ECTS - University of Pisa
Lo studente che completerà con successo il corso sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza delle nozioni di base sull'elaborazione del segnale digitale. Lui o lei acquisirà la capacità di analizzare segnali e sistemi discreti sia nel dominio del tempo che della frequenza. Lui o lei sarà anche in grado di dimostrare una conoscenza avanzata dell'uso della DFT (Discrete Fourier Transform) e della sua implementazione efficiente (FFT) per l'analisi spettrale di segnali di tempo discreti e per l'effettiva implementazione di filtri digitali. Infine, lui o lei sarà a conoscenza di metodi pratici per la sintesi di filtri digitali sia FIR (Finite Impulse Response) che IIR (Infinite Impulse Response).
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of the basic notions on Digital Signal Processing. He or she will acquire the ability of analyzing of discrete time signals and systems both in the time and frequency domain. He or she will also be able to demonstrate advanced knowledge of the use of the Discrete Fourier Transform (DFT) and of its efficient implementation (FFT) for the spectral analysis of discrete time signals and for the effective implementation of digital filters. Finally, he or she will be aware of practical methods for the synthesis of digital filters both FIR (Finite Impulse Response) and IIR (Infinite Impulse Response).
Durante la prova scritta (2 ore), allo studente viene chiesto di risolvere due esercizi al fine di dimostrare la capacità di mettere in pratica i principi di base dell'elaborazione del segnale digitale. Uno degli esercizi può richiedere l'uso dell'ambiente MATLAB. Durante la prova orale, lo studente sarà valutato sulla sua capacità di discutere i contenuti del corso principale con competenza, consapevolezza critica e correttezza di espressione.
Metodi:
Prova scritta finale
Prova orale finale
Ulteriori informazioni:
La prova finale è composta da una prova scritta seguita da una prova orale. In generale, entrambe le parti contribuiscono ugualmente al il voto finale.
During the written exam (2 hours), the student is asked to solve two exercises in order to demonstrate the ability to put into practice the basic principles of digital signal processing. One of the exercises may require the use of MATLAB.During the oral exam, the student will be assessed on his/her ability in discussing the main course contents with competence, critical awareness and propriety of expression.
Methods:
Further information:
The final test is composed by a written exam followed by an oral exam. In general, both parts equally contribute to the final grade.
Dopo aver completato con successo il corso, lo studente sarà in grado di risolvere i problemi dell'elaborazione del segnale digitale, sia dal punto di vista analitico che in modo pratico, attraverso l'uso del linguaggio MATLAB.
In particolare, lo studente sarà in grado di eseguire analisi spettrali di segnali digitali, nonché di progettare e implementare filtri FIR e IIR di manipolazione di sequenze di dati.
After successfully completing the course, the student will be able to solve problems of digital signal processing, from both the analytic perspective and in a practical way, through the MATLAB language.
As such, the student will be able to perform spectral analysis of digital signals, as well as to design and implement FIR and IIR filters of manipulation of data sequences.
Durante le sessioni di laboratorio informatico, agli studenti verranno assegnati piccoli problemi per capire come utilizzare le funzioni MATLAB incluse nella libreria di elaborazione del segnale.
Inoltre, agli studenti verrà chiesto di implementare ex-novo una serie di funzioni per la manipolazione di sequenze e di spettri di sequenze, nonché per la progettazione del filtro.
Verranno inoltre assegnati compiti a casa, i quali saranno discussi in sessioni specifiche per valutare la capacità deggli studenti nella risoluzione di problemi pratici
During the computer lab sessions, students will be assigned small problems in order to understand how to use the MATLAB functions included in the signal processing library.
In addition, students will be asked to implement themselves a set of customized functions for practical sequence and spectrum manipulations, as well as for filter design.
Homeworks will be assigned and discussed in specific class sessions to assess the students' problem-solving ability.
Il corso mira a stimolare lo studente verso un approccio progressivo alla risoluzione dei problemi. Pertanto, allo studente verrà chiesto di risolvere un insieme di problemi elementari che possono essere composti insieme per raggiungere un obiettivo complesso. Pertanto lo studente maturerà una consapevolezza verso la scomposizione dei problemi in più sottoproblemi.
The course aims at stimulating the student towards a progressive approach to problem-solving. As such, the student will be asked to solve a set of elementary problems that can be composed together to accomplish a complex objective. Therefore the student will mature an awareness towards the decomposition of problems into multiple subproblems.
La verifica della "modifica" dell'atteggiamento dello studente verso la complessità sarà ottenuta mediante osservazioni qualitative, in particolare durante le sessioni di laboratorio informatico.
The verification of the "modification" of the student's attitudes towards complexity will be obtained by qualitative observations, especially during computer lab sessions.
Conoscenza di base della teoria dei segnali e dei sistemi a tempo continuo e discreto.
Conoscenza di base di analisi reale e complesso.
Basic knowledge of continuous-time and discrete-time signal and systems theory.
Basic knowledge of real and complex calculus.
Modalità di svolgimento delle lezioni: faccia a faccia
Attività didattiche:
Frequenza: consigliata
Metodi di insegnamento:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Segnali e sistemi a tempo discreto. Descrizione nel dominio del tempo e della frequenza. Sistemi lineari tempo-invarianti e risposta in frequenza. Sistema descritto da equazioni alle differenze lineari a coefficienti costanti. Elaborazione digitale di segnali a tempo continuo. The Discrete Fourier Transform (DFT) e le sue applicazioni. Fast Fourier Transform (FFT). Filtraggio FIR tramite FFT. Analisi spettrale tramite FFT. La trasformazione di Z. Design dei filtri FIR: troncatura e finestratura, campionamento della risposta in frequenza, metodo Parks McClellan e filtri FIR equiripple. Progettazione di filtri IIR basati su prototipi di filtri analogici: Butterworth, Chebychev, Elliptic. Tecniche dell'invarianza impulsiva e della trasformazione bilineare.
Discrete time signals and systems. Time domain and frequency domain description. Linear time-invariant systems and the frequency response. System described by linear constant-coefficient difference equations. Digital processing of continuos-time signals. The Discrete Fourier Transform (DFT) and its applications. Fast Fourier Transform (FFT). FIR filtering via FFT. Practical spectral analysis using FFT. The Z transform. FIR filters design: truncation and windowing, sampling the frequency response, Parks McClellan method and equiripple FIR filters. IIR filters design based on analog filter prototypes: Butterworth, Chebychev, Elliptic. Impulse invariance and bilinear transformation methods.
I testi consigliati sono riportati di seguito. Ulteriori riferimenti bibliografici potranno essere indicati durante le lezioni.
[1] A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, "Discrete time signal processing III Ed.", Prentice Hall, 2010.
[2] Boaz Porat, "A course in digital signal processing", J. Wiley & Sons, 1997.
[3] J. G. Proakis, D. M. Manolakis, "Digital Signal Processing: principles, algorithms and applications V Ed.". Pearson Prentice Hall, 2007.
[4] D. Manolakis, V. Ingle, "Applied Digital Signal Processing", Cambridge University Press, 2011
[5] M. Diani, "Lezioni di Elaborazione Numerica dei Segnali", Pisa University Press, 2014
Recommended reading includes the following books; further bibliography will be indicated.
[1] A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, "Discrete time signal processing III Ed.", Prentice Hall, 2010.
[2] Boaz Porat, "A course in digital signal processing", J. Wiley & Sons, 1997.
[3] J. G. Proakis, D. M. Manolakis, "Digital Signal Processing: principles, algorithms and applications V Ed.". Pearson Prentice Hall, 2007.
[4] D. Manolakis, V. Ingle, "Applied Digital Signal Processing", Cambridge University Press, 2011
[5] M. Diani, "Lezioni di Elaborazione Numerica dei Segnali", Pisa University Press, 2014
Appunti di lezioni su esercitazioni e lezioni di laboratorio sono disponibili liberamente per tutti gli studenti iscritti alla pagina web del corso. Il programma d'esame non cambia in caso di mancata frequenza.
Lecture notes about exercises and laboratory classes are available for all students enrolled on the course web page. The exam program does not change for non-attending students.
L'esame consiste in una prova scritta e una orale.
La prova scritta consiste in due esercizi dove viene richiesta la soluzione analitica a problemi di elaborazione dei segnali numerici. La soluzione di uno degli esercizi può richiedere l'uso dell'ambiente MATLAB.
La prova orale consiste in un colloquio tra lo studente e gli insegnanti riguardante argomenti del corso. In genere al candidato verrà chiesto di ricavare alcuni dei principali risultati presentati nel corso. Inoltre, l'interrogazione può includere l'implementazione di un piccolo progetto da svolgere in MATLAB.
The exam consists of both a written and an oral exam.
The written test consists of two exercises on the analytic solution of digital signal processing problems. One of the exercises may involve theuse of MATLAB.
The oral test consists of an interview between the student and the teachers and deals with the topics of the course. The candidate will be typically asked to derive some of the main results presented in the course. In addition, the interview may include the implementation of a small project with MATLAB.
