INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 1 UNIVERSITETET I OSLO Velkommen til INF 2400 Digital Signalbehandling Foreleser: Øyvind Ryan Gruppelærer: Carl Inge Colombo Nilsen I dag første forelesning: –Signalbehandling – en introduksjon –Gjennomgang av kurssidene, –Presentasjon av obligene. Spørsmål! –Faglig start

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 2 UNIVERSITETET I OSLO Definisjoner Signal –”Tidsavhengig, fysisk størrelse som brukes til å representere data” (Norsk dataordbok, 6. utgave, 1997) Digital signalbehandling: –Algoritmer som transformerer signaler, filtre. –Analyse av signaler ved frekvensanalyse eller spektralanalyse.

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 3 UNIVERSITETET I OSLO

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 4 UNIVERSITETET I OSLO Eksempel på digital signalbehandling

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 5 UNIVERSITETET I OSLO Anvendelsesområder Seismikk (PGS) Sonar (Kongsberg Maritime) Ultralyd Standarder for lyd/bilde Mobil kommunikasjon Et par av forelesningene i INF2400 vil bli brukt til industriforedrag fra aktører på noen av disse områdene (innsamling av seismiske data, løsninger innen sonar)

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 6 UNIVERSITETET I OSLO Digital representasjon av lyd Mikrofonen gjør lydbølgene om til et (analogt) elektrisk signal - Signalet leses av med en gitt frekvens (diskretisering i tid - f.eks 8 kHz, 16 kHz, 44 kHz) -Verdiene tilnærmes med et antall faste nivåer gitt av antall bit som brukes (diskretisering i amplitude) Med 3 bit får vi 2*2*2 = 2 3 = 8 nivåer 8 bit gir 2 8 = 256 nivåer Telefon: 8 bit *8 000 Hz = bits/sek = 64 kb/s Tid

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 7 UNIVERSITETET I OSLO ”I språket kan vi skrive uendelig mange ord med et lite sett av bokstaver” 5 sek. gir verdier Samplet med 16 kHz (T= msek.) og 16 bits oppløsning 256 kb/s. Bedre enn telefonkvalitet ”I s” Tale

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 8 UNIVERSITETET I OSLO Overgang ”I” og ”s” 16 kHz 8 kHz 4 kHz

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 9 UNIVERSITETET I OSLO Talekompresjon et høyt utviklet felt Generell kompresjon av digitale data uten tap (UNIX compress %) Telefon 8 bits ved 8 kHz = 64 kb/s Moderne talekoding bygger på matematiske modeller av taleorganet –Typiske rater 2 – 16 kb/s –GSM talekoder: 13 kb/s

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 10 UNIVERSITETET I OSLO Musikk Kompresjon bygger på modell av ørets Cochlea

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 11 UNIVERSITETET I OSLO Beethovens 5. symfoni samplet med 44.1 kHz 16 bit, 44.1kHz = 705 kb/s 4 bit 44.1 kHz= 176 kb/s (dum og dårlig) mp3 kompresjon: 128 kb/s

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 12 UNIVERSITETET I OSLO Hvor brukes signalbehandling i MP3? Sampling (kapittel 4) Vinduer (kapittel 13) Filtere (kapittel 5) DFT (kapittel 13)

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 13 UNIVERSITETET I OSLO

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 14 UNIVERSITETET I OSLO

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 15 UNIVERSITETET I OSLO Krevende å overføre informasjon over en mobiltelefonkanal – Radiobølgene følger flere veier (multipath) som gir ekko I tillegg alltid støy Sentrale forskningsområder: Ønsker å kunne sende mest mulig informasjon mellom bruker og basestasjon (høy båndbredde) Flest mulig brukere av samme basestasjon? Løsningen ligger i stadig mer avansert behandling av radiosignalene i sender og mottaker (anvendt matematikk) Stadig kraftigere og billigere datamaskiner i sender og mottaker Støy Ekko Mottas Sendes

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 16 UNIVERSITETET I OSLO Gruppe for Digital Signalbehandling og Bildeanalyse – DSB Anvendelser signalbehandling

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 17 UNIVERSITETET I OSLO

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 18 UNIVERSITETET I OSLO

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 19 UNIVERSITETET I OSLO Signalbehandling og kommunikasjon INF 2400 Digital signalbehandling INF 3440/4440 Signalbehandling INF3460 Prosjekt i digital signalbehandling og akustikk. Studentoppgaver kan bli presentert under forelesninger I INF2400 INF 5410 Signalbehandling i tid og rom INF 5400 Statistisk signalbehandling INF 2450/ UNIK 4170 Digital kommunikasjon 1 UNIK 4180 Digital kommunikasjon 2 UNIK – mange andre kurs –

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 20 UNIVERSITETET I OSLO INF 2400 – Digital signalbehandling Arbeid –Arbeid: 10 poeng = 33% av ca. 40 t. = 14 t. pr. uke –Hvorav 2 t. forelesninger og 4 t. øvelser. Gir rundt = 8 timer selvstudium – f.eks. fordelt på 4 t. lesning og 4 t. regning/programmering. –Ifi har lav andel formell undervisning relativt til f.eks. NTNU –Undervisningen lagt opp etter dette – holder ikke bare å møte opp på forelesninger og grupper.

INSTITUTT FOR INFORMATIKKINF ØR , Intro nr. 21 UNIVERSITETET I OSLO Obligatoriske oppgaver i java Alle må gjøre 3. Den siste må være en av dem. Bruker bibliotek for lyd laget ved UIO. 1. Sinus-generator. Programmerer enkle signaler, lytter på dem 2. Signal-generator. Mer kompliserte signaler. Spektre (kap. 3) til signaler. 3. Spektrum. DFT (kap. 13) 4. Sample egen lyd. Filtrering av lyd. Tar bort høye/lave frekvenser.