35017 - ELABORAZIONE ELETTRONICA DEI SEGNALI DIGITALI LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Illustrare le metodologie di trattamento dei segnali digitali nei moderni sistemi elettronici operanti in tempo reale, con particolare riferimento ai sistemi di telecomunicazioni, di automazione industriale e, più in generale, ai sistemi di elaborazione digitale dell'informazione.

Contenuti

Analisi dei segnali. Introduzione sui segnali analogici, tempo-discreti e digitali. Richiami sulla trasformata discreta di Fourier di un segnale tempo-discreto. Relazione fra trasformata e trasformata discreta di Fourier del segnale campionato. Il teorema di Shannon. Dualismo tempo-frequenza. Trasformata zeta e sue proprietà. Relazione fra trasformata zeta e trasformata tempo-discreta di Fourier. Trasformazione zeta inversa. Il teorema dei residui. Trasformazioni lineari fra segnali tempo-discreti. Funzione di trasferimento. Convoluzione reale. Correlazione fra segnali.

Progetto e realizzazione di filtri FIR. Filtri a risposta impulsiva finita (FIR) e loro realizzazione. Funzione di trasferimento dei filtri FIR. Caratteristiche dei filtri FIR e loro proprietà in relazione all'esistenza di condizioni di parità dei coefficienti. Specifiche del filtro. Progetto di filtri FIR: il teorema delle alternanze e l'algoritmo di Remez. Progetto di filtri FIR con MATLAB. Esperimenti implementativi di filtri FIR su DSP TMS320C6711.

Progetto e realizzazione di filtri IIR. Filtri a risposta impulsiva infinita (IIR). Funzione di trasferimento dei filtri IIR. Teoremi e criteri di stabilità dei filtri IIR. Realizzazione di filtri IIR in forma canonica, per scomposizione in blocchi serie o parallelo, e a scala. Richiami sui filtri analogici. Approssimazione ai filtri analogici: filtri di Butterworth, di Chebyshev, di Bessel ed ellittici. Conversione di un filtro analogico in un filtro a valori tempo-discreti: il metodo della risposta impulsiva invariante e sua estensione ai filtri dotati di zeri. Il metodo della trasformazione bilineare. Trasformazioni di Costantinides. Effetti di quantizzazione: precisione, instabilità, cicli limite. Progetto di filtri IIR con MATLAB. Esperimenti implementativi di filtri IIR su DSP TMS320C6711.

Processi stocastici tempo-discreti. Definizione di processo stocastico. Probabilità al primo e al secondo ordine. Il teorema di Parseval. Funzione di autocorrelazione. Il teorema di Wiener-Kintchine. Relazione fra le densità spettrali di potenza all'ingresso e all'uscita del filtro. Rumore di quantizzazione. Influenza della quantizzazione dei coefficienti sulle funzione di trasferimento del filtro. Quantizzazione dei prodotti e loro influenza sulla densità spettrale di potenza del rumore in uscita. Implementazione in virgola fissa. Determinazione del fattore di scala dei valori campionati. Fenomeni di “deadband” e cicli limite per filtri puramente ricorrenti del primo e del secondo ordine. Calcolo degli estremi del ciclo limite.

Trasformata rapida di Fourier (FFT) e sue applicazioni. Trasformata discreta di Fourier (DFT) di segnali periodici tempo-discreti: definizioni e proprietà. Trasformazione inversa di Fourier (IDFT). Relazione fra DFT, trasformata discreta di Fourier di un segnale aperiodico tempo-discreto e trasformata zeta. Relazione fra DFT e sviluppo in serie di un segnale periodico tempo-continuo. Campionamento del dominio delle frequenze. Trasformata rapida di Fourier (FFT). Decimazione nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze. Implementazione della FFT con MATLAB.

Implementazione “custom” del filtro. Rappresentazione del circuito mediante grafi a flusso di dati (DFG) e grafi a flusso di segnali (SFG). Definizioni di tempo limite dell'iterazione e di cammino critico. Teorema di trasposizione. Implementazione pipeline di un filtro FIR. Implementazione parallela di un filtro FIR. Scaling della tensione di alimentazione e riduzione della potenza dissipata. Tecniche di ritemporizzazione (retiming). Algoritmo del cammino più breve fra due nodi del DFG. Metodi di soluzione di un sistema di disuguaglianze. Minimizzazione del cammino critico per ritemporizzazione del filtro. Trasformazioni di “folding” per la riduzione del numero di unità aritmetiche in una implementazione del filtro in tecnologia integrata VLSI.

Filtraggio adattivo. Filtri adattivi. Metodi di ottimizzazione: algoritmi “Steepest Descent” e LMS. Analisi delle prestazioni: stabilità, convergenza, scarto quadratico medio. Applicazioni: Identificazione del sistema adattivo; predizione lineare adattiva; cancellazione adattiva del rumore; equalizzazione adattiva del canale.

Elaborazione del parlato. Definizioni di “cepstrum” complesso e reale. Principio generalizzato di sovrapposizione e deconvoluzione omomorfa. Forma canonica di sistemi omomorfi e loro rappresentazione. Deconvoluzione basata sul principio generalizzato di sovrapposizione. Sequenza a fase minima e a fase massima. Trasformazione di Hilbert. Filtraggio omomorfo. Modello del parlato. Deconvoluzione omomorfa del parlato. Stima dei parametri del modello di parlato. Applicazioni del cepstrum complesso all'analisi e sintesi del parlato.

Architettura del DSP TMS320C6711. Schema a blocchi del DSP TMS320C6711. Strumenti di sviluppo software: compilatore C, assemblatore, linker. Metodi di indirizzamento: metodo diretto, indiretto, assoluto, circolare. Indirizzamento ai registri mappati sulla memoria. La pipeline del DSP TMS320C6711. Esecuzione parallela sul TMS320C6711. Set di istruzioni: istruzioni aritmetiche, logiche, di manipolazione dei bit. Istruzioni di controllo del flusso di programma. Programmazione mista in linguaggio C e “linear assembler”. Applicazioni ed esperimenti.

Testi/Bibliografia

A. Antoniou: Digital Filters: Analysis and Design, Mc Grow-Hill, 1979.

A.V. Oppenheim, R.V. Shafer: Discrete Time Signal processing, Prentice Hall, 1995.

K.K. Parhi: VLSI Digital Signal Processing Systems, Wiley, 1999.

S. M. Kuo, B. H. Lee: Real-Time Digital Signal Processing, Wiley, 200

E. C. Ifeachor, B. W. Jervis: Digital Signal Processing, Prentice Hall, 2002.

Metodi didattici

Il corso viene svolto mediante lezioni frontali (5 ore alla settimana per 14 settimane)

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica consiste in un colloquio orale sui contenuti del corso svolti a lezione.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico del corso può essere reperito nel sito web: http://didattica.arces.unibo.it/

Link ad altre eventuali informazioni

http://didattica.arces.unibo.it/user/view.php?id=4&course=1

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giorgio Baccarani