การประมวลผลสัญญาณขั้นสูง Advanced Digital Signal ... · Evaluation • การบ้าน 10% • กลางภาค 30% •

EEET0772/0872 Advanced Digital Signal Processing

1 Introduction to

Advanced Digital Signal Processing

Assoc. Prof. Dr. Peerapol Yuvapoositanon Dept. of Electronic Engineering

CESdSP

EEET0772/0872 Advanced Digital Signal Processing http://embedsigproc.wordpress.com/eeet0772

Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

1

Course Outline

• Introduction to ADSP • Random Signals / Power Spectrum • Estimation in Signal Processing • Cramer-Rao Lower Bound • Linear Models • Best Linear Unbiased Estimators • Maximum Likelihood Estimators • Least Squares Estimators CESdSP


Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon 2

Evaluation

• การบาน 10% • กลางภาค 30% • ปลายภาค 60%

CESdSP EEET0772/0872 Advanced Digital Signal Processing

http://embedsigproc.wordpress.com/eeet0772 Assoc. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

3

Book



“การประมวลผลสญญาณดจตอลขนสง พนฐานของทฤษฎการประมาณคา Advanced Digital Signal Processing: Fundamentals of Estimation Theory ” รศ.ดร.พระพล ยวภษตานนท (Ph.D., DIC)

4

Software



5

Course website http://embedsigproc.wordpress.com/eeet0

772/



6

http://embedsigproc.wordpress.com/eeet0772/






What is DSP ?

• สญญาณ (Signals) : คอ การแปรรปของพลงงานทท งมองเหนและมองไมเหน ไดยนและไมไดยน สมผสไดและสมผสไมได ใหเปนปรมาณทางไฟฟา

สญญาณเรดาร เสยงพด เสยงเพลง เสยงปลาวาฬ

อนฟราเรด คลนสญญาณโทรศพท คลนสนาม สญญาณมอของจราจร กลนไวน แรงกระแทก และ อนๆ อกมากมาย...

7 CESdSP



Digital Signal Processing v.s. Advanced Digital Signal Processing

• Digital Signal Processing = กระบวนการ (Process) ทางดจตอลทชวยหาความหมาย ของสญญาณ (signals) ทไมสามารถเขาใจไดดวย ตา ห จมก ลน สมผส โดยเนนไปทสญญาณเชงกาหนด (deterministic signals)

• Advanced Digital Signal Processing = กระบวนการ DSP ทเนนไปทสญญาณสม (Random Signals) 8 CESdSP



Fundamentals of Random Signals

9 CESdSP



Random Signals

• สญญาณโดยท วไปนนอยในรปสญญาณทไมแนนอน • เรยกสญญาณทมความไมแนนอนนนวาสญญาณสม

(Random Signal) สญญาณรบกวน



10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500-3

-2

-1

0

1

2

3

4

เสยงพดวา Matlab

Statistics Parameters

• เราไมสามารถ ใช spectrum ในการหาความหมายของสญญาณสม ได

• เราใช คาสถต (Statistics) คาเฉลย (Mean) คา Correlation

11 CESdSP EEET0772/0872 Advanced Digital Signal Processing


Expectation Value

• คาเฉลยของสญญาณ (mean) แสดง ปรมาณกลางของสญญาณ

n

1( )x n

0 1K

1( )x n

E{x(n)} = คาคาดหวง (expected value) ของสญญาณ



Correlation

• คา correlation นนไดเปนการบอกวาสญญาณมความเหมอนกนหรอไม? ทเวลาการหนวงเทาใด?

• คานวณจากคาเฉลยเชงสถตของผลคณของสองสญญาณ • คาเฉลยเชงสถตดงกลาวเรยกวา คาคาดหวง (expectation value) • ตวอยางคา correlation ของ A และ B ม สญลกษณ

A B = E{A*B}

E{ } =Expectation operator

A A = E{A*A}

Cross-correlation

Auto-correlation



Auto and Cross correlation

• Autocorrelation

• Cross-correlation

A

A C

A

B D



Random Signal

• สมมตวา สญญาณสม (เชน เสยงพด) เปนดงรป



AutoCorrelation

• เราทาการหา autocorrelation ของ สญญาณสม

A

A



Different Signals

• หากมสญญาณสม B ท ไมเหมอน A



Different Random Signals

• ความแตกตาง

A

A

A-A

A

B

A-B



Cross Correlation

• คณสมบตสญญาณสมนนไมสามารถดได (หรอดไดยาก) จาก “ตาเปลา” แตสามารถใช cross correlation ตรวจสอบได

A

B



Cross Correlation

• สาหรบสญญาณทไมเหมอนกน ไมม crosscorrelation

A

C



Communication Signal

• สญญาณในการสอสารดจตอล เชน โทรศพทมอถอนนจะเปนสญญาณทเปนขอมลขาวสาร (information)

• ตามทฤษฎขอมล (Information Theory) ของ C.E. Shannon นน ยงสญญาณมความเปนขอมลมาก กยงมความเปนสญญาณสมมากดวย

1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1

ขอมลขาวสาร = สญญาณสม



Cross Correlation Application Code Division Multiple Access (CDMA)

• ใชการเขารหส

1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1

0 1 0 1 1

Code

1 X

“1” ….

….

Bit 1 Bit 2

Chip

Modulation

DATA 1 1 0



CDMA Receiver

0 1 0 1 1

Code

1 X Correlation

1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 “1”

….

Bit 1 Bit 2 Chip

1 1 0

Integration



Simulink Model of CDMA

Note: ในทางปฏบต เราใช +1 และ -1 แทนขอมล 1 และ 0 ตามลาดบ



Decoding

Code ถกตอง

Code ไมถกตอง

สญญาณ mod สญญาณ Demod



Adaptive Signal Processing

• การประมวลผลสญญาณแบบอนพทเปนแบบ สญญาณสม โดยเฉพาะ เรอง การประมวลผลสญญาณแบบปรบตวได (adaptive signal processing)

• ความตองการคอ การหกลางผลทไมตองการ เชน ผลของ channel ในเรอง Equalisation ผลของ room ในเรองของ Echo Cancellation ผลของ transfer function ของผวหนงในการวด ecg



Channel Equalisation

Multipath Channel

1

1 0 1 0

2 1 0 ? ?

1

ไมม multipath

ม multipath

I)

II)

27 CESdSP

EEET0772/0872 Advanced Digital Signal Processing


Transfer Function • เมอแปลงผลของ channel ดวยการทาการแปลง z

• กรณไมม multipath H(z) =1 • Multipath ทาใหเกดการผดเพยนทางโดเมนเวลา • เราแกไขงายกวาหากแก Multipath ทางโดเมนความถ

1 2 z

f t

1 z

f t

H(z)=1

H(z)=?

ไมม multipath

ม multipath



Basic Equalisation I

• เราใช Equaliser ในการดดแปลง channel ให มคา H(z) เปน 1 ดวยการทา inverse

Channel Equaliser

H(z) 1/H(z)

*



Basic Equalisation II

• กรณท ไมทราบ channel H(z) เราตองอาศยการปรบคาเองจาก error

Channel Adaptive Equaliser

H(z) 1/H(z)

*

+ e

d

y + - x



Adaptive Algorithm

• คาผดพลาด error= d-y คาใหม = คาเดม + สเกล * คาผดพลาด*อนพท

เรยกวา Least-Mean Square (LMS) algorithm

w(n)=w(n-1) + mu*e(n)*x(n)

For n=1:N

end

e(n)= d(n)-y(n)

Algorithm



LMS Algorithm Block

• บลอก LMS

Normalization



Adaptive Equalisation

• ตวอยางการใชบลอก LMS สรางระบบ Adaptive Equaliser



Noise Cancellation

• สญญาณรบกวนเปนสงทเราไมตองการ

• วธการทงายทสดกคอ แกดวย หฟงแบบพเศษ



Basic of Noise Cancellation • การสรางสญญาณกลบเฟสทาใหเกดบรเวณเงยบ • Active Noise Canceller สรางสญญาณกลบเฟสดวยอลกอรธม DSP

Feedback ANC

สญญาณรบกวน Pilot Mic

Loudspeaker

บรเวณเงยบ

n

n -n



Active Noise Cancellation Headphones

• การใชงาน ANC ทไดผลด คอ ใน Headphones

LX-18 Active Noise Cancelling Headphones



Diagram of Active Noise Cancellation Headphones

CESdSP 37

H(z)

n n

y

1. สญญาณเขา n ท Ext.Mic 2. n ถกดดแปลงเปน n จาก H(z) ท Pilot Mic. 3. ANC พยายามสราง y เปน n ทกลบเฟส (คอ –n)

1 2

3

H(z) เปนโมเดลทาง Acoustic

Ext.Mic

Pilot Mic Quiet Zone



ANC

• แปลงโมเดล Loudspeaker

Algorithm

+

Exterior Mic

e

y n

Pilot Mic n

ANC

FIR



ANC Simulink Model

• Dspanc_win32.mdl



Adaptive Time Delay Estimation

• จากเรองของการทา Adaptive Time Delay

Adaptive Equaliser

+ error

d

y + - x

Delay d

+

Noise



ADTE: Simulink Model

• lmsadte.mdl คาสมประสทธตวกรอง

แสดงตาแหนงของการ

หนวง

9

9



ECG Measurement

• สญญาณ ECG เปนสญญาณทสาคญ เพอตรวจสอบอาการผดปกตตางๆ ของ หวใจ



ECG Signal

• ใช Matlab ในการสราง ecg



ECG Measuring Circuit

• บลอกไดอะแกรมของวงจรสาหรบการวด ECG



Diagram of ECG Measurement with Noise

CESdSP 45

H(z)

1 2

3

H(z) เปนTransfer Function ของผวหนง

ECG Sensor

220 Vac 50Hz

ผวหนง ขนาดและเฟส

ของ 220 V

ถกเปลยนแปลง

ดวย H(z)

ECG

4

50 Hz

50 Hz



50Hz Notch Filtering

• เราจะทาการตดสญญาณ 50 Hz ดวย Notch filter

From ECG Sensor

Notch Filter

Filtered ECG

50 Hz f 50 Hz



Cancelling 50Hz in ECG

• ออกแบบ Notch filter ดวย Fdatool บลอกใน Simulink

50Hz

50 Hz f

Fpass1 40 Hz Fstop1

45 Hz

Fpass2

55 Hz

Fstop2

60 Hz




• ระบบ 50Hz Canceling ดวย Notch filter

Notch

Filter







• กรณสญญาณเขามาเปนม distortion เชน สญญาณไมเปน sine แทจรง เชน มการ clipping

Nonlinear Wave

Transfer Function

ของผวหนง




• ฮารโมนกไมลด




• ทดลองสราง adaptive filter ดวยบลอก nLMS




ฮารโมนก

ลดลง



Documents

การประมวลผลสัญญาณขั้นสูง Advanced Digital Signal ... · Evaluation • การบ้าน 10% • กลางภาค 30% •