DT1120/DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Relevanta dokument
DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

2F1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

Spektrala Transformer

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1. Frekvensfunktioner FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM. x(n)= Asin(Ωn)

Kompletterande räkneuppgifter i Spektrala Transformer Komplex analys, sampling, kvantisering, serier och filter Laura Enflo & Giampiero Salvi

1. Vi har givet två impulssvar enligt nedan (pilen under sekvenserna indikerar den position där n=0) h 1 (n) = [ ]

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Tentamen i ESS 010 Signaler och System E3 V-sektionen, 16 augusti 2005, kl

Signal- och bildbehandling TSBB03

TIDSDISKRETA SYSTEM SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System. Tillämpad Fysik och Elektronik 1

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Signal- och bildbehandling TSBB03

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Signal- och bildbehandling TSBB14

Miniräknare, formelsamling i signalbehandling.

Digital Signalbehandling i Audio/Video

Signal- och bildbehandling TSEA70

SF1635, Signaler och system I

Impulssvaret Betecknas h(t) respektive h(n). Impulssvaret beskriver hur ett system reagerar

Signal- och bildbehandling TSBB03

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet KÅRA T1 T2 U2 U4

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Signal- och bildbehandling TSBB14

Spektrala Transformer

System. Z-transformen. Staffan Grundberg. 8 februari 2016

Spektrala Transformer

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Laboration i tidsdiskreta system

Spektrala Transformer Övningsmaterial

Vad gör vi när vi bara har en mätserie och ingen elegant matematisk funktion? Spektrum av en samplad signal. Trunkering i tiden

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

RÄKNEEXEMPEL FÖRELÄSNINGAR Signaler&System del 2

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

FÖRELÄSNING 13: Analoga o p. 1 Digitala filter. Kausalitet. Stabilitet. Ex) på användning av analoga p. 2 filter = tidskontinuerliga filter

SF1635, Signaler och system I

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

TSKS21 Signaler, Information och Bilder Lab 2: Digitalisering

1. (a) Formulera vad som skall bevisas i basfallet och i induktionssteget i ett induktionsbevis av påståendet att. 4 5 n för alla n = 0, 1, 2, 3,...

2 Ortogonala signaler. Fourierserier. Enkla filter.

7. Sampling och rekonstruktion av signaler

TSDT15 Signaler och System

Attila Szabo Niclas Larson Gunilla Viklund Mikael Marklund Daniel Dufåker. GeoGebraexempel

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Övningsuppgifter. Digital Signal Processing. Övningar med svar och lösningar. Mikael Swartling Nedelko Grbic Bengt Mandersson. rev.

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

Miniräknare och en valfri formelsamling i signalbehandling eller matematik. Allowed items: calculator, DSP and mathematical tables of formulas

Signal- och bildbehandling TSEA70

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

5B1134 Matematik och modeller

1. Ange samtliga uppsättningar av heltal x, y, z som uppfyller båda ekvationerna. x + 2y + 24z = 13 och x 11y + 17z = 8.

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

Signal- och bildbehandling TSBB14

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

f(x) = 1 x 1 y = f(x) = 1 y = 1 (x 1) = 1 y x = 1+ 1 y f 1 (x) = 1+ 1 x 1+ 1 x 1 = 1 1 =

Signal- och bildbehandling TSEA70

Lösningar till Övningsuppgifter

Signal- och bildbehandling TSEA70

e x x + lnx 5x 3 4e x (0.4) x 0 e 2x 1 a) lim (0.3) b) lim ( 1 ) k. (0.3) c) lim 2. a) Lös ekvationen e x = 0.

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

1. Rita följande tidssekvenser. 2. Givet tidssekvensen x n i nedanstående figur. Rita följande tidssekvenser.

1.1 Den komplexa exponentialfunktionen

Signal- och bildbehandling TSBB14

DIGITALA FILTER DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

Teori... SME118 - Mätteknik & Signalbehandling SME118. Johan Carlson 2. Teori... Dagens meny

Signaler några grundbegrepp

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Signal- och bildbehandling TSEA70

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 11 oktober 2004

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

SF1658 Trigonometri och funktioner Lösningsförslag till tentamen den 19 oktober 2009

Spektrala Transformer

Elektronik 2018 EITA35

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Tentamen i Komplex analys, SF1628, den 21 oktober 2016

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik. SIGNALBEHANDLING I MULTIMEDIA, ETI265 Inlämningsuppgift 1 (av 2), Task 1 (out of 2)

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

TATM79: Föreläsning 2 Absolutbelopp, summor och binomialkoefficienter

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Spektrala Transformer

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 5. Sammanfattning av föreläsning 4 Frekvensanalys Bodediagram

6 Derivata och grafer

Fouriermetoder MVE295 - bonusuppgifter

Introduktion till Komplexa tal

FOURIERANALYS En kort introduktion

Audio & Videoteknik 2D2021, 2D1518

Transkript:

DT/DT3 Spektrala transformer Tentamen 86 Tentamen består av fem uppgifter där varje uppgift maximalt ger 4 p. Normalt gäller följande betygsgränser: E: 9 p, D:.5 p, C: 4 p, B: 6 p, A: 8 p Tillåtna hjälpmedel: räknare, formelblad (bifogat) Lycka till! En journalist följer en tävling i m sprint från åskådarplats. Under loppet tar journalisten snabbt en serie bilder med sin systemdigitalkamera med intervallet sekund. När journalisten granskar bilderna ser det ut som om vinnaren springer baklänges med en fjärdedels steg per bild, och steglängden uppskattas till meter. a Givet att löparen har samma hastighet under hela loppet, vilken tid fick vinnaren? (p) Ledning: Betrakta bilden i figur. En fots position i x-led kan approximeras med x = r sin πf. Då blir ett steg r meter långt och det går två steg på T = f. b Vad kallas fenomenet som gör att det ser ut som löparen springer baklänges? Vid vilken samplingsfrekvens uppstår detta rent generellt? Vad brukar man göra i ljuddomänen för att bli av med problemet? (p) I figur ser du ett antal filterscheman och ett antal impulssvar. Para ihop rätt schema med rätt impulssvar, med motivering. Observera att det blir ett impulssvar över. (p/ korrekt par) 3 Violetta är på Operan och gör en spontan bootleginspelning av sopranens stora aria på sin mobiltelefon. Samplingsfrekvensen är bara 8 Hz och efteråt tycker Violetta mest att det låter dåligt. Efter att ha mätt upp frekvenssvaret för mobiltelefonens mikrofon upptäcker Violetta en topp kring Hz. För att förbättra ljudkvaliteten bestämmer sig Violetta för att låta den inspelade signalen passera ett digitalt filter (se figur 3). Hjälp till att hitta de bästa värdena på filterkoefficienterna a, a och a 3, så att amplituden sänks med db vid Hz. För att undvika att filtret påverkar DC-nivån vill man även att amplituden är oförändrad vid Hz. OBS att det kan finnas flera lösningar. (4p) (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8

Figur. En löpare i profil med vinklen v = π/4 för en fjärddels steg uppmärkt. a b 5 5 5 3 c 5 5 5 4 d 5 5 5 e 5 5 5 Figur. Filter och impulssvar för ihopparande. 5 5 5 (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8

Figur 3. Violettas digitala operafilter (uppgift 3). 4 Signalen y(t) = cos 3πt + cos 3πt samplas med f s = 6Hz. Sedan skapas ett spektrum genom att beräkna N-punkters FFT av den samplade signalen. 5 a Vilken fönsterlängd N krävs om man vill kunna urskilja de två frekvenserna i spektrumet? (p) b FFT-spektrum av en ensam sinuston ger ofta vissa artefakter vid sidan om den förväntade frekvenstoppen - sk sidolober. Men för vissa frekvenser slipper man dessa, och får bara en spik omgiven av nollor. För vilka frekvenser gäller detta? Vad kan man göra för att undertrycka sidolober i ett FFT-spektrum? (p) Ett så kallat kamfilter beskrivs av ekvationen y(n) = x(n) + αx(n K) där K är ett positivt heltal, och α är ett reellt tal (kan vara negativt). a Beräkna uttrycket för frekvenssvaret H(ω) för filtret (p) b Betrakta beloppsfunktionen H(ω) - vad är det största och minsta värde beloppsfunktionen antar? Skissa H(ω) då α = och K = 4 (p) c Visa att filtrets nollställen ligger jämnt fördelade på en cirkel med radien α K (med centrum i origo). (p) i z-planet 3 (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8

Lösningar a Sampling ger: x(n) = r sin(π f f s n) Den observerade normerade vinkelfrekvensen är -/8, men eftersom löparen springer framlänges antas vikning och löparen tar alltså k + 7/8 steg per bild, där k =,,,... f/f s = k + 7/8 = (8k + 7)/8 /T = f = f s (8k + 7)/8 Löparen förflyttar sig: r meter på T/ sekunder (halv period, ett steg) 4r meter på T = 8 f s(8k+7) sekunder (hel period, ett steg med vardera fot) = 4r 4r meter på 8 f s(8k+7) 4r = rf sekunder s(8k+7) Sätt in r =, f s = och beräkna för olika k: k = ger tiden 8,6 s vilket motsvarar lågstadietävling eller handikapp OS k = ger tiden 3,3 s vilket motsvarar amatör- eller distriktnivå k = ger tiden 8,7 s vilket är s bättre än världsrekordet och anses orimligt b Fenomenet kallas vikningsdistortion och uppstår vid Nyquistfrekvensen f s /. Därför brukar man innan sampling filtera signalen med ett antiviknings/lågpass-filter som tar bort frekvenser högre än f s /. Impulssvaret för ett icke-återkopplat filter är lika med dess koefficienter h(n) = a n, vilket ger -b y(n) = x(n).75y(n ) ger H(z) = z z +.75. Det är en tvåpolsresonator med polerna z = ±j, vilket motsvarar vinkelfrekvensen ω = π/. Detta är en dämpad svängning med perioden 4 sampel, vilket stämmer på impulssvar a, c och e. vidare finns ytterligare två tvåpolsfilter: 3 och 4. Dock har polerna i detta största radien vilket ger långsammast avklingning, alltså -c. 3 som ovan men H(z) = z z + vilket ger poler i z = ±j. Samma vinkelfrekvens som filter 3 men snabbare avklingning, vilket stämmer på a och e. Filtret är dock identiskt med filter 4 sånär som på en extra fördröjning. För impulssvaren gäller att e är som a fördröjd ett steg, alltså måste paret bli 3-a 4 Resonemanget ovan ger 4-e 3 4 (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8

3 Samplingsfrekvensen f s kan ses som ett varv kring enhetscirkeln. Då motsvaras Hz av vinkeln π eftersom samplingsfrekvensen är 8 Hz. Villkor. För att DC-nivån inte ska påverkas av filtret sätter man att H(ω) = då z = e. Villkor. En amplitudsänkning med db innebär att log A A = vilket leder till att A A =. =.794 (se formelsamlingen). Alltså ska H(ω) =.794 då z = e ± jπ, Man gör en ansats H(z) = k(z re jπ jπ )(z re ) z = k(z rj)(z+rj) z där k och r är två positiva reella tal. Villkor ger att k ( rj)( + rj) = och alltså blir k = +r Villkor ger att k (j rj)(j + rj) =, 8 och alltså blir k =,8 r De båda ekvationerna för k sätts lika med varandra och man får: +r =,794 r För r < fås: r =, 794 +, 794r ger r =.339 För r > fås: r =, 8 +, 8r ger r =.954 Vi kan alltså välja om vi vill ha nollställena innanför eller utanför enhetscirkeln. Om nollställena ligger innanför enhetscirkeln (r < ) fås en lösning som bättre undantrycker frekvenser kring Hz och därför väljer vi r =.339 (att välja andra lösningen på r ger dock inget poängavdrag), vilket ger att k =, 897. Ur filterschemat: a x[n] + a x[n ] + a 3 x[n ] = y[n] ger att 4 H(z) = a + a z + a 3 z Det ansatta filtret kan skrivas om som k(z rj)(z + rj) z = k(z + r ) z = k + kr z De båda filterekvationerna skall sammanfalla, dvs k + kr z = a + a z + a 3 z vilket ger att a = k =.897, a = och a 3 = kr =.3. Ett FFT-spektrum delar in frekvensskalan från till f s i N frekvenser, motsvarande basfunktionerna i DFT-transformen (se formelsamlingen). Avståndet mellan två närliggande frekvenser i FFT n blir då f s /N. a Signalen y(t) består av frekvenserna 5 Hz och 55 Hz. Avståndet mellan dessa, 5 Hz, måste vara minst lika med f s /N för att de ska kunna studeras separat i spektrum. Alltså: f s /N 5 vilket ger N 3 b Detta uppstår för frekvenser som sammanfaller med DFT s basfunktioner, dvs f = kfs N där k är ett heltal. För att undertrycka sidolober multiplicerar man signalen med en fönsterfunktion som avtar mot intervallets kanter. 5 (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8

.5.5.5 3 3.5 Figur 4. Kamfiltrets frekvenssvar då K = 4 och α = i belopp. 5 Överföringsfunktonen blir H(z) = + αz K = zk +α z K. a Sätt in z = e jω vilket ger H(ω) = + αe jωk b Skriv om H(ω) med eulers forlmer: H(ω) = + α cos ωk jα sin ωk Beloppet beräknas med pythagoras sats: H(ω) = Real + Imag = + α + α cos ωk cos-termen varierar mellan - och. Största värdet (cos = ) blir + α. Minsta värdet (cos = ) blir α. Se även figur 4 c H(z) = zk +α har nollställen då z K = α z K α > ger z K = α e jπ e jmπ vilket har rötterna z = α K e jπ(+m)/k där m är ett heltal. Om α < får vi istället z K = α e jmπ vilket har rötterna z = α K e jπm/k och konstant vinkel π/k sinse- I båda fallen ligger rötterna på en cirkel med radien α K mellan, vilket skulle bevisas. 6 (6) DT/DT3 Spektrala transformer HT 8