Spektrala Transformer

Relevanta dokument
Spektrala Transformer

Spektrala Transformer

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Ulrik Söderström 20 Jan Signaler & Signalanalys

Ulrik Söderström 19 Jan Signalanalys

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Elektronik. Dataomvandlare

Elektronik Dataomvandlare

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

2F1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

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

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

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

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

Elektronik Dataomvandlare

Projekt 1 (P1) Problembeskrivning och uppdragsspecifikation

Grundläggande ljud- och musikteori

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

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

TSKS21 Signaler, Information och Bilder Lab 2: Digitalisering

Laboration 3 Sampling, samplingsteoremet och frekvensanalys

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

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

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

AD-/DA-omvandlare. Digitala signaler, Sampling och Sample-Hold

Laboration i tidsdiskreta system

SIGNALANALYS I FREKVENSRUMMET

Konvertering. (Conversion chapter 3, Watkinson) Sebastian Olsson Anders Stenberg Mattias Stridsman Antonios Vakaloudis Henrik Wrangel

Elektronik Elektronik 2019

Signaler och system, IT3

Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

TSBB16 Datorövning A Samplade signaler Faltning

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Ljudlära. Ljud är Periodicitet. Introduktion. Ljudlära viktigt ur två aspekter:

Signaler & Signalanalys

DT1120/DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Grundläggande signalbehandling

Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

DIGITALA FILTER DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

Elektronik Elektronik 2017

Psykoakustik. Ljudtrycksnivå. Hörselns omfång. Hörnivå(loudness) Människans hörsel är ganska väl studerad och det finns bra modeller för den.

FREKVENSSPEKTRUM TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 1

2 Laborationsutrustning

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

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

RÄKNEEXEMPEL FÖRELÄSNINGAR Signaler&System del 2

Diskret representation av kontinuerliga signaler

Spektralanalys - konsten att hitta frekvensinnehållet i en signal

Tentamen i Elektronik - ETIA01

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 5

Kapitel 2 o 3. Att skicka signaler på en länk. (Maria Kihl)

Sammanfattning TSBB16

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Att sända information mellan datorer. Information och binärdata

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

DT1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

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

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Mätning av biopotentialer

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

Spektrala Transformer

Mätningar med avancerade metoder

Signal- och bildbehandling TSBB14

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Elektronik 2018 EITA35

Mätteknik Digitala oscilloskop

Spektrala Transformer

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

Signalanalys med snabb Fouriertransform

TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 INTRODUKTION

7. Sampling och rekonstruktion av signaler

Läsinstruktioner. Materiel

Datorövning: Fouriertransform med Python

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

TSIU61: Reglerteknik

Laboration i Fourieranalys för F2, TM2, Kf2 2011/12 Signalanalys med snabb Fouriertransform (FFT)

Laboration i Fourieranalys för F2, TM2, Kf2 2013/14 Signalanalys med snabb Fouriertransform (FFT)

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

Laboration i Fourieranalys, TMA132 Signalanalys med snabb Fouriertransform

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

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Signalteori, 7,5 hp Kurskod: HÖ1007 Tentamenstillfälle

Föreläsning: Digitalt Ljud. signalbehandling. Elektronik - digital signalbehandling. Signal och spektrum. PC-ljud. Ton från telefonen.

Signal- och Bildbehandling, TSBB14. Laboration 2: Sampling och Tidsdiskreta signaler

Signal- och bildbehandling TSBB03

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

Övningar med Digitala Filter med exempel på konstruktion och analys i MatLab

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

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

Digital kommunikation. Maria Kihl

Innehåll. Innehåll. sida i

Fouriermetoder MVE295 - bonusuppgifter

A/D- och D/A- omvandlare

MEDIESIGNALER INTRODUKTION

Grundläggande A/D- och D/A-omvandling. 1 Inledning. 2 Digital/analog(D/A)-omvandling

Signal- och Bildbehandling, TSBB14. Laboration 2: Sampling och rekonstruktion. DFT.

Transkript:

Spektrala Transformer Tidsdiskreta signaler, kvantisering & sampling

Tidsdiskreta signaler Tidskontinuerlig signal Ex: x(t) = sin(ωt) t är ett reellt tal ω har enheten rad/s Tidsdiskret signal Ex: x(n) = sin(ωn) n är ett heltal ω har enheten rad/ sampel

Tidsdiskreta signaler, forts. Några speciella funktioner Deltafunktion, impuls δ(n) Stegfunktion u(n)

Digitalisering En dator kan inte representera analoga signaler För att kunna behandla verkliga signaler i en dator måste de digitaliseras (digitize) Denna process påverkar signalens informationsinnehåll på flera sätt Vi behöver kunna beskriva och modellera hur signalen påverkas

Digitalisering (forts.) Digitaliseringen påverkar signalen på två sätt: genom sampling och kvantisering Analog signal Sampling Kvantisering (A/D-omvandling) Digital signal

Kvantisering För att kunna representera ett analogt värde, t.ex. en spänning, i datorn måste det beskrivas med ett begränsat antal (B) bitar Vi delar in intervallet i 2 B lika steg Värdet representeras av ett heltal mellan -2 B-1 och 2 B-1-1 Exempel: B = 8 ger [-128, 127]

Kvantiseringsfel Kvantisering introducerar ett fel som är okorrelerat med insignalen Kan ses som additivt brus okvantiserad signal kvantiseringsfel + kvantiserad signal

Kvantiseringsfel (forts.) Likformigt fördelat på intervallet [-½, ½] Medelfelet (RMS) = = 0.2887

Kvantisering - exempel 8 bitar 4 bitar 2 bitar

Signal/brus-förhållande (SNR) Absoluta felnivån är ofta ointressant Kvoten mellan signalens och brusets effekter kallas SNR (Signal-to-Noise-Ratio) Effekt ~ amplitud 2 P signal ~ (2 B-1 ) 2 = 2 2(B-1) = 2 2B /4 P brus ~ 1/12 SNR = 3 2 2B Uttrycks ofta i db

Decibel (db) Logaritmisk skala, motsvarar hur örat uppfattar ljudnivå Uttrycker förhållandet mellan två nivåer för amplituder: 20 log 10 (A 2 /A 1 ) för effekter: 10 log 10 (P 2 /P 1 ) Exempel: En dubblering av amplituden 20 log 10 (2) = 20 0.3 = 6dB eller 10 log 10 (2 2 ) = 10 0.6 = 6dB

SNR, db och dynamiskt omfång SNR db = 10log 10 (3 2 2B ) = 4.77 + B 6.02 Varje bit ger ca 6 db B SNR 8 52.9 db 16 101.1 db 24 149.3 db db SPL Exempel 140 Jetplan 120 Rockkonsert 100 Skrik 80 Trafikerad gata 70 Normal konversation 50 Tyst konversation 30 Viskning 20 Landsbygdsnatt

Olinjär kvantisering Trick för att öka det dynamiska omfånget utan att öka antalet bitar Små kvantiseringssteg vid små signalnivåer, stora steg vid höga nivåer Används i telenätet exempel: µ-law utsignal insignal

Sampling Ta ett värde, ett sampel, av signalen vid jämna tidsintervall T s f s = 1/T s kallas samplingsfrekvensen eller samplingshastigheten (sampling frequency, sampling rate) Vad är ett bra värde på f s? T s

Kriterium för korrekt sampling Att kunna exakt rekonstruera den ursprungliga insignalen ur den samplade signalen Sampling Rekonstruktion

Sampling av sinusvåg Samplar vi en sinusvåg, så finns det ett oändligt antal sinusvågor som ger exakt samma sampelpunkter! Fenomenet kallas aliasing eller vikning

Samplingsteoremet En signal kan samplas korrekt omm den inte innehåller frekvenser över halva samplingsfrekvensen Kallas även Nyquists samplingsteorem f s /2 kallas ofta Nyquistfrekvensen

Aliasing / Vikning Frekvensspektrum speglas i alla multiplar av nykvistfrekvensen f s /2 Frekvensområdet [ f s /2,f s /2] eller [π,-π] kallas basbandet -2f s -3f s /2 -f s -f s /2 0 f s /2 f s 3f s /2 2f s -4π -3π -2π -π 0 π 2π 3π 4π Basband

Sinussvep 0-8000 Hz fs = 16000 Hz Vikning - exempel fs/2 fs = 8000 Hz fs/2 fs = 4000 Hz fs/2

Att undvika aliasing Insignalen måste bandbegränsas alla frekvenskomponenter > f s /2 måste bort Detta görs med ett lågpassfilter Kallas för anti-vikningsfilter eller anti-aliasing filter Filtreringen görs typiskt med analog elektronik Alternativt så samplar man med för hög frekvens och reducerar samplingsfrekvensen med ett digitalt filter, som kan göras mycket effektivt

Att byta samplingsfrekvens Nersampling (minska f s med faktor N) Lågpassfiltrering vid nya f s /2 Plocka ut vart N:te sampel Uppsampling (öka f s med faktor M) Skjut in M-1 nollor mellan varje sampel Lågpassfiltrering vid nya f s /2 Omsampling (ändra f s med faktor M/N) Sampla först upp, sedan ned.

Sammanfattning Sampling och kvantisering introducerar fel av olika karaktär Kvantisering adderar brus till signalen Inkorrekt sampling kan introducera falska frekvenser Det är signalens dynamiska omfång som avgör lämplig kvantiseringsgrad Signalens frekvensinnehåll bestämmer samplingsfrekvens

Signalanalys och representationer

Representationer Vågform Direkt representation av ljudtrycksvariationen Spektrumsektion Frekvensinnehåll i ett tidsintervall Spektrogram Frekvensinnehåll över tid LP-spektrum Uppskattning av överföringsfunktionen

Vågform (Oscillogram) Ger bra överblick över en signal Visar energiinnehåll Periodicitet

Representationer Vågform Direkt representation av ljudtrycksvariationen Spektrumsektion Frekvensinnehåll i ett tidsintervall Spektrogram Frekvensinnehåll över tid

Spektrumsektion Visar effektspektrum för ett kort avsnitt av signalen Visas oftast i db-skala Beräkningssteg: Fönstring FFT Kvadrering av belopp Logaritmering Fönstring FFT Kvadrering Log

Spektrumsektion Fönsterlängd / analysbandbredd Långt fönster (smalbandig analys) Bra upplösning i frekvensled Dålig tidsupplösning Visar enskilda deltoner Bra för F0-mätning Kort fönster (bredbandig analys) Bra upplösning i tidsled Dålig frekvensupplösning Visar spektrumenvelopp (formantstruktrur)

Representationer Vågform Direkt representation av ljudtrycksvariationen Spektrumsektion Frekvensinnehåll i ett tidsintervall Spektrogram Frekvensinnehåll över tid LPC-spektrum Uppskattning av överföringsfunktionen

Spektrogram Spektrumsektion

Spektrogram En serie spektrumsektioner plottas längs en tidsaxel Tid horisontellt Frekvens vertikalt Magnitud som gråskala/färgskala Smalbandsspektrogram (~50 Hz) f0-mätning Bredbandsspektrogram (~250 Hz) formantföljning