Katalog ECTS - Politechnika Warszawska

Drukuj Eksport do pliku (MS Word)

Nazwa przedmiotu:

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów fonicznych

Koordynator przedmiotu:

Zbigniew Kulka

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia II stopnia

Program:

Telekomunikacja

Grupa przedmiotów:

Przedmioty techniczne - zaawansowane

Kod przedmiotu:

CPSF

Semestr nominalny:

4 / rok ak. 2015/2016

Liczba punktów ECTS:

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

<ol> <li>Udział w wykładach: 30h</li> <li>Przygotowanie do wykładów: 13h </li> <li>Przygotowanie do laboratorium: 10h</li> <li>Realizacja zadań laboratoryjnych: 18h</li> <li>Opracowanie sprawozdań z laboratorium: 10h</li> <li>Przygotowanie do egzaminu: 16h</li> <li>Obecność na egzaminie: 3h</li> </ol> SUMA: 100h ECTS: 4

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

<ol> <li>Udział w wykładach: 30h</li> <li>Realizacja zadań laboratoryjnych: 18h</li> <li>Obecność na egzaminie: 3h</li> </ol> SUMA: 51h ECTS: 2

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

<ol> <li>Realizacja zadań laboratoryjnych: 18h</li> <li>Opracowanie sprawozdań z laboratorium: 10h</li> </ol> SUMA: 28h ECTS: 1

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

Wykład30h
Ćwiczenia0h
Laboratorium15h
Projekt0h
Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Wymagana wiedza z zakresu przedmiotu Podstawy Techniki Dźwiękowej (PTD). Zalecana wiedza z przedmiotów: Laboratorium Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów (LCPS) oraz Procesory Sygnałowe w Technice Audio (PSTA).

Limit liczby studentów:

TODO

Cel przedmiotu:

<ol> <li>Ukierunkowanie wiedzy studentów z zakresu cyfrowego przetwarzania sygnałów na zastosowanie przy przetwarzaniu sygnałów fonicznych.</li> <li>Zapoznanie studentów z teoretycznym i praktycznym zastosowaniem cyfrowego przetwarzania sygnałów fonicznych, głównie sygnałów muzyki, z uwzględnieniem akustycznych zjawisk fizycznych i ograniczeń percepcji słuchowej oraz efektów psychoakustycznych </li> </ol>

Treści kształcenia:

WYKŁAD: <ol> <li>Sygnały i systemy foniczne (2 g.): analogowe i cyfrowe sygnały foniczne oraz ich reprezentacje w dziedzinach czasu i częstotliwości. Cyfrowe systemy foniczne konsumenckie i studyjne. Media pamięciowe. Tor foniczny i typowe operacje na sygnale. Wpływ ograniczeń percepcji słuchowej na projektowanie cyfrowych systemów fonicznych. Porównanie analogowych i cyfrowych systemów fonicznych.</li> <li>Modulacja kodowo-impulsowa (PCM –pulse-code modulation) (4 g.) Próbkowanie idealne i rzeczywiste sygnałów fonicznych ograniczonych pasmowo. Jitter próbkowania. Kwantowanie równomierne (liniowe) i błąd kwantowania. Szum kwantowania i szum granulacyjny. Stosunek sygnału do szumu i dynamika. Dithering. Nadpróbkowanie. Kształtowanie widma szumu kwantowania bez nadpróbkowania.</li> <li>Modulacja sigma-delta (SDM – sigma-delta modulation) (4 g.) Modulacja delta (Δ) i modulacja sigma-delta (ΣΔ). Kształtowanie widma szumu kwantowania z nadpróbkowaniem . Kilkubitowe, nalogowe i cyfrowe modulatory ΣΔ. Wpływ rzędu modulatora na skuteczność kształtowania widma szumu kwantowania , struktury modulatorów różnych rzędów, problem stabilności. Jitter zegarowy. Zniekształcenia tonalne w modulatorach ΣΔ i zastosowanie sygnału dithera.</li> <li>Foniczne filtry cyfrowe (2 g.) Filtry bierne i czynne, analogowe i cyfrowe. Filtry cyfrowe NOI i SOI oraz ich właściwości. Zarys metod projektowania filtrów cyfrowych. Cyfrowe filtry decymacyjne i interpolacyjne. Konwertery szybkości próbkowania, synchroniczne i niesynchroniczne. Filtry NOI i SOI spaczone (audio warped digital filters) i ich zastosowanie.</li> <li>Foniczne przetworniki analogowo-cyfrowe (a/c) i cyfrowo-analogowe (c/a) (4 g.) Parametry statyczne i dynamiczne przetworników a/c i c/a. Struktury, działanie i właściwości przetworników a/c i c/a konwencjonalnych (PCM) oraz sigma-delta (SDM). Zalety i wady stało- oraz zmiennoprzecinkowej reprezentacji danych cyfrowych.</li> <li>Kodowanie protekcyjne i kanałowe (2 g.) Źródła błędów, błędy przypadkowe i seryjne. Kodowanie i dekodowanie protekcyjne. Detekcja i korekcja błędów. Kody protekcyjne. Kody proste i złożone. Kodowanie i dekodowanie kanałowe (modulacja i demodulacja cyfrowa). Kody dwufazowe.</li> <li>Transmisja cyfrowych sygnałów fonicznych (1 g.) Podstawowe standardy transmisyjne S/PDIF oraz AES/EBU (AES 3). Sposoby dystrybucji cyfrowych sygnałów fonicznych. Formaty wielokanałowe (MADI, ADAT, TDIF i inne).</li> <li>Kompresja danych fonicznych (2 g.) Bezstratna kompresja danych (predykcja liniowa, kodowanie entropii). Stratna kompresja danych (kodowanie percepcyjne, modele psychoakustyczne, kodowanie w dziedzinach czasu i częstotliwości). Algorytmy bezstratnej i stratnej kompresji danych fonicznych. Algorytmy silnej kompresji stratnej.</li> <li>Jitter w systemach audio (1 g.) Rodzaje błędów czasowych. Jitter w dziedzinach czasu i częstotliwości. Jitter próbkowania i jitter interfejsowy. Jitter zegarowy (szum fazowy generatora zegarowego). Metody pomiaru i redukcji jittera.</li> <li>Korekcja charakterystyk częstotliwościowych (2 g.) Cyfrowe filtry dolno- i górnoprzepustowe, półkowe, tarasowe oraz parametryczne. Korektory graficzne i parametryczne. Efekty lkwantyzacyjne. Banki filtrów. Skalowanie.</li> <li>Symulacja warunków akustycznych pomieszczeń (2 g.) Pomiar odpowiedzi impulsowej pomieszczenia. Struktura czasowa odbić w pomieszczeniu. Mody własne pomieszczenia. Symulacja wczesnych odbić. Symulacja późnych odbić (pogłosu). Systemy sieci opóźnieniowych.</li> <li>Dynamiczna regulacja wzmocnienie (2 g.) Typowy system dynamicznej regulacji wzmocnienia (DRC - dynamic range control). Charakterystyka statyczna. Charakterystyka dynamiczna. Regulacja głośności, miksowanie, panoramowanie. Kompresor i ogranicznik. Ekspander i bramka szumowa.</li> <li>Przykłady praktycznych implementacji algorytmów CPSF (2 g.) Zastosowanie procesorów sygnałowych o architekturze harwardzkiej. Użyteczne bloki konstrukcyjne sprzętowo/programowe. Realizacje cyfrowych efektów dźwiękowych. oraz dynamicznej obróbki sygnałów. Wybrane cyfrowe urządzenia i systemy foniczne (zapis i odtwarzanie danych z mediów pamięciowych, przedwzmacniacze i wzmacniacze cyfrowe, cyfrowe zwrotnice głośnikowe, itp.)</li> </ol> LABORATORIUM: <ol> <li>Prezentacja nagrań muzycznych zapisanych cyfrowo w różnych formatach Omówienie wybranych aspektów cyfrowego przetwarzania sygnałów w torze fonicznym od mikrofonu do głośnika. Dźwiękowa prezentacja nagrań muzycznych zarejestrowanych w różnych formatach cyfrowych. Prezentacja nagrań muzycznych zarejestrowanych na nośnikach analogowych. Dyskusja na temat jakości zaprezentowanych nagrań muzycznych na nośnikach cyfrowych i analogowych.</li> <li>Projektowanie filtrów cyfrowych o stałej częstotliwości próbkowania Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z procedurą projektowania fonicznych filtrów cyfrowych o stałej częstotliwości próbkowania za pomocą specjalizowanego programu komputerowego QEDesign firmy MDS. Zadanie ćwiczących polega na zaprojektowaniu filtrów dolno- i górnoprzepustowego o liniowych fazach za pomocą algorytmu Parksa-McClellana o zadanych parametrach i ocenie uzyskanych charakterystyk (amplitudowej, odpowiedzi impulsowej i jednostkowej). Dalsza część zadania obejmuje obliczenie opóźnień grupowych filtrów, zmianę kwantyzacji współczynników filtru i ponowną ocenę charakterystyk amplitudowych ze szczególnym zwróceniem uwagi na tłumienie w pasmach zaporowych i falistość w pasmach przepustowych. Ćwiczący mają obowiązek przygotowania wniosków ze zrealizowanego zadania.</li> <li>Projektowanie filtrów cyfrowych o zmiennej częstotliwości próbkowania Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z procedurą projektowania fonicznych filtrów cyfrowych decymacyjnych i interpolacyjnych, służących m. in. do synchronicznej konwersji szybkości próbkowania fonicznych sygnałów cyfrowych. W ćwiczeniu będzie wykorzystywany program Sample Rate Conversion System v2.2 firmy MDS. Zadanie ćwiczących polega na wykonaniu projektów filtrów decymacyjnego i interpolacyjnego o zadanych parametrach. Projekty będą porównywane pod kątem uzyskanych charakterystyk i długości filtrów. Ćwiczący mają obowiązek przygotowania wniosków ze zrealizowanego zadania.</li> <li>Przetwarzanie i generacja cyfrowych sygnałów fonicznych Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z procesami przetwarzania i generacji cyfrowych sygnałów fonicznych z zastosowaniem programu komputerowego Adobe Audition 3.0 firmy ADOBE. Ćwiczenie polega m. in. na badaniu wpływu sygnału dithera o wybranej wartości międzyszczytowej i funkcji PDF na widmo amplitudowe generowanych sygnałów, pomiarze jittera w sygnale cyfrowym na podstawie analizy prążków modulacyjnych widma amplitudowego, zapoznaniu się z metodą usuwania szumu i zakłóceń ze starych nagrań oraz różnymi przekształceniami sygnału w dziedzinach amplitudy i czasu. Ćwiczący mają obowiązek przygotować sprawozdanie ze zrealizowanych zadań.</li> </ol>

Metody oceny:

<ol> <li>WL1, WL2, WL3 - krótkie kolokwia sprawdzające przed rozpoczęciem laboratorium nr 2, 3 oraz 4.</li> <li>L1, L2, L3 - raporty z wykonania zadań laboratoryjnych w postaci sprawozdań sporządzonych zgodnie z instrukcjami laboratoryjnymi do ćwiczeń 2, 3 oraz 4</li> <li>E - Egzamin pisemny.</li> </ol>

Egzamin:

tak

Literatura:

<ol> <li>K. Benson, Audio engineering handbook, McGraw Hill, 1988</li> <li>K. C. Pohlman, Principles of digital audio, McGraw Hill, 2005</li> <li>U. Zolzer, Digital audio signal processing, John Wiley & Sons, 1998</li> <li>Z. Kulka, A. Libura, M. Nadachowski, Przetworniki a/c i c/a, WKŁ, Warszawa, 1987</li> <li>A. Czyżewski, Dźwięk cyfrowy, AOW EXIT, Warszawa, 1998</li> <li>W. Skarbek, Multimedia, algorytmy i standardy kompresji, AOW PLJ, Warszawa, 1998</li> <li>J. M. Wojciechowski, Sygnały i systemy, WKŁ, Warszawa, 2008</li> <li>R. G. Lyons, Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów, WKŁ, Warszawa, 2010</li> <li>J. Szabatin, Podstawy teorii sygnałów, WKł, Warszawa, 2000</li> <li>S. W. Smith, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, Wydawnictwo BTC, Warszawa, 2007</li> </ol>

Witryna www przedmiotu:

www.ire.pw.edu.pl/zea

Uwagi:

Przedmiot prowadzony jest co semestr

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt W1: Posiada uporządkowaną wiedzę o właściwościach cyfrowych sygnałów i systemów fonicznych, kodowaniu protekcyjnym i kanałowym danych fonicznych, standardach transmisyjnych cyfrowych sygnałów fonicznych, a także ma uporządkowaną wiedzę o algorytmach bezstratnej i stratnej kompresji danych fonicznych.
Weryfikacja: Egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W03, K_W06, K_W07, K_W08, K_W10, K_W13
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W02, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W05
Efekt W2: Posiada szczegółową wiedzę na temat struktur, działania, właściwości oraz parametrów statycznych i dynamicznych konwencjonalnych, fonicznych przetworników analogowo-cyfrowych (a/c) i cyfrowo-analogowych (c/a) działających z wykorzystaniem modulacji impulsowo-kodowej (PCM) oraz fonicznych przetworników a/c i c/a sigma-delta działających z wykorzystaniem modulacji sigma-delta (SDM), a także ma uporządkowaną wiedzę na temat rodzajów błędów czasowych w cyfrowych systemach fonicznych (np. jittera).
Weryfikacja: Egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W03, K_W04, K_W05, K_W06, K_W07, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W02, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W07
Efekt W3: Posiada szczegółową wiedzę na temat fonicznych filtrów cyfrowych o stałej i zmiennej częstotliwości próbkowania oraz wiedzę o ich zastosowaniu m.in. w strukturach korektorów charakterystyk częstotliwościowych (graficznych i parametrycznych).
Weryfikacja: Egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W03, K_W04, K_W06, K_W07, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W02, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W07
Efekt W4: Posiada ugruntowaną wiedzę na temat symulacji warunków akustycznych pomieszczeń, systemów dynamicznej regulacji wzmocnienia (DRC) oraz wiedzę dotyczącą stosowania procesorów sygnałowych do realizacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów fonicznych.
Weryfikacja: Egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W03, K_W04, K_W05, K_W06, K_W07, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01, T2A_W02, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W04, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt U1: Potrafi zaprojektować foniczne filtry cyfrowe o stałej częstotliwości próbkowania za pomocą specjalizowanego programu komputerowego, ocenić uzyskane charakterystyki: częstotliwościowe (amplitudowe i fazowe), odpowiedzi impulsowej i jednostkowej, a także zaproponować realizację filtrów w arytmetyce stałoprzecinkowej, która spełnia wymagania projektowe.
Weryfikacja: Sprawozdanie z wykonania zadań laboratoryjnych ćwiczenia nr 2
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U02, K_U06, K_U07, K_U08, K_U09, K_U10
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U01, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U02, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U12, T2A_U13, T2A_U05, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15
Efekt U2: Potrafi zaprojektować foniczne filtry cyfrowe o zmiennej częstotliwości próbkowania (filtry interpolacyjne i decymacyjne) za pomocą specjalizowanego programu komputerowego, ocenić uzyskane charakterystyki częstotliwościowe oraz zaproponować układ synchronicznego konwertera szybkości próbkowania fonicznych sygnałów cyfrowych.
Weryfikacja: Sprawozdanie z wykonania zadań laboratoryjnych ćwiczenia nr 3
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U02, K_U06, K_U07, K_U08, K_U09, K_U10
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U01, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U02, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U12, T2A_U13, T2A_U05, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15
Efekt U3: Potrafi zbadać wpływ sygnału dithera na widmo amplitudowe generowanych sygnałów fonicznych, zmierzyć jitter w sygnale cyfrowym na podstawie analizy prążków modulacyjnych widma amplitudowego, wykorzystać algorytmy redukcji poziomu szumu do „oczyszczania” starych nagrań dźwiękowych z szumu i zakłóceń oraz wykorzystać różne metody przekształcania sygnału fonicznego w dziedzinach amplitudy i czasu stosowane w technice studyjnej.
Weryfikacja: Sprawozdanie z wykonania zadań laboratoryjnych ćwiczenia nr 4
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U02, K_U06, K_U07, K_U08, K_U09, K_U10
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U01, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U02, T2A_U03, T2A_U04, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U12, T2A_U13, T2A_U05, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt K1: Potrafi zaplanować oraz zrealizować harmonogram prac laboratoryjnych poprzez odpowiedni podział obowiązków w grupie.
Weryfikacja: Sprawozdania z wykonania zadań laboratoryjnych nr 2, 3 i 4
Powiązane efekty kierunkowe: K_K02
Powiązane efekty obszarowe: T2A_K07

PolitechnikaWarszawskaKatalogECTS

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Politechnika
Warszawska
Katalog
ECTS