BME VIK - Digitális szűrők

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Sujbert László,

A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimim278/

4. A tantárgy előadója Dr. Sujbert László docens, MIT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Jelfeldolgozás

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy időinvariáns, lineáris diszkrét idejű szűrők analízisével, tervezésével és megvalósításával foglalkozik. A digitális szűrők alkalmazása nagyon sok elméleti és gyakorlati részletkérdés ismeretét igényli, amelyre más jelfeldolgozási kurzusok nem vállalkozhatnak. A tárgy célja, hogy időkeretéhez képest a témakör legrészletesebb bemutatását adja a matematikai alapoktól a programozási módszerekig. Bár a digitális szűrők megismeréséhez elengedhetetlen az elmélet alapos áttekintése, cél a gyakorlati életben is használható tudás átadása. Ennek érdekében a tematika részét képezi az analízis és a szintézis MATLAB-szintű támogatásának bemutatása, valamint a megvalósítás jelfeldolgozó processzor alapú támogatásának megismertetése.

A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgatóktól elvárható, hogy tisztában legyenek az időinvariáns digitális szűrők alkalmazásának lehetőségeivel; képesek legyenek adott átviteli függvénnyel jellemzett szűrő teljes körű analízisére; ismerjék a véges és végtelen impulzusválaszú szűrők tervezésének legfontosabb módszereit. Az elméleti ismeretek birtokában magas szinten használják az analízisre és szintézisre rendelkezésre álló szoftvertámogatást (MATLAB-függvényeket); eligazodjanak a realizációra alkalmas struktúrák között, és néhányat ismerjenek is. A kurzust eredményesen elvégző hallgatók képesek lesznek adott szűrőstruktúra adott hardveren, különösen jelfeldolgozó processzoron történő megvalósítására.

8. A tantárgy részletes tematikája Digitális szűrési feladatok. A digitális szűrés helye, szerepe információfeldolgozó rendszerekben. Analóg és digitális szűrők összevetése.

Analízis- és szintézismódszerek. Amplitúdó- és fáziskarakterisztika meghatározása analitikus és numerikus úton. Érzékenységvizsgálat. Zajelemzés. Lineáris hálózatok szintézise. Folytonos átviteli függvények diszkretizálása. Gyakorlat: MATLAB-támogatás bemutatása.

IIR szűrők tervezése. Klasszikus approximációtípusok: Butterworth-, Csebisev-, inverz Csebisev-, Cauer-approximáció. Frekvenciatranszformációk. Tervezés a legkisebb négyzetek módszerével. Tervezés az időtartományban. A fokszám becslése. Gyakorlat: MATLAB-támogatás bemutatása.

FIR-szűrők tervezése. Lineáris fázisú FIR-szűrők szerepe. A karakterisztika és az impulzusválasz tulajdonságainak összefüggése. Tervezés frekvencia-mintavételezéssel. Tervezés ablakozással. Tervezés Remes-algoritmussal. A fokszám becslése. Gyakorlat: MATLAB-támogatás bemutatása.

Különleges digitális szűrők. Hilbert-transzformátorok, Gauss-szűrők. Nemlineáris szűrők, mediánszűrők. Gyakorlat: MATLAB-támogatás bemutatása.

Megvalósítási lehetőségek. A digitális megvalósítás problémái: kvantálás, túlcsordulás, instabilitás, határciklusok, zaj. Digitális szűrés általános processzorokban és jelfeldolgozó processzorokban. Számításigény. A jelfeldolgozó processzorok adta támogatás bemutatása. Programszervezés. Hatékony off-line és on-line eljárások. Gyakorlat: DSP-támogatás bemutatása.

FIR-szűrők megvalósítása. A transzverzális struktúra. Gyors konvolúción alapuló algoritmusok, transzformált tartománybeli szűrés. Gyakorlat: MATLAB- és DSP-támogatás bemutatása.

IIR-szűrők megvalósítása. A direkt struktúra. Az átviteli függvény felbontása másodfokú alaptagokra: kaszkád és párhuzamos struktúra. Az alaptagok sorrendjének meghatározása. Lattice-struktúrák. Hullámdigitális szűrők. Rezonátoros szűrők. Gyakorlat: MATLAB- és DSP-támogatás bemutatása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 2 óra előadás, 1 óra gyakorlat.

10. Követelmények

A szorgalmi időszakban: 1 házi feladat teljesítése. A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga.

Elővizsga: nincs

11. Pótlási lehetőségek A házi feladat pótlólag a pótlási héten is beadható.

12. Konzultációs lehetőségek Megbeszélés szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Simonyi Ernő, "Digitális szűrők. A digitális jelfeldolgozás alapjai", Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984.

Parks, T. W., C. S. Burrus, "Digital Filter Design", John Wiley & Sons, New York, etc. 1987.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	42
Félévközi készülés órákra
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése	20
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	10
Vizsgafelkészülés	48
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Sujbert László docens, MIT

Egyéb megjegyzések A tantárgy angol neve: Digital Filters