów do decymacji i interpolacji
- Decymacja i interpolacja w zespołach filtrów
- Zastosowania decymacji i interpolacji
- Zespoły filtrów modulowanych
- Ogólna koncepcja zespołu filtrów modulowanych
- Zespoły filtrów z zespoloną modulacją określoną DFT
- Zespoły filtrów z modulacją kosinusową
- Związek między modulacją kosinusową a zespoloną
- Projektowanie zespołu filtrów z modulacją kosinusową aproksymującego perfekcyjną rekonstrukcję
- Polifazowa reprezentacja systemów i sygnałów
- Polifazowa dekompozycja transmitancji
- Tożsamości kaskadowe
- Polifazowa realizacja decymacji i interpolacji
- Dekompozycja polifazowa sygnału a wydzielanie bloków próbek
- Polifazowa reprezentacja zespołu filtrów
- Równoważność zespołów filtrów i transformacji sygnału
- Transformacje liniowe: blokowe i z nakładaniem
- Transformacja jako zespół filtrów
- Interpretacja transformacji DFT, DCT, WHT i MDCT jako zespołów filtrów
- Obliczanie transformacji w środowisku MATLAB
- Przykłady wykorzystania faktoryzacji macierzy do efektywnej implementacji systemów
- Szybkie obliczanie transformacji Hadamarda
- Zespoły filtrów modulowanych DFT
- Zespoły filtrów z modulacją kosinusową
- Obliczanie DCT typu IV za pomocą FFT
- Implementacja struktury polifazowej zespołu filtrów modulowanych, wykorzystująca jeden łańcuch opóźnień
- Przykłady wykorzystania faktoryzacji macierzy w projektowaniu systemów
- Wykorzystanie struktury kratowej do projektowania dwukanałowego zespołu filtrów ortogonalnych
- Projektowanie zespołu filtrów z modulacją kosinusową zapewniającego perfekcyjną rekonstrukcję
- GenLOT jako przykład transformacji opierającej się na postprocessingu DCT
- Zespoły filtrów nierównomiernych
- Czasowa i częstotliwościowa rozdzielczość reprezentacji sygnału
- Drzewiaste połączenie zespołów filtrów jako transformacja falkowa
- Inne metody nierównomiernego podziału pasma za pomocą zespołów filtrów równomiernych
- Bezpośrednie zestawianie filtrów pasmowoprzepustowych
- Zespoły filtrów spaczonych
- Zadania
- Literatura
- Wprowadzenie
- Podstawy filtracji adaptacyjnej, Tomasz P. Zieliński
- Wprowadzenie
- Klasyczny filtr adaptacyjny i jego zastosowania
- Zasada i kryteria adaptacji
- Optymalny filtr LMS – filtr Wienera
- Optymalne wagi filtra
- Zbieżność filtra
- Od filtra LMS do filtra LS
- Filtr LMS i jego odmiany
- Filtry (W)LS oraz ich wersje rekursywne
- Filtry (W)(R)LS jako obserwatory procesów dynamicznych
- Przykład zastosowania – tłumienie echa
- Instalacje głośnomówiące
- Układy transmisji sygnałów
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Adaptacyjne filtry ortogonalne, Tomasz P. Zieliński
- Wprowadzenie
- Filtry kratowe
- Filtry kratowe typu FIR
- Filtry kratowe typu IIR
- Kratowy filtr Wienera typu FIR
- Adaptacyjny gradientowy kratowy filtr Wienera typu FIR
- Adaptacyjny kratowy filtr Wienera typu RLS
- Filtry adaptacyjne wykorzystujące FFT
- Podpasmowe filtry adaptacyjne
- Zadania
- Literatura
- Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, Wojciech Półchłopek, Roman Rumian
- Wprowadzenie
- Schemat blokowy toru cyfrowego przetwarzania sygnału
- Kondycjonowanie wejściowego sygnału analogowego
- Filtracja antyaliasingowa
- Układ próbkująco-pamiętający
- Przetworniki analogowo-cyfrowe
- Kwantyzacja sygnału
- Błąd kwantyzacji, parametry przetworników
- Metody przetwarzania A/C
- Typy przetworników A/C
- Zestawienie parametrów przetworników A/C i obszarów zastosowań
- Dyskusja opóźnień, szumów, odpowiedzi impulsowych
- Przetworniki cyfrowo-analogowe
- Parametry przetworników C/A
- Metody przetwarzania C/A
- Kluczowanie źródeł napięciowych i prądowych
- Przetwarzanie wagowe – pojemnościowe i rezystancyjne
- Przetwarzanie Σ-Δ
- Nadpróbkowanie
- Dither
- Przetworniki wielokanałowe
- Zadania
- Literatura
- Sterowanie dynamiką sygnału, Roman Rumian, Wojciech Półchłopek
- Wprowadzenie
- Układy sterowania dynamiką
- Statyczne charakterystyki poziomu i wzmocnienia
- Dynamika algorytmów kontroli poziomu sygnału
- Pomiary poziomu sygnału
- Wygładzanie wzmocnienia
- Przykłady implementacji
- Limiter
- Kompresor, ekspander, bramka szumowa łącznie
- Układ kombinowany z redukcją częstotliwości próbkowania
- Przetwarzanie sygnału stereofonicznego lub wielokanałowego
- Zniekształcenia nieliniowe spowodowane regulacją dynamiki
- Stałoprzecinkowa realizacja logarytmowania i potęgowania
- Pasmowa wersja systemu DRC
- Limiter analogowy
- AGC – Automatyczna regulacja wzmocnienia
- Zadania
- Literatura
- Podstawy arytmetyki stałoprzecinkowej, Wojciech Półchłopek, Roman Rumian, Paweł Turcza
- Wprowadzenie
- Arytmetyka zmiennoprzecinkowa
- Arytmetyka całkowitoliczbowa
- Arytmetyka stałoprzecinkowa
- Mnożenie i operacja MAC
- Arytmetyka stałoprzecinkowa Q1.m
- Statusy arytmetyczne
- Podwójna i wielokrotna precyzja obliczeń stałoprzecinkowych
- Zaokrąglenia wyników – kontrolowana utrata precyzji
- Nasycenie – kontrolowane przepełnienie
- Implementacja filtrów FIR
- Akumulacja długich serii
- Implementacja filtrów IIR
- Wrażliwość filtrów IIR na kwantyzacje współczynników
- Problem cykli granicznych
- Oscylacje przepełnienia
- Sekcje drugiego rzędu IIR – efekty kwantyzacji współczynników
- Tryb skalujący
- Implementacja sekcji drugiego rzędu IIR w wersji DF-I
- Implementacja sekcji drugiego rzędu IIR w wersji DF-II
- Transponowane sekcje drugiego rzędu
- Implementacje IIR typu kratowego
- Kaskadowanie sekcji drugiego rzędu i wpływ na SNR
- Zależność SNR od częstotliwości kaskadowanych sekcji drugiego rzędu
- Metody implementacji filtrów o niskim f gr / fpr
- Metoda zwiększonej precyzji obliczeń
- Metoda przeniesienia sygnału i filtracji w inny zakres częstotliwości (modulacja demodulacja kwadraturowa)
- Metoda zmiany częstotliwości próbkowania (filtracja multirate)
- Implementacja FFT
- Implementacja FFT w wersji BFP
- Implementacja funkcji matematycznych sinus, logarytm, funkcja wykładnicza
- Przykłady stałoprzecinkowych procesorów sygnałowych
- Freescale DSP56300
- Analog Devices Blackfin
- Analog Devices SHARC
- Texas Instruments C55xx
- Texas Instruments C64xx
- Texas Instruments C67xx
- Stałoprzecinkowa filtracja sygnałów z wykorzystaniem układów FPGA
- Arytmetyka rozproszona
- Realizacja sprzętowa filtru FIR
- Realizacja sprzętowa filtru Hilberta
- Literatura
- Wprowadzenie
- Kodowanie sygnału mowy, Przemysław Dymarski
- Wprowadzenie
- Sygnał mowy i jego właściwości
- Kwantyzacja skalarna
- Kwantyzacja wektorowa
- Zasada działania kwantyzatora wektorowego
- Dekompozycja słownika kwantyzatora wektorowego
- Kodowanie różnicowe
- Zasada działania kodera ADPCM
- Zastosowanie liniowej predykcji w ADPCM
- Interpretacja predykcji w dziedzinie częstotliwości
- Koder ADPCM G.726
- Kodery predykcyjno-wektorowe (CELP)
- Zasada działania kodera CELP
- Kodery ACELP
- Kształtowanie widma szumu kwantyzacji
- Wokoder predykcyjny
- Porównanie koderów mowy
- Zadania obliczeniowe
- Literatura
- Estymacja i redukcja zakłóceń w sygnale mowy, Adam Borowicz
- Mowa zakłócona szumem addytywnym
- Metody estymacji szumu
- Detektory mowy
- Metoda minimum statystyki
- Nieliniowy estymator widma szumu
- Metoda MCRA
- Jednokanałowe metody redukcji szumu
- Metoda różnic widmowych i filtr Wienera
- Estymatory STSA i Log-STSA
- Metody podprzestrzeni sygnału
- Metody motywowane percepcyjnie
- Zaawansowane metody redukcji szumu
- Zadania
- Literatura
- Automatyczne rozpoznawanie mowy, Ryszard Makowski, Paweł Świętojański, Robert Wielgat
- Wprowadzenie
- Czym jest automatyczne rozpoznawanie mowy?
- Poziomy i warianty automatycznego rozpoznawania mowy
- Idea systemu rozpoznawania mowy
- Mowa i sygnał mowy
- Generowanie sygnału mowy i jego losowy charakter
- Jednostki lingwistyczne mowy
- Fonemy mowy polskiej
- Baza nagrań do uczenia systemu ASR
- Parametryzacja sygnału mowy
- Wstępne przetwarzanie
- Podział sygnału na ramki i okienkowanie
- Cele parametryzacji sygnału mowy
- Melowe współczynniki cepstralne (MFCC)
- Inne metody parametryzacji
- Wskaźniki głośności
- Wektor obserwacji
- Dynamiczne dopasowanie czasowe
- Model akustyczny
- Dyskretne procesy Markowa
- Ukryte modele Markowa
- Zagadnienia do rozwiązania związane z HMM
- Estymacja parametrów HMM
- Rozwiązanie problemu oceny i detekcji
- Rozpoznawanie bazujące na dopasowaniu modelu
- Modelowanie kontekstu
- Model języka
- Dekoder
- Ulepszenia systemów HMM–GMM
- Trenowanie dyskryminacyjne
- Techniki adaptacji i kompoensacji w ASR
- Aktualne trendy badań
- Podprzestrzenne GMM
- Sztuczne sieci neuronowe w ASR
- Narzędzia do rozpoznawania mowy
- HTK
- Kaldi
- Podsumowanie i wybrany przykład rozpoznawania
- Zadania
- Literatura
- Wprowadzenie
- Kompresja sygnałów fonicznych, Maciej Bartkowiak
- Dźwięk a sygnał foniczny
- Percepcja dźwięku przez człowieka
- Wprowadzenie do zagadnienia kompresji
- Kodowanie widmowe
- Kodowanie podpasmowe
- Kodowanie transformatowe
- Kodowanie psychoakustyczne
- Rodzina technik kompresji MPEG Audio
- MPEG Audio warstwy 1 i 2
- MPEG – Audio warstwa 3 (MP3)
- Kodowanie dźwięku przestrzennego w MPEG-1 i MPEG-2 (warstwy 1, 2, 3)
- Zaawansowane kodowanie dźwięku (AAC) w technikach MPEG-2 Audio i MPEG-4 Audio
- MPEG-4 HE-AAC i HE-AACv2, czyli algorytmy zaawansowanego kodowania dźwięku o dużej efektywności
- MPEG Surround – kompresja dźwięku dookólnego
- Jednolite kodowanie mowy i muzyki – MPEG-D USAC
- Porównanie technik MPEG Audio
- Literatura
- Ocena jakości sygnałów fonicznych, Jakub Rachwalski, Maciej Bartkowiak
- Wprowadzenie
- Miary jakości dźwięku
- Metody subiektywne
- Metody obiektywne
- Metody sygnałowe
- Metody parametryczne
- ABC – metoda oceny subiektywnej BS.1116
- Metoda subiektywnej oceny jakości MUSHRA
- PEAQ – algorytm obiektywnej oceny jakości fonii
- Obliczenia modelu psychoakustycznego B
- Obliczenia modelu psychoakustycznego A
- Adaptacja wzorów pobudzeń
- Miara modulacji i głośności
- Wyznaczanie zmiennych modelu
- Obliczenie estymowanej jakości dźwięku
- Weryfikacja
- PESQ – algorytm obiektywnej oceny jakości mowy
- Kalibracja głośności
- Filtrowanie IRS
- Dopasowywanie czasowe sygnałów
- Reprezentacja w dziedzinie częstotliwości
- Obliczanie gęstości widmowej mocy w skali barkowej
- Obliczanie gęstości głośności
- Obliczanie gęstości zaburzeń
- Modelowanie efektu asymetrii
- Sumowanie zaburzeń w dziedzinie częstotliwości
- Ponowne dopasowanie sygnałów
- Sumowanie zaburzeń w czasie i obliczanie końcowego wyniku
- Parametryczny E-model ITU-T
- Bibliografia
- Macierze mikrofonowe i głośnikowe, Daniel Król
- Wprowadzenie
- Liniowe macierze mikrofonowe
- Charakterystyka kierunkowa
- Aliasing przestrzenny
- Macierze kombinowane
- Sterowanie wiązką
- Algorytm Delay-Sum
- Algorytm Filter-Sum
- Lokalizacja źródła dźwięku
- Lokalizacja pojedynczego źródła dźwięku
- Lokalizacja kilku źródeł dźwięku
- ledzenie źródła dźwięku
- Przykłady zastosowań macierzy mikrofonowych
- Poprawa SNR
- Separacja źródeł dźwięku
- Podstawy adaptacyjnego kształtowania wiązki
- Algorytm Frosta
- Uogólniona metoda tłumienia listków bocznych
- Macierze głośnikowe
- Literatura
- Kompresja obrazów, Marek Domański
- Reprezentacje obrazów w systemach cyfrowych
- Wprowadzenie do kompresji obrazów
- Normalizacja w zakresie kompresji
- Ogólny schemat technik kompresji
- Kompresja bezstratna obrazów nieruchomych
- Kompresja stratna pojedynczych obrazów
- Podstawowe pomysły wykorzystywane w kompresji międzyobrazowej obrazów ruchomych
- Estymacja ruchu
- Makroblok i jednostka kodowania
- Predykcja międzyobrazowa z kompensacją ruchu
- Obrazy typu B
- Generacje technik kompresji wizji
- Kompresja obrazu w technice AVC
- Podsumowanie
- Literatura
- Obiektywne pomiary jakości sekwencji wizyjnych, Michał Grega, Lucjan Janowski, Mikołaj Leszczuk, Zdzisław Papir
- Quality of Experience i jakość sekwencji wizyjnych
- Subiektywne metody pomiaru jakości sekwencji wizyjnych
- Obiektywne metody pomiaru jakości sekwencji wizyjnych
- Podstawowe metryki jakości
- Metryka PSNR
- Metryki oparte na analizie pakietów
- Zaawansowana metryka VQM
- Inne, znane standardy metryk
- Perspektywy pomiarów jakości usług
- Zadania
- Literatura
- Quality of Experience i jakość sekwencji wizyjnych
- Zaawansowane algorytmy analizy częstotliwościowej sygnałów, Tomasz P. Zieliński
- Wprowadzenie
- Znaczenie analizy częstotliwościowej
- Model analizowanego sygnału
- Dekompozycja EVD i SVD macierzy
- Metoda składowych głównych PCA
- Demodulacja sygnału filtrem Hilberta
- Estymacja widmowa metodą liniowej predykcji
- Sygnał jednoskładnikowy
- Sygnał wieloskładnikowy
- Estymacja liczby składowych sinusoidalnych sygnału
- Interpretacja korelacyjna równań predykcji
- Metody zaawansowane – dalsza walka z szumem
- Estymacja widmowa metodą podprzestrzeni
- Metoda ESPRIT
- Porównanie metod
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Dodatek. Estymacja amplitudy i fazy
- Wprowadzenie
- Kodowanie korekcyjne błędów, Andrzej R. Pach, Piotr Chołda
- Wprowadzenie
- Kody wykrywające i korygujące błędy
- Kody liniowe
- Kody wielomianowe
- Kody wielomianowe – wstęp
- Kody cykliczne
- Kody splotowe
- Konkatenacja kodów
- Konkatenacja szeregowa
- Konkatenacja równoległa
- Podsumowanie
- Zadania
- Literatura
- Podstawy transmisji radiowej, Wiesław Ludwin, Jacek Wszołek, Tomasz Zieliński
- System łączności radiowej
- Urządzenia częstotliwości pośredniej
- Szumy w systemie łączności radiowej
- Podstawy
- Szum termiczny – szum własny odbiornika
- Temperatura szumowa anteny
- Wybrane modele matematyczne torów radiowych
- Analiza systemów łączności opartych na wybranych modelach matematycznych kanałów radiowych
- System łączności oparty na modelu kanału AWGN
- Uproszczony model transmisji radiowej przez kanał AWGN w paśmie podstawowym
- Model matematyczny systemu radiowego pasma podstawowego wykorzystujący kanał FNFC zanikiem płaskim
- Model matematyczny systemu radiowego pasma podstawowego wykorzystujący kanał FSFC z zanikiem selektywnym
- Program w środowisku MATLAB – koło ratunkowe
- Zadania
- Literatura
- Podstawy szerokopasmowej transmisji przewodowej, Jarosław Bułat
- Wprowadzenie
- Transmisja OFDM/DMT
- ADSL – przykładowy modem
- Matematyczny model transmisji
- Symulacyjny model symulacyjny
- Wybrane elementy modemu oraz zjawiska występujące w szerokopasmowej transmisji przewodowej
- Przykładowe charakterystyki kanału
- Estymacja kanału komunikacyjnego
- Interferencje międzysymbolowe ISI
- Korektor czasowy TEQ
- Interferencje międzykanałowe ICI
- Przesłuchy
- Zakłócenia addytywne
- AWGN
- NBI
- Porównanie różnych implementacji szerokopasmowej transmisji przewodowej
- Literatura
- Przetwarzanie sygnałów w systemach MIMO, Paweł Turcza
- Wprowadzenie
- Model transmisji w systemie MIMO
- Przepustowość kanału MIMO
- Architektura BLAST
- Algorytmy odbiorcze
- Algorytm ML
- Algorytm ZF
- Algorytm MMSE
- Algorytm MRC
- Algorytmy iteracyjne
- Kodowanie przestrzenno-czasowe
- Zadanie
- Literatura
- Telefonia cyfrowa LTE 4G, Jarosław Bułat
- Wprowadzenie
- Podstawowe cechy LTE
- Transmisja do abonenta
- Transmisja od abonenta
- Ramka transmisyjna
- Antena
- Pasmo transmisyjne
- Zakłócenia
- Przyszłość standardu LTE
- LTE dla służb bezpieczeństwa publicznego i ratownictwa
- Wybrane symulator LTE
- Literatura
- Zakończenie
Część I. Podstawy
Część II. Multimedia
Część III. Transmisja