1 EEET0485 Digital Signal Processing การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล

1EEET0485

Digital Signal Processing การประมวลผลสั�ญญาณดิ�จิ�ตอล

ผศ . ดร . พี�ระพีล ยุ�วภู�ษิ�ตานนท์�ภูาคว�ชาว�ศวกรรมอิ�เล�กท์รอิน�กส์�

DSP1-1CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing http://embedsigproc.wordpress.com

Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

Course Outline1 Introduction and Applications of DSP2 Discrete-time signals and systems3 Discrete-time Fourier Transform (DTFT) 4 Z-transform 5 Discrete Fourier Transform (DFT)6 Fast Fourier Transform (FFT)7 Digital Filter Structure8 Finite Impulse Response (FIR) filter 9 Infinite Impulse Response (IIR) filter10 Multi-rate signal processing



ต�ารา

DSP1-3

• ต�าราหล ก • ต�าราประกอิบ

CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing http://embedsigproc.wordpress.com


การว ดผล

•คะแนนปฏิ�บ ต� (lab) 40%•คะแนนส์อิบปลายุภูาค 60%



Course Website

•http://embedsigproc.wordpress.com/dsp-lecture-page/



INTRODUCTION AND APPLICATIONS OF DSP



Digital Signal Processing

• Digital Signal Processing กระบวนการ ท์างด�จิ�ตอิล (บวก ลบ ค�ณ หาร) ท์�(ช)วยุหาความหมายุ

ขอิงส์ ญญาณ (signals) ท์�(ไม)ส์ามารถเข.าใจิได.ด.วยุ ตา ห� จิม�ก ล�0น ส์ มผ ส์

• สั�ญญาณ (Signals) : ค1อิ การแปรร�ปขอิง พีล งงานท์�(ท์ 0งมอิงเห�น และ มอิงไม)เห�น ได.ยุ�นและไม)

ได.ยุ�น ส์ มผ ส์ได.และส์ มผ ส์ไม)ได. ให.เป2นปร�มาณท์างไฟฟ4า– ส์ ญญาณเรดาร� เส์�ยุงพี�ด เส์�ยุงเพีลง เส์�ยุงปลาวาฬ

อิ�นฟราเรด คล1(นส์ ญญาณโท์รศ พีท์� คล1(นส์7นาม� etc



DSP Timeline



DSP1-8

1950

Analog Systems and Mechanical Devices

Digital Computers Simulate Signal Before implementation

Cooley and Tukey rediscovered Fast Fourier Transform1965

IC Technology advancements led to fast fixed-point DSP

1980

DSP Applications

• Communications• Biomedical Imaging • Robotics• Industry• Entertainment• Military



Radar

• ระบบเรดาร� ใช.ในการหาระยุะท์างขอิงว ตถ� จิากการน บ การหน)วงเวลา (delay) ขอิงส์ ญญาณท์�(ร บได.เท์�ยุบ

ก บท์�(ส์)งอิอิกไปส์ ญญาณท์�(ส์)งอิอิกไปส์ ญญาณท์�(ส์)งอิอิกไป

ส์ ญญาณท์�(ร บเข.ามาส์ ญญาณท์�(ร บเข.ามา



Transmitted and Received Sine Radar Signal



DSP1-11

• ส์ ญญาณส์)งไป 1 ร�ปคล1(น

• ส์ ญญาณท์�(ร บได.โดยุไม)ม� Noise

กรณ�น�0 กรณ�น�0 ง)ายุ ง)ายุ เพีราะ ด�ด.วยุ เพีราะ ด�ด.วยุ ตาเปล)าตาเปล)า ((จิากเคร1(อิงม1อิว ดเช)น ส์โคปจิากเคร1(อิงม1อิว ดเช)น ส์โคป))ก�เห�นช ดว)าค)าการหน)วง เป2นเท์)าใดก�เห�นช ดว)าค)าการหน)วง เป2นเท์)าใด

Correlation

• การท์�า Correlation ค1อิการหา ความคล.ายุก น ขอิงส์อิงส์ ญญาณ

• ส์ ญล กษิณ� ขอิงการ Correlation ค1อิ• การกระท์�า ค1อิ การค�ณและบวก ( หร1อิ Integration)

BB

CC

AA

BB

AA

X å=



Detected Radar SignalNo Noise

• เราใช. Correlation ในการก�าหนดระยุะท์างจิากการ ส์ะท์.อินขอิงส์ ญญาณเรดาร� กรณ�ไม)ม� Noise

AA

BB



Received Radar with Noise

• หากส์ ญญาณท์�(ร บได.ถ�กหน)วง และ ปนด.วยุ Noise จิะด�ยุาก

• ส์ ญญาณข.างบนน�0 ม�ความหมายุ ท์�(มอิงไม)ได.ด.วยุตาเปล)า• แต)เราด7งความหมายุขอิงส์ ญญาณอิอิกมาได.จิากการกระท์�า

(Operation) ต)างๆ ในการประมวลผลส์ ญญาณด�จิ�ตอิล

++Noise Noise

==



Detected Radar SignalWith Noise

• ผลล พีธ์�ขอิงการท์�า Correlation ค1อิ การท์ราบว)า ต�าแหน)งส์�งส์�ด ค1อิ ต�าแหน)ง delay กรณ�ไม)ม�

NoiseAA

BB

CC



DSP Processor Application I

• "...development time was greatly reduced by using the graphical programming environment offered by the LabVIEW Embedded Module for Blackfin Processors and the high processor performance of the Blackfin processor"

• Pom Yuan Lam Lecturer Nanyang Polytechnic in Singapore

http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/processors/customer-case-studies/lifesaving_spider_robots_on_the_move/resources/fca.html DSP1-16CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing

http://embedsigproc.wordpress.com Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

DSP Processor Application II

• That's why now, when Fishman has a digital product, we are using Blackfin. No other processor we compared could match the power efficiency." – David Fournier,Director of Product Development, Fishman DSP1-17CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing


DSP Processor Application III

• "...This high-level approach with ready-to-use mathematical analysis blocks and graphical multitasking enabled the designers to deal with high levels of system complexity, and move to the next level of digital embedded design"

• - Marco Schmid Schmid Engineering

http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/processors/customer-case-studies/Schmid_Engineering_Rail_Monitor/resources/fca.html



Image Processingภาพถ่�ายดิวงจิ�นทร�จิาก Apollo

การประมวลผลสั�ญญาณดิ�จิ�ตอล ม��จิ ดิเร��มจิาก Image Processingภาพถ่�ายดิวงจิ�นทร�แบบท��ย�งไม�ผ�านการประมวลผลจิะม�ว เม%�อผ�านการประมวลผลดิ&วยการใช้&การ sharpening แล&ว เห็*นรายละเอ�ยดิของห็ล ม บนพ%,นผ�ว (crator) ปรากฏอย�างเดิ�นช้�ดิ



Image Processing: X-Ray Imaging



CT Scanner Development

Computed Tomography, Thorsten M. Buzug



Modern CT Imaging

Computed Tomography, Thorsten M. Buzug



Magnetic Resonance Imaging (MRI)

• เป2นเคร1(อิงม1อิส์�าหร บถ)ายุภูาพีอิว ยุวะภูายุในขอิงมน�ษิยุ�โดยุไม)ต.อิงอิาศ ยุการผ)าต ด



MRI Principle



Basic of MRI



Ultrasound Imaging



Ultrasound Transducer



2-D Ultrasound Imaging



3-D Ultrasound Scanner



3-D Ultrasound Imaging



Image Processing: Geographical



Image Processing: Restoration



Image Processing: Resampling



Pattern recognition



Image Processing: Fault Detection



Classification

Classification, Parameter Estimation and

State Estimation, F. van der Heijden Et al.



Classification Process



Quality Inspection



เซนเซอร�แบบอาร�เรย�แบบลากจิ/ง (Towed array sensor)

เป2นระบบตรวจิจิ บส์ ญญาณ ท์�(เร�ยุกว)าระบบ SONAR (Sound navigation and ranging ) เพี1(อิตรวจิจิ บว)า ม�ว ตถ� หร1อิ ยุานพีาหนะใดๆขอิงฝ่;ายุตรงข.ามอิยุ�)ในร ศม�ท์�าการหร1อิไม)และอิยุ�)ในท์�ศท์างไหน



Bow array assembly for Seawolf submarine (SSN-21)





A mid-frequency cylindrical array on the bow of a surface

ship









Microphone Array

MULTIRATE STATISTICAL SIGNAL PROCESSING, Omid S. Jahromi

-20 0 20 40 60 80 -5

0

0.25

0.5

0.75

1

ท์�ศท์างขอิงBeam เป2นอิงศา

อิ ตราขยุายุ



ไมโครโฟนสั�าห็ร�บเคร%�องช้�วยฟ3ง

โปรเฟส์เซอิร� B.Widrow ก บเคร1(อิงช)วยุฟ=ง (Hearing aids)

ป=ญหาขอิงเคร1(อิงช)วยุฟ=ง ค1อิ 1.ม�การเก�ดเส์�ยุงรบกวนมากจินท์�าให.ฟ=งไม)ร� .เร1(อิง แท์นท์�(ส์ ญญาณเส์�ยุงพี�ดขอิงผ�.ส์นท์นาท์�(ต.อิงการจิะถ�กขยุายุเพี�ยุงอิยุ)างเด�ยุว แต)กล บเป2นว)า ส์ ญญาณรบกวนก�ถ�กขยุายุตามไปด.วยุ 2 .การเก�ดส์ ญญาณเส์�ยุงก.อิง (reverberation) ในกรณ�น�0 เป2นการเก�ดส์ ญญาณเส์�ยุงท์�(ม� ความคล.ายุคล7งก บต.นฉบ บ แต)ต)างก นท์�(การเก�ดการหน)วงเวลา



DSP in Robotics



Robot Localisation

Probabilistics Robots

SebastianTHRUN

WolframBURGARD

Dieter FOXDSP1-49CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing


Robot Localisation

t=0

Excerpted from “A brief Introduction to Particle Filters”, Michael Pfeiffer, http:// www.igi.tugraz.at/pfeiffer/documents/particlefilters.pdf



Robot Localisation

t=1




Robot Localisation

t=2




Robot Localisation

t=3




Robot Localisation

t=4




Robot Localisation

t=5




Rhino: Guide Tour Robot

Probabilistics Robots

SebastianTHRUN

WolframBURGARD

Dieter FOXDSP1-56CESdSP EEET0485 Digital Signal Processing




DSP1-57

Mobile Communications

• ระบบโท์รศ พีท์�เคล1(อินท์�(

• ส์ ญญาณว�(งผ)าน Channel• เร�ยุก channel แบบม�

หลายุๆ เส์.นท์างว)าMultipath channel

1

2

1122

โมเดิลของช้�องการสั%�อสัารสั�ญญาณ

• เราโมเดลช)อิงท์างส์1(อิส์ารด.วยุระบบ FIR

Multipath Channel(FIR)



Equalisation

• ต วปร บแต)งส์ ญญาณท์�าหน.าท์�( ด ด ส์ ญญาณกล บ“ ”ค1น

Multipath Channel Equaliser



วงจิรปร�บแต�งสั�ญญาณ (Equaliser)



Training bits for GSM



DSP1-61

การปร�บต�วของอ�ควอไลเซอร�



Seismographic Earthquake



Continuous-Time vs. Discrete-Time Signals

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

Continuous time, Continuous Amplitude

Discrete time , Continuous Amplitude

1( )x t

t2( )x t

t



Sampled Signal

t nT

1( )x t


2( )x t

t

InputInput Sampled Sampled OutputOutput



สั�ญญาณแบบอ%�นๆ

001010011100101

001010011100101




Discrete time, Discrete Amplitude

Continuous time, Continuous Amplitude,

Uniform time steps

Continuous time, Discrete AmplitudeUniform time steps

3( )x t

t4( )x t

t5( )x t

t



ข.อิด� ข.อิเส์�ยุ1 .ความแม)นยุ�าส์�ง (Accuracy)2. ความส์ามารถในการท์�าซ�0า

(Reproducibility)3. ความท์นท์านต)อิการ

เปล�(ยุนแปลง อิ�ณหภู�ม� และ อิายุ�ใช.งาน ม�ความเช1(อิถ1อิได.

4. ม�ความยุ1ดหยุ�)น (F lexibility)ในการเปล�(ยุนแปลงพีาราม�เตอิร� ด ดแปลงให.ใช.งานได.หลากหลายุ

1 .ความเร�วในการท์�างานต�(า (< 10 MHZ)

2 .ราคาส์�ง3 .เวลาท์�(ใช.ในการอิอิกแบบมาก4 .ม�ป=ญหาขอิงความยุาวการเก�บ

ข.อิม�ลท์�(จิ�าก ด (Finite word length)

ข&อดิ� ข&อเสั�ย ของ Digital Signal Processing



สัร ป

• Digital Signal Processing ค1อิ กระบวนการท์าง ด�จิ�ตอิล บวก ลบ ค�ณ หาร ส์ ญญาณด�จิ�ตอิล ท์�(ช)วยุ

หาความหมายุขอิงส์ ญญาณ (signals) ท์�(ไม)ส์ามารถ เข.าใจิได.ด.วยุ ตา ห� จิม�ก ล�0น ส์ มผ ส์

• เราส์ามารถใช. คอิมพี�วเตอิร� หร1อิ DSP processor ในการส์ร.างอิ ลกอิร�ธ์7มได.

• การประมวลผลส์ ญญาณด�จิ�ตอิล ยุ งคงม�อินาคตท์�(จิะถ�กใช.งานหลากหลายุอิ�กมาก



Documents

1 EEET0485 Digital Signal Processing การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล