dsp_2554_1

1

EEET0485

Digital Signal Processing

การประมวลผลสัญญาณดจิติอล การประมวลผลสัญญาณดจิติอล

รศ. ดร. พรีะพล ยวุภษูิตานนท์

ภาควชิาวศิวกรรมอเิล็กทรอนกิส์

DSP1-1CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing http://embedsigproc.wordpress.com Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

Course Outline

1 Introduction and Applications of DSP

2 Discrete-time signals and systems

3 Discrete-time Fourier Transform (DTFT)

4 Z-transform

5 Discrete Fourier Transform (DFT)5 Discrete Fourier Transform (DFT)

6 Fast Fourier Transform (FFT)

7 Digital Filter Structure

8 Finite Impulse Response (FIR) filter

9 Infinite Impulse Response (IIR) filter

10 Multi-rate signal processing


ตาํรา

• ตาํราหลกั • ตาํราประกอบ


การวดัผล

•คะแนนอภปิราย 5%,

•คะแนนปฏบิตั ิ20 %,

• 25%, •คะแนนสอบกลางภาค 25%,

•คะแนนสอบปลายภาค 50%


Course Website

• http://embedsigproc.wordpress.com/dsp-lecture-page/


INTRODUCTION AND

APPLICATIONS OF DSPAPPLICATIONS OF DSP


Digital Signal Processing

• Digital Signal Processing กระบวนการทางดจิติอล (บวก ลบ คณู หาร) ทีช่วยหาความหมายของสญัญาณ (signals) ทีไ่มสามารถเขาใจไดดวย ตา หูจมกู ลิน้ สมัผสัจมกู ลิน้ สมัผสั

• สญัญาณสญัญาณสญัญาณสญัญาณ (Signals) : คอื การแปรรูปของพลงังานทีท่ ัง้มองเห็น และ มองไมเห็น ไดยนิและไมไดยนิ สมัผสัไดและสมัผสัไมได ใหเป็นปรมิาณทางไฟฟ า– สญัญาณเรดาร เสยีงพูด เสยีงเพลง เสยีงปลาวาฬ

อนิฟราเรด คลืน่สญัญาณโทรศพัท คลืน่สนึามิ etcDSP1-7CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing

http://embedsigproc.wordpress.com Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

DSP Timeline

Analog Systems and Mechanical Devices

Digital Computers Simulate Signal Before implementation

Cooley and Tukey rediscovered Fast Fourier Transform

IC Technology advancements led to fast fixed-point DSP

CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing http://embedsigproc.wordpress.com Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

DSP1-8

1950

implementation

1965

DSP

1980

DSP Applications

• Communications

• Biomedical Imaging

• Robotics

• Industry• Industry

• Entertainment

• Military


Radar

• ระบบเรดาร ใชในการหาระยะทางของวตัถุ จากการนบัการหนวงเวลา (delay) ของสญัญาณทีร่บัไดเทยีบกบัที่สงออกไปสัญญาณที่สงออกไปสัญญาณที่สงออกไป

สัญญาณทีร่บัเขามาสัญญาณทีร่บัเขามา


Transmitted and Received Sine Radar

Signal

• สญัญาณสงไป 1 รูปคลืน่ • สญัญาณทีร่บัไดโดยไมม ีNoise


DSP1-11

กรณีนี้ กรณีนี้ งาย งาย เพราะ ดูดวย เพราะ ดูดวย ตาเปลาตาเปลา ((จากเครื่องมือวัดเชน สโคปจากเครื่องมือวัดเชน สโคป))ก็เห็นชัดวาคาการหนวง เปนเทาใดก็เห็นชัดวาคาการหนวง เปนเทาใด

Correlation

• การทาํ Correlation คอืการหา ความคลายกนั ของสองสญัญาณ

• สญัลกัษณ ของการ Correlation คอื

• การกระทาํ คอื การคณูและบวก (หรือ Integration) • การกระทาํ คอื การคณูและบวก (หรือ Integration)

BB

CCAA

BB

AA

X ∑=


Detected Radar Signal

No Noise

• เราใช Correlation ในการกาํหนดระยะทางจากการสะทอนของสญัญาณเรดาร กรณีไมม ีNoise

AA

BBDSP1-13CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing


Received Radar with Noise

• หากสญัญาณทีร่บัไดถกูหนวง และ ปนดวย Noise จะดยูาก

++==

• สญัญาณขางบนนี้ มคีวามหมาย ทีม่องไมไดดวยตาเปลา

• แตเราดงึความหมายของสญัญาณออกมาไดจากการกระทาํ(Operation) ตางๆ ในการประมวลผลสญัญาณดจิติอล

++Noise Noise

==


Detected Radar Signal

With Noise

• ผลลพัธของการทาํ Correlation คอื การทราบวาตาํแหนงสงูสดุ คอื ตาํแหนง delay กรณีไมม ีNoise

AA CCAA

BBDSP1-15CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing


CT Scanner Development

Computed Tomography, Thorsten M. Buzug


Magnetic Resonance Imaging (MRI)

• เป็นเครือ่งมอืสาํหรบัถายภาพอวยัวะภายในของมนุษยโดยไมตองอาศยัการผาตดั


2-D Ultrasound Imaging


3-D Ultrasound Imaging


Image Processing: Restoration


Image Processing: Resampling


Pattern recognition


Image Processing: Fault Detection


Classification

Classification, Parameter Estimation andState Estimation, F. van der Heijden Et al.DSP1-24CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing


Quality Inspection


เซนเซอร์แบบอาร์เรย์แบบลากจูง (Towed array sensor)

เป็นระบบตรวจจบัสญัญาณ ทีCเรยีกวา่ระบบ SONAR (Sound navigation and ranging) เพืCอตรวจจบัวา่ มวีตัถุ หรอื ยานพาหนะใดๆของฝา่ยตรงขา้มอยูใ่นรศัมทีาํการหรอืไมแ่ละอยูใ่นทศิทางไหน


A mid-frequency cylindrical array on the

bow of a surface ship


DSP in Robotics


Robot Localisation

Probabilistics RobotsSebastian THRUNWolfram BURGARDDieter FOX


Robot Localisation

t=0t=0

Excerpted from “A brief Introduction to Particle Filters”, Michael Pfeiffer, http:// www.igi.tugraz.at/pfeiffer/documents/particlefilters.pdf


Robot Localisation

t=1t=1



Robot Localisation

t=2t=2



Robot Localisation

t=3t=3



Robot Localisation

t=4t=4



Robot Localisation

t=5t=5



Rhino: Guide Tour Robot

Probabilistics RobotsSebastian THRUNWolfram BURGARDDieter FOX


Mobile Communications

• ระบบโทรศพัทเ์คลื�อนที�


DSP1-37

• สญัญาณวิ�งผา่น Channel

• เรียก channel แบบมีหลายๆ เส้นทางวา่Multipath channel

11 22

โมเดลของช่องการสื"อสารสัญญาณ

• เราโมเดลชองทางสือ่สารดวยระบบ FIR

Multipath Channel

(FIR)


Equalisation

• ตวัปรบัแตงสญัญาณทาํหนาที ่“ดดั”สญัญาณกลบัคนื

Multipath

Channel Equaliser


วงจรปรับแต่งสัญญาณ (Equaliser)


Training bits for GSM


DSP1-41

การปรับตวัของอีควอไลเซอร์


Seismographic Earthquake


DSP PROCESSORS


DSP1-44

DSP Processors

Analog Devices Texas Instruments


DSP1-45

Analog Devices Texas Instruments

FreescaleARM

Application Specific DSP


DSP1-46

Inside there is ….. A dsp processor

DSP Processor Application

http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/processors/customer-case-studies/lifesaving_spider_robots_on_the_move/resources/fca.html


DSP Processor Application II

• That's why now, when Fishman has a digital product, we are using Blackfin. No other processor we compared processor we compared could match the power efficiency." – David Fournier,Director of Product Development, Fishman


DSP Processor Application III

• "...This high-level approach with ready-to-use mathematical analysis blocks and graphical blocks and graphical multitasking enabled the designers to deal with high levels of system complexity, and move to the next level of digital embedded design"

• - Marco Schmid Schmid Engineering

http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/processors/customer-case-studies/Schmid_Engineering_Rail_Monitor/resources/fca.html


LabVIEW for DSP


DSP1-50

Scorpion Robot Lego Mindstorm

• See Video


DSP1-51

LabVIEW Start Page


DSP1-52

Front Panel (FP)


DSP1-53

Block Diagram (BD)


DSP1-54

Numeric


DSP1-55

BD and FP


DSP1-56


DSP1-57


DSP1-58


DSP1-59

While Loop


DSP1-60

While Loop


DSP1-61

Timer


DSP1-62

Case


DSP1-63

Result


DSP1-64

Finalised


DSP1-65

Powered by LabVIEW


DSP1-66

BRIEF INTRODUCTION TO

SIGNALS AND SYSTEMS SIGNALS AND SYSTEMS


DSP1-67

Continuous-Time vs. Discrete-Time Signals

Continuous time,

Continuous Amplitude

1( )x t

t

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

Discrete time ,

Continuous Amplitude

t

2( )x t

t


Sampled Signal

1( )x t 2( )x t

t nT=0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T t

InputInput Sampled Sampled

OutputOutput


สัญญาณแบบอื"นๆ

001

010

011100101


Discrete time,

Discrete Amplitude

3( )x t

t

4( )x t

001

010

011100101



Continuous time,

Continuous Amplitude,

Uniform time steps

Continuous time,

Discrete Amplitude

Uniform time steps

t

5( )x t

t


ขอ้ดี ขอ้เสีย

1. ความแมนยาํสงู (Accuracy)2. ความสามารถในการทาํซํา้

(Reproducibility)

1. ความเร็วในการทาํงานตํา่ (< 10 MHZ)

2. ราคาสงู

ข้อด ีข้อเสีย ของ Digital Signal Processing

(Reproducibility)3. ความทนทานตอการเปลีย่นแปลง

อณุหภูม ิและ อายใุชงาน มีความเชือ่ถือได

4. มีความยดืหยุน (Flexibility) ในการเปลีย่นแปลงพารามเิตอร ดดัแปลงใหใชงานไดหลากหลาย

2. ราคาสงู3. เวลาทีใ่ชในการออกแบบมาก4. มีปญัหาของความยาวการเก็บ

ขอมูลทีจ่าํกดั (Finite word length)


สรุป

• Digital Signal Processing คอื กระบวนการทางดจิติอล บวก ลบ คณู หาร สญัญาณดจิติอล ทีช่วยหาความหมายของสญัญาณ (signals) ทีไ่มสามารถเขาใจไดดวย ตา หู จมกู ลิน้ สมัผสัไดดวย ตา หู จมกู ลิน้ สมัผสั

• เราสามารถใชคอมพวิเตอร หรือ DSP processor ในการสรางอลักอรธิมึได


dsp_2554_1

Education

sine radar signal

image processing

noise noise

course website http

dft6 fast fourier

devicesbefore fourier

systems3 discretetime

course outline1 introduction