Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Jelek és jelfeldolgozás

    A tantárgy angol neve: Signals and Signal Processing

    Adatlap utolsó módosítása: 2018. június 28.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Üzemmérnök-informatikus szak, BProf képzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHVBB01 4 2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kollár Zsolt, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Kollár Zsolt, Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

    Dr. Nagy Lajos, Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Elektromosságtan alapjai, lineáris algebra

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    Training.Code=("5N-A9")

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célkitűzése, hogy a hallgatók megismerkedjenek a jelek – mint fizikai információhordozók – fogalmával, tulajdonságaikkal, leírási módjaikkal, digitális eszközökkel történő feldolgozásuk lehetőségeivel.

    A tantárgy bemutatja az analóg és digitális jelek matematikai kezelésének és feldolgozásának néhány lehetőségét, így a jelek és rendszerek idő- és frekvenciatartománybeli leírását. A hallgatók megismerkedhetnek a legfontosabb mérőjelekkel és azok alkalmazhatóságával.

    A jelek mellett a jelutak, jelfolyamhálózatok, rendszerek is bemutatásra kerülnek. A visszacsatolt rendszerek körében szabályozástechnikai alapismeretek mellett a rendszerek stabilitását is tárgyalja a tárgy.

    A gyakorlati alkalmazások köréből a kép- és hangfeldolgozás, szűrőtervezés jellegzetes feladatival, ennek kapcsán a folytonos idejű rendszerek digitális eszközökkel történő megvalósításának lehetőségeivel foglalkozunk.

    A gyakorlati foglalkozásokon központi szerepet kap a MATLAB, mint jelfeldolgozási eszköz, a feladatok megoldásának szemléltetése ennek alkalmazásával történik.

    A tantárgy első felében a jelek és a rendszerek fogalmának kialakításán van a hangsúly. A tárgy második felében a digitális jelek értelmezése, feldolgozása illetve a témakörhöz kapcsolódó algoritmusok, eljárások lesznek részletesen tárgyalva.

    Az előadások a tárgyalt témakörök megértési tudásszintjének elérését (magyarázatok, összefüggések ismerete, esetek felismerése, besorolása – K2) célozza, a gyakorlatok pedig ehhez adnak szemléltető támogatást.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Az előadások tematikája:

    Előadás

    Előadás anyaga

    1.

    A jelfeldolgozás alapjai, tipikus alkalmazási területei és eszközei

    - Mi a jel? Információt hordozó, jellemzően fizikai/kémiai/biológiai

    mennyiség. Tipikus jelhordozók: villamos, elektromágneses, optikai, termikus, pneumatikus mennyiségek

    - Mi a jelfeldolgozás? A jelhordozó fizikai mennyiség információorientált

    manipulációja.

    - Alkalmazási példák bemutatása: Jelfeldolgozási séma bemutatása

    2.

    MATLAB ismertetése, változók, m fájlok, symbolic toolbox, MATLAB mint mérnöki platform és jelfeldolgozási eszköz, egyszerű szemléltető példák bemutatása

    3.

    Jelek osztályozása. Diszkrét és folytonos értékű, illetve idejű jelek, determinisztikus és sztochasztikus jelek. Szinuszos jelek, leírás komplex amplitúdóval.

    4.

    A hálózatelmélet alapjai: Ohm törvény, Kirchoff törvény. Áramköri elemek bevezetése és leírása: ellenállás, források és generátorok.  Kondenzátor, tekercs jellemzése. Áram-feszültség kapcsolat. Áramköri elemek jellemzése szinuszos gerjesztésre. Átviteli tényező.

    5.

    Periódikus jelek leírása – Fourier sor. Aperiódikus jelek leírása - Fourier transzformáció. Jelek spektruma. Átviteli karakterisztika. Idő/Frekvenciatartomány értelmezése.

    6.

    Rendszerek leírása blokkvázlattal, jelfolyam hálózattal. Jelátviteli hálózatok, átviteli tulajdonságok, konvolúció. Jelhordozók osztályozása. Szabályozás alapjai, a pozitív, negatív visszacsatolás. Stabilitás fogalma.

    7.

    Átviteli rendszerek/szűrők jellemzése, az átviteli karakterisztika – amplitúdó és fáziskarakterisztika. Bode diagramm.

    8.

    Analóg jelek diszkretizálása, mintavételezés, kvantálás. Alulmintavételezés / túlmintavételezés, diszkrét szimuláció, interpoláció/decimálás, Aliasing

    9.

    DI jelek, DFT/DCT, Z transzformáció. Diszkrét idejű rendszerek felépítése

    10.

    DFT/DCT tulajdonságai, szivárgás, kerítés-effektus, ablakozás. Az FFT és értelmezése

    11.

    Digitális szűrők: Egyszerű átlagoló szűrő, FIR, IIR.

    12.

    Hang- és képfeldolgozás tipikus feladatai. A jelfeldolgozás, mint tömörítési eljárás, alapvető adattárolási formátumok.

    13.

    Analóg rendszerek diszkrét szimulációja, Jelfeldolgozási esettanulmányok: EKG jelek feldolgozása, hangfájl feldolgozása, képfájl feldolgozása

    14.

    Pótalkalom

    A gyakorlatok (laborok) tematikája:                                                                     

    Gyakorlat

    Gyakorlat anyaga

    1.

    Ismétlés: Kirchoff, párhuzamos/soros kapcsolás. Feszültség/Áram. Terhelés.

    2.

    MATLAB bevezetés. Egyszerű megjelenítés, diszkrét vektorok kezelése / műveletek. Alapvető programozási struktúrák jelfeldolgozáshoz és alkalmazásuk.

    3.

    Diszkrét/Analóg jelek kezelése, értelmezése. A jelekkel végezhető műveletek (eltolás, differenciálás, integrálás). Periodicitás.

    4.

    Egyszerű egyenáramú áramkörök vizsgálata. Eszközök táplálása, tápegység, akkumulátor. Tápegység és fogyasztó közötti vezeték hosszának hatása. Áramkörök vizsgálata szinuszos gerjesztés mellett. RC, RL és RLC körök. Rezonancia.

    5.

    Négyszög jel Fourier sora, amplitudó moduláció, demoduláció.

    6.

    Jelátvitel csavart érpáron, csillapítás. A rádiócsatorna csillapítása. Visszacsatolás hatása

    7.

    Bode-diagramm rajzolása, értelmezése. Frekvenciafüggés. Sinuszos jel átvitelének számítása.

    8.

    Matlabos gyakorlat, Hangfile-ok interpolálás és decimálása. Alulmintavételezés hatása.

    9.

    A z-traszformáció alkalmazása, egyszerű hálózatok z-transzformáltja és annak értelmezése

    10.

    Egyszerű jelek FFT-je. Ablakozás hatása. Hangfájlok feldolgozása, Vízesés diagram.

    11.

    Szűrőtervezés MATLAB-ban, zajszűrés. Képfeldolgozás szűréssel

    12.

    Formátumok vizsgálata. Veszteséges tömörítések.

    13.

    Jelfeldolgozási folyamat tervezése, paraméterek megválasztása konkrét feladathoz.

    14.

    Pótalkalom

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tárgy tananyagát heti egy előadás keretében ismerjük meg, a megismertek elmélyítését gyakorlatok segítik.

    10. Követelmények

    A szorgalmi időszakban: 1 nagy zárthelyi (összegző értékelés)

    A félév végi aláírás feltételei: 1 nagy zárthelyi megírása legalább elégséges osztályzattal

    A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga

    Az osztályzat megállapításának módja: írásbeli vizsga alapján.

    0 - 40%: 1

    41 - 55%: 2

    56 - 70%: 3

    71 - 85%: 4

    86 - 100%: 5

    11. Pótlási lehetőségek

    Nagy zárthelyi dolgozat egyszer pótolható, a pótlási héten.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Nagy zárthelyi dolgozat előtt, illetve vizsgaalkalmak előtt

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    A tantárgyhoz elkészített aktuális segédanyagok letölthetők a tárgy honlapjáról.

    Fodor György: Jelek és rendszerek I-II, Műegyetemi kiadó, 1995.

    Simonyi Ernő: Digitális szűrők. A digitális jelfeldolgozás alapjai, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra

    56 

    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire14
    Házi feladat elkészítése
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
    Vizsgafelkészülés46
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Kollár Zsolt, Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

    Dr. Nagy Lajos, Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék