Název:

Signály a systémy

Zkratka:ISS
Ak.rok:2019/2020
Semestr:zimní
Studijní plán:
ProgramObor/
specializace
RočníkPovinnost
BIT-2.povinný
IT-BC-3BIT2.povinný
Vyučovací jazyk:čeština
Informace veřejné:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/ISS/public/
Kredity:6 kreditů
Ukončení:zkouška (písemná)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvič.lab. cvič.poč. cvič.jiná
Rozsah:39120014
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:512501212
Garant:Černocký Jan, doc. Dr. Ing. (UPGM)
Zástupce garanta:Burget Lukáš, doc. Ing., Ph.D. (UPGM)
Přednášející:Černocký Jan, doc. Dr. Ing. (UPGM)
Cvičící:Beneš Karel, Ing. (UPGM)
Grézl František, Ing., Ph.D. (UPGM)
Kodym Oldřich, Ing. (UPGM)
Landini Federico Nicolás (UPGM)
Mošner Ladislav, Ing. (UPGM)
Silnova Anna, MSc. (UPGM)
Skácel Miroslav, Ing. (UPGM)
Žmolíková Kateřina, Ing. (UPGM)
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačové grafiky a multimédií FIT VUT v Brně
Prerekvizity: 
Diskrétní matematika (IDA), UMAT
Matematická analýza (IMA), UMAT
Rozvrh:
DenVýukaTýdenMístnostOdDoPSKSkupiny
PocvičenívýukyN203 08:0009:502BIA 2BIB 3BIT xx
PocvičenívýukyN203 10:0011:502BIA 2BIB 3BIT xx
PocvičenívýukyN203 12:0013:502BIA 2BIB 3BIT xx
PocvičenívýukyN203 14:0015:502BIA 2BIB 3BIT xx
PocvičenívýukyN203 16:0017:502BIA 2BIB 3BIT xx
ÚtcvičenívýukyN203 08:0009:502BIA 2BIB 3BIT xx
ÚtcvičenívýukyN203 10:0011:502BIA 2BIB 3BIT xx
ÚtcvičenívýukyN203 12:0013:502BIA 2BIB 3BIT xx
ÚtcvičenívýukyN203 14:0015:502BIA 2BIB 3BIT xx
ÚtcvičenívýukyN203 16:0017:502BIA 2BIB 3BIT xx
StpřednáškavýukyD0207 D105 08:0010:502BIB 3BIT xx
StcvičenívýukyN203 12:0013:502BIA 2BIB 3BIT xx
StcvičenívýukyN203 14:0015:502BIA 2BIB 3BIT xx
ČtcvičenívýukyN203 11:0012:502BIA 2BIB 3BIT xx
přednáškavýukyE104 E105 14:0016:502BIA 3BIT xx
 
Cíle předmětu:
  Seznámit se s teorií signálů a lineárních systémů se spojitým a s diskrétním časem, a s teorií náhodných signálů. Předmět klade důraz na spektrální analýzu a lineární filtraci jako dva základní bloky moderních systémů pro komunikaci a pro strojové učení. 
Anotace:
  Spojité a diskrétní signály, diskrétní a spojité systémy. Konvoluce. Spektrální analýza spojitých signálů - Fourierova řada (FŘ), Fourierova transformace (FT). Systémy se spojitým časem. Vzorkování a rekonstrukce. Diskrétní signály a jejich frekvenční analýza - Diskrétní Fourierova řada (DFŘ), Fourierova transformace s diskrétním časem (DTFT). Diskrétní systémy. Dvourozměrné (2D) signály a systémy. Náhodné signály.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti:
  Základní znalosti matematiky a statistiky.
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu:
  Studenti si osvojí základní teoretické znalosti v oblasti popisu a analýzy spojitých a diskrétních signálů a lineárních systémů. Získají rovněž praktické dovednosti při analýze a filtraci signálů v prostředí MATLAB/Octave.
Dovednosti, znalosti a kompetence obecné:
  Studenti si prohloubí znalosti matematiky a statistiky a aplikují je na reálné problémy zpracování signálů. 
Proč je předmět vyučován:
  Asi každý už někdy volal z mobilu. Asi každý už někdy vyfotil obrázek a uložil ho do JPG souboru. Za oběma aplikacemi se skrývají algoritmy číslicového zpracování signálů - filtrování (v případě mobilního kodeku je to třeba filtr, jehož charakteristika se mění podle Vašeho hlasu každých 20 milisekund) a spektrální analýza (v případě JPG srovnávání čtverečků o rozměrech 8x8 pixelů s různě rychlými kosinusovkami). Oba příklady jsou ale jen maličkou částí obrovské množiny aplikací zpracování signálu a dat, které jsou všude kolem nás od řízení ABS v autě až po komunikaci se satelity. Zpracování signálů je navíc důležitým komponentem strojového učení (někdy nazývaného "umělá inteligence"), které v současnosti zasahuje téměř do všech oblastí hospodářství a běžného života. ISS Vás nenaučí vše, ale dá Vám pevné matematické základy a intuici, na kterých můžete dále stavět.
Osnova přednášek:
 
  1. Číslicové filtry - základy a praktické využití
  2. Frekvenční analýza pomocí DFT - základy a praktické využití
  3. Zpracování obrazů (2D signály) - základy a praktické využití
  4. Náhodné signály - základy a praktické využití
  5. Aplikace zpracování signálů a úvod do teorie
  6. Frekvenční analýza spojitých signálů
  7. Systémy se spojitým časem
  8. Od spojitého k diskrétnímu - vzorkování, kvantování
  9. Diskrétní signály detailněji
  10. Spektrální analýza diskrétních signálů detailněji 
  11. Číslicová filtrace detailněji
  12. Náhodné signály detailněji
  13. Aplikace a pokročilá témata zpracování signálů
Osnova numerických cvičení:
 
  1. Komplexní čísla, kosinusovky a komplexní exponenciály a operace s nimi
  2. Základy, filtrování, frekvenční analýza
  3. Signály se spojitým časem: Energie, výkon, Fourierova řada, Fourierova transformace
  4. Systémy se spojitým časem a vzorkování
  5. Operace s diskrétními signály, konvoluce, DTFT, DFT
  6. Číslicová filtrace a náhodné signály
Osnova ostatní - projekty, práce:
 Projekt je zaměřen na praktické procvičování signálů a systémů v Matlabu/Octave. Jeho studijní etapa obsahuje řešené příklady na témata: 
  1. Základy práce s Matlabem
  2. Projekce do bází a Fourierova řada
  3. Práce se zvukem, filtrace a spektrální analýza
  4. Zpracování obrazu
  5. Náhodné signály
  6. Vzorkování a kvantování
Následuje vlastní projekt s individuálně zadanými signály, viz http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/ISS/public/#proj
Literatura referenční:
 
  • Oppenheim A.V., Wilski A.S.: Signals and systems, Prentice Hall, 1997
Literatura studijní:
 
  • http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/ISS/public/
  • Jan, J., Kozumplík, J.: Systémy, procesy a signály. Skriptum VUT v Brně, VUTIUM, 2000.
  • Šebesta V.: Systémy, procesy a signály I., Skriptum VUT v Brně, VUTIUM, 1997.
  • Jan J., Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů, VUT v Brně, VUTIUM, 2002, ISBN 80-214-1558-4.
Kontrolovaná výuka:
  
  • Účast v numerických cvičeních není kontrolovaná, ale píší se na nich testy po 2 bodech.   
  • Skupiny v numerických cvičeních jsou organizovány na základě zapisování do rozvrhových oken.
  • Nahrazení zameškaného cvičení (a získání bodů) je možné (1) účastí na cvičení a testu s jinou skupinou (2) vypracováním všech příkladů z daného cvičení a jejich předvedením vyučujícímu, (3) přezkoušením po individuální domluvě s vyučujícím nebo garantem kursu. Možnosti (2) a (3) připadají v úvahu nejvýše 14 dní po zameškaném cvičení, nikoliv zpětně na konci kursu. 
Průběžná kontrola studia:
  
  • testy v numerických cvičeních, 6 po 2 bodech, celkem 12b.
  • půlsemestrální zkouška, bez literatury, bez počítače a kalkulačky, 25b.
  • odevzdání projektu - 12b.
  • závěrečná zkouška - 51b, bez literatury, bez počítače a kalkulačky, k disposici bude seznam základních rovnic. Pro získání bodů ze zkoušky je nutné zkoušku vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 17 body. V opačném případě bude zkouška hodnocena 0 body.
 

Vaše IPv4 adresa: 34.229.126.29