LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Relevanta dokument
Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator and DSP table of formulas ]

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik

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

0 1 2 ], x 2 (n) = [ 1

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för Elektro- och Informationsteknik

Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator and DSP table of formulas ]

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

Miniräknare, formelsamling i signalbehandling.

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

Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator, Signal Processing tables of formulas.]

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

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

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för Elektro- och Informationsteknik

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

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

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

Spektrala Transformer

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

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

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

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

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Tentamen i Matematik 2: M0030M.

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

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

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

DT1120/DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

Tentamen i Matematik 2: M0030M.

Lösningar till Övningsuppgifter

1. Compute the following matrix: (2 p) 2. Compute the determinant of the following matrix: (2 p)

Signal- och bildbehandling TSBB03

TSDT15 Signaler och System

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

Signal- och bildbehandling TSBB14

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

RÄKNEEXEMPEL FÖRELÄSNINGAR Signaler&System del 2

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

8 < x 1 + x 2 x 3 = 1, x 1 +2x 2 + x 4 = 0, x 1 +2x 3 + x 4 = 2. x 1 2x 12 1A är inverterbar, och bestäm i så fall dess invers.

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Diskreta signaler och system

Pre-Test 1: M0030M - Linear Algebra.

Signal- och bildbehandling TSEA70

Signal- och bildbehandling TSBB03

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

Kan vi beskriva ett system utan någon fysikalisk kännedom om systemet?

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

SF1635, Signaler och system I

Högskolan i Skövde (SK, JS) Svensk version Tentamen i matematik

1. Varje bevissteg ska motiveras formellt (informella bevis ger 0 poang)

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

62n 105n) c) cos(3πn) d) sin(3n) e) sin(π. 1.8 Ett analogt elektrokardiogram (EKG) innehåller frekvenser upp till 100 Hz.

Digital Signalbehandling

Tables, calculator, the textbook by Mitra. Solutions manual or lecture notes are not allowed.

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

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

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

Signal- och bildbehandling TSBB14

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

TSDT08 Signaler och System I Extra uppgifter

SF1635, Signaler och system I

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

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

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

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

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

Lösningar till tentamen i styr- och reglerteknik (Med fet stil!)

Tentamen i Styr- och Reglerteknik, för U3 och EI2

. Bestäm Rez och Imz. i. 1. a) Låt z = 1+i ( b) Bestäm inversen av matrisen A = (3p) x + 3y + 4z = 5, 3x + 2y + 7z = 3, 2x y + z = 4.

Signal- och bildbehandling TSEA70

Signal- och bildbehandling TSBB14

This exam consists of four problems. The maximum sum of points is 20. The marks 3, 4 and 5 require a minimum

Tentamen i Styr- och Reglerteknik, för U3 och EI2

Signal- och bildbehandling TSBB14

Laboration i tidsdiskreta system

6. a) Visa att följande vektorer är egenvektorer till matrisen A = , och ange motsvarande

Signal- och bildbehandling TSBB03

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

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

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

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

and Mathematical Statistics Gerold Jäger 9:00-15:00 T Compute the following matrix

Signal- och bildbehandling TSEA70

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

övningstentamen I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Kurskod: TAMS28 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TEN1 05 June 2017, 14:00-18:00. English Version

denna del en poäng. 1. (Dugga 1.1) och v = (a) Beräkna u (2u 2u v) om u = . (1p) och som är parallell

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

Signal- och bildbehandling TSBB14

2(x + 1) x f(x) = 3. Find the area of the surface generated by rotating the curve. y = x 3, 0 x 1,

Signal- och bildbehandling TSEA70

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

Tentamen i Reglerteknik, för D2/E2/T2

STORSEMINARIET 3. Amplitud. frekvens. frekvens uppgift 9.4 (cylindriskt rör)

Signal- och bildbehandling TSEA70

Kurskod: TAIU06 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TENA 31 May 2016, 8:00-12:00. English Version

Transkript:

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik Tentamen 015-06-05 SIGNALBEHANDLING I MULTIMEDIA, ETI65 Tid: 14.00 19.00 Sal: MA:10, C-J Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling i signalbehandling och en valfri bok i matematik. [Allowed items on exam: calculator, DSP and mathematical tables of formulas] Observandum: För att underlätta rättningen: [In order to simplify the correction:] -Lös endast en uppgift per blad. [Only solve one problem per paper sheet.] -Skriv namn på samtliga blad. [Please write your name on every paper sheet.] Påståenden måste motiveras via resonemang och/eller ekvationer. [Statements must be motivated by reasoning and/or equations.] Poäng från inlämningsuppgifterna adderas till tentamensresultatet. [The points from the tasks will be added to the examination score.] Max Tot. poäng (tentamen + båda inl.uppg) = 5.0 + 0.5 +0.5 = 6.0 [Max Tot. score (exam + tasks) = 5.0 + 0.5 +0.5 = 6.0 ] Betygsgränser för kursen: (.0p), 4 ( 4.0p), 5 ( 5.0p). [Grading; (.0p), 4 ( 4.0p), 5 ( 5.0p).] 1. Ett hjul till en hästkärra har 4 identiska och jämnt fördelade ekrar och snurrar med varvtalet 65 varv/sek motsols. Hjulet filmas med en digital videokamera som tar 5 bilder/sekund. Den digitala signalen decimeras med en faktor, dvs varannan bild tas bort ur sekvensen. Vilken digital rotationsfrekvens (dvs varv/sampel) kommer hjulet att uppfattas ha, genom att betrakta den inspelade och decimerade sekvensen? Vilken verklig frekvens och rotationsriktning kommer att uppfattas, medsols eller motsols? (0.5) [We have a rotating wheel with FOUR evenly distributed identical spokes which rotates with 65 revolutions/sec counterclockwise,. The wheel is recorded by a digital video camera using 5 frames/sec. The digital sequence is further decimated by a factor two. Determine the digitally perceived rotational frequency (i.e. in revolutions/sample). What real frequency will be observed and also determine the direction of rotation.]. Följande differensekvation är given: [The following difference equation is given,] y(n) y(n 1) + 1 y(n ) = x(n) + x(n 1) 1

a) Bestäm systemfunktionen H(z) samt bestäm systemets poler och nollställen och rita upp dessa i ett pol-nollställe diagram. Avgör om systemet är stabilt, motivera ditt svar. (0.) [Determine the system function H(z), the system poles and zeros and plot these in a pole-zero plot. Determine if the system is stable, motivate your answer!] b) Bestäm impulssvaret h(n) till differensekvationen! (0.) [Determine the impulse response h(n) of the system.]. En tidsdiskret LTI-krets är given av figuren med a = cos(ω 0 ) där ω 0 = π/ [An LTI-system is given by, where a = cos(ω 0 ) and ω 0 = π/] x(n) z -1 z -1 1 a 1 y(n) a) Bestäm motsvarande differensekvation och impulssvar h(n)! (0.) [Determine the corresponding difference equation and impulse response h(n)!] b) Skissa amplitudfunktionen H(ω) och fasfunktionen arg(h(ω))! (0.) [Sketch H(ω) and arg(h(ω))!] c) Bestäm utsignalen y(n) då insignalen är given av, (0.4) [Determine the output signal y(n), when the input is given by!] x(n) = cos(π/ n + π/6) < n < 4. Följande differensekvation är given, [The following difference equation is given, ] y(n) = 0.5y(n 1) + x(n) där insignalen x(n) = 1 n u(n) och vi har begynnelsevärdet y( 1) = 1. Bestäm utsignalen! (1.0) [where the input signal x(n) = 1 n u(n) and initial condition y( 1) = 1. Determine the output signal!] 5. Följande tids-diskreta signaler är givna; [The following discrete-time signals are given;] x 1 (n) = [ 1 ], x (n) = [ 1 0 ] a) Bestäm resulterande modulo sekvens ur faltningsuttrycket; y(n) = x 1 (n) x ( n). (0.) [Determine the resulting modulo sequence from; y(n) = x 1 (n) x ( n)]

b) Bestäm Fouriertransformen till x 1 (n) och x (n) och beräkna därefter Y (ω) = X 1 (ω) conj(x (ω)) (0.) [Determine the Fouriertransforms of x 1 (n) and x (n) and use these results to determine Y (ω) = X 1 (ω) conj(x (ω))] c) Sampla resultatet från uppgift b), Y (ω) i tre punkter, dvs w = πk/ där k = 0, 1, vilket motsvarar Y (k), (DFT:n av y(n)). Bestäm därefter invers DFT av Y (k), dvs sekvensen y(n). (0.5) [Sample the result from subtask b), Y (ω) in three points, i.e. w = πk/ wherer k = 0, 1,, this is the equivalent of Y (k), (DFT:n of y(n)). Now determine the inverse DFT of Y (k), i.e. the sequence y(n). ] 6. Bestäm ett filter g(n) så att det uppfyller följande egenskap: Om insignalen är stegsvaret från ett LTI-system (vilket som helst) så skall utsignalen vara impulssvaret från samma system! Motivera ditt svar! (1.0) [Determine a filter g(n) such that it fulfills the following property: If the input signal is the step response from ANY linear and time invariant system, then the output signal should be the impulse response from the same system. Motivate your answer!] Lycka till! Please remember to answer the CEQ-questionnaire!

Lösningar till Tentamen 015-06-05 SVAR 1. Hjulet snurrar med 65 varv/sek motsols. Sampeltakten är F s = 5 Hz vilket ger den normerade frekvensen inom fundamentalt frekvensområde (som i detta fallet är 1/8 f 1/8), dvs periodisk med perioden 1/4.; f 0 = 65 5 ± 1 4 k k heltal = 1 5 ± 1 4 k k heltal ( 1 = 5 10 ) ± 1 4 4 k k heltal = 1 10 ± 1 4 k k heltal Denna decimeras med faktor vilket ger, f d 0 = 1 10 ± 1 4 k k heltal = 1 5 ± 1 4 k k heltal ( 1 = 5 1 ) ± 1 4 4 k k heltal = 1 0 ± 1 4 k k heltal Dvs den uppfattade decimerade digitala frekvensen är f0 d = 1 varv/sampel, 0 dvs 1 varv/sampel medsols. Det uppfattade verkliga frekvensen blir; 0 Dvs 5 8 Hz medsols. 1 0 F s = 5 8 Hz SVAR a. Z-transformera differens-ekvationen, det ger H(z) får enligt, Y (z)(1 z 1 + 1 z ) = X(z)(1 + z 1 ) H(z) = Y (z) X(z) = 1 + z 1 1 z 1 + 1 z H(z) har nollställen i z = 0 och z = 1 och poler i z = 1±j, vilket medför stabilitet (innanför enhetscirkeln). Figur pol-/nollställe diagram se figur nedan. 4

1 0.8 0.6 0.4 Imaginary Part 0. 0 0. 0.4 0.6 0.8 1 1 0.5 0 0.5 1 Real Part Pol-nollställediagram i uppgift a). SVAR b. Genom att invers-transformera H(Z) erhålls impulssvaret h(n), dvs vi beräknar utsignalen då insignalen X(z) = 1. Då vi har komplexkonjugerande poler vet vi att vi får en linjärkombination av cosinus resp. sinus-termer. H(z) skrivs då som, Y (z) = H(z) = 1 + z 1 1 z 1 + 1 = 1 0.5z 1 + 1.5z 1 z 1 z 1 + 1 z = 1 1 cos (π/4)z 1 + 1 sin (π/4)z 1 1 1 cos (π/4)z 1 + ( 1 ) z = 1 1 cos (π/4)z 1 1 1 cos (π/4)z 1 + ( 1 1 ) z + sin (π/4)z 1 1 1 cos (π/4)z 1 + ( 1 ) z Från tabell (ur tex formelsamlingen) fås att impulssvaret blir; h(n) = ( 1 ) n [ cos ( π 4 n) + sin (π 4 n) ] u(n) SVAR. a) T.ex. ur Formelsamling, direktform ger y(n) = x(n) cos ω 0 x(n 1) + x(n ) = x(n) + x(n ) h(n) = δ(n) cos ω 0 δ(n 1) + δ(n ) = δ(n) + δ(n ) 5

b) För allmänt ω 0 gäller, H(ω) = 1 cos ω 0 e jω + e jω = e jω ( e jω cos ω 0 e jω + 1 ) = = (ejω e jω 0 )(e jω e jω 0 ) e jω H(ω) = e jω e jω 0 e jω e jω 0 = V 1 (ω)v (ω) φ(ω) = arg[1 cos ω 0 e jω + e jω ] = { ω ω < = arg[e jω ω0 (cos ω cos ω 0 )] = ω π ω > ω 0 0 Amplitudfunktionen H(ω) H(ω) [db] 10 0 0 40 1 0 1 Normerad vinkelfrekvens, ω [rad/sec] Fasfunktionen /_H(ω) 1 /_H(ω) 0 1 1 0 1 Normerad vinkelfrekvens, ω [rad/sec] Amplitudfunktion och fasfunktion för ω 0 = π/, i uppgift b). 6

c) ( π x(n) = cos n + π ) 6 < n < ( π ) ( π y(n) = H cos n + π ( π )) 6 + φ < n < ( π ) φ ω 0 = π H ( π ) = 1 + e j π/ = ( 1 1 ) ( ) + = 1 = π ( π y(n) = cos n π ) 6 < n < SVAR 4. Då vi har begynnelsevärden använder vi Z + -transformen, som applicerad på differensekvationen och insättning av insignalens Z-transform (OBS insignalen är kausal ger Z-transform = Z + -transform) ger, Y + (z) = Y + (z) = 1 Y + (z)z 1 + 1 y( 1) + 1 1 1 z 1 Y + (z) = 1 z 1 Y + (z) + 1 + 1 1 1 z 1 1 ( 1 1 z 1) + 1 ( 1 1 z 1) ( 1 1 z 1) Gör högerledet liknämnigt och partialbråksuppdela, Y + (z) = 1 1 z 1 + ( 1 1 z 1) ( 1 1 z 1) = 7/ 1 1 z 1 + 1 1 z 1 Z 1 y(n) = 7 ( ) n 1 u(n) ( ) n 1 u(n) SVAR 5. a) y(n) = x 1 (n) x ( n) = [ 8 4 1 ] 7

b) X 1 (ω) = e jω + e jω X (ω) = e jω 1 + e jω = X (ω) Y (ω) = X 1 (ω)x (ω) = e jω + 1e jω + 4e jω + 4e jω + 4 + e jω 4e jω = e jω + 5e jω 8 + 6e jω 4e jω OBS! Här ser vi att koefficienterna i resultatet motsvarar summan av antidiagonalerna i ovanstående led, dvs detta visar faltningstabellens konstruktion eftersom invers [ Fouriertransform ] motsvarar y(n) = x 1 (n) x ( n) =, 5, 8, 6 4 c) Vi samplar Y (ω), dvs byter ut ω > πk/ vilket ger, Y (k) = e j πk/ + 5e jπk/ 8 + 6e jπk/ 4e j πk/ = (5 4)e jπk/ 8 + (6 )e jπk/ = 8 + (6 )e jπk/ + (5 4)e jπk/ = 8 + 4e jπk/ + e jπk/ Eftersom e j πk/ = e jπk / = e jπk ( 1/), dvs +/ varv är lika med 1/ varv i vinkel (och pss är / varv lika med 1/). Enligt definitionen av Diskret Fouriertransform (då N = ) har vi, Y (k) = n=0 y(n)e jπkn/ Genom indentifiering av y(n) med uttrycket för Y (k) fås att y(n) blir som i uppgift a), dvs y(n) = [ 8 4 1 ] SVAR 6. Definitionen av impulssvaret för ett LTI-system är om insignalen är impulsen, δ(n), så är utsignalen impulssvaret, h(n), och på samma sätt är definitionen av ett stegsvar, om insignalen är ett steg så är utsignalen stegsvaret, dvs 8

δ(n) u(n) LTI LTI h(n) s(n) Eftersom ett LTI-system entydigt beskrivs av impulssvaret, och utsignalen ges av faltningen mellan impuslsvaret och insignalen, har vi, h(n) = h(n) δ(n) s(n) = h(n) u(n) Bestäm nu sambandet mellan h(n) och s(n), dvs h(n) = h(n) δ(n) = {δ(n) = u(n) u(n 1)} = = h(n) u(n) h(n) u(n 1) = }{{}}{{} s(n) s(n 1) = s(n) s(n 1) = s(n) g(n) Där g(0) = 1 och g(1) = 1, dvs g(n) = [ 1 1 ]. 9