Adaptacyjne Przetwarzanie Sygnałów. Filtracja adaptacyjna w dziedzinie częstotliwości

Podobne dokumenty
[d(i) y(i)] 2. Do wyprowadzenia algorytmu RLS posłuży kryterium autokorelacyjne: J n = e 2 (i) i=1. λ n i [d(i) y(i)] 2 λ (0, 1]

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

Praca dyplomowa magisterska

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 2. Badanie algorytmów adaptacyjnych LMS i RLS

Transformaty. Kodowanie transformujace

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 2. Badanie algorytmów adaptacyjnych LMS i RLS

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 8 Transformaty i kodowanie cz. 2. Przemysław Sękalski.

Technika audio część 2

Przekształcenie Fouriera i splot

Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów 1. Sygnały i ich parametry Pojęcia podstawowe Klasyfikacja sygnałów

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 7 Transformaty i kodowanie. Przemysław Sękalski.

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 5 - suplement

Kompresja dźwięku w standardzie MPEG-1

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

Zaawansowane algorytmy DSP

Implementacja algorytmów filtracji adaptacyjnej o strukturze transwersalnej na platformie CUDA.

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Transformata Fouriera. Sylwia Kołoda Magdalena Pacek Krzysztof Kolago

Transformacja Fouriera i biblioteka CUFFT 3.0

DYSKRETNA TRANSFORMACJA FOURIERA

Narzędzia matematyczne zastosowane w systemie biomonitoringu wody

NIEOPTYMALNA TECHNIKA DEKORELACJI W CYFROWYM PRZETWARZANIU OBRAZU

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Transformata Fouriera i analiza spektralna

Laboratorium Inżynierii akustycznej. Przetwarzanie dźwięku - wprowadzenie do efektów dźwiękowych, realizacja opóźnień

dr inż. Artur Zieliński Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej Wydział Chemiczny PG pokój 311

Szybka transformacja Fouriera (FFT Fast Fourier Transform)

Przetwarzanie sygnałów

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Kodowanie transformacyjne. Plan 1. Zasada 2. Rodzaje transformacji 3. Standard JPEG

IMPLEMENTATION OF THE SPECTRUM ANALYZER ON MICROCONTROLLER WITH ARM7 CORE IMPLEMENTACJA ANALIZATORA WIDMA NA MIKROKONTROLERZE Z RDZENIEM ARM7

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Kartkówka 1 Opracowanie: Próbkowanie częstotliwość próbkowania nie mniejsza niż podwojona szerokość przed spróbkowaniem.

Transformata Fouriera

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 03 Warstwy RBF, jednostka Adaline.

KOMPRESJA STRATNA SYGNAŁU MOWY. Metody kompresji stratnej sygnałów multimedialnych: Uproszczone modelowanie źródeł generacji sygnałów LPC, CELP

Promotor: dr Marek Pawełczyk. Marcin Picz

WYKŁAD 9 METODY ZMIENNEJ METRYKI

Przetwarzanie sygnałów

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Przedmowa 11 Ważniejsze oznaczenia 14 Spis skrótów i akronimów 15 Wstęp 21 W.1. Obraz naturalny i cyfrowe przetwarzanie obrazów 21 W.2.

Metody rozwiązania równania Schrödingera

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

8. Realizacja projektowanie i pomiary filtrów IIR

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Szybka transformacja Fouriera

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 3. Adaptacyjne usuwanie szumów i interferencji

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

Zygmunt Wróbel i Robert Koprowski. Praktyka przetwarzania obrazów w programie Matlab

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 1. Modelowanie i analiza widmowa dyskretnych sygnałów losowych

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

jako analizatory częstotliwości

Algorytmy detekcji częstotliwości podstawowej

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

Analiza szeregów czasowych: 2. Splot. Widmo mocy.

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

Kwantowanie sygnałów analogowych na przykładzie sygnału mowy

Zastowowanie transformacji Fouriera w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 2

ADAPTACYJNA METODA REDUKCJI SZUMU W SYGNALE DRGAŃ MASZYN WIRUJĄCYCH

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

Omówienie różnych metod rozpoznawania mowy

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 03 Warstwy RBF, jednostka ADALINE.

Analiza ruchu. Marek Wnuk < > ZPCiR I-6 PWr. MW: SyWizE p.1/22

ZAJĘCIA II. Zmienne losowe, sygnały stochastyczne, zakłócenia pomiarowe

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 3. Adaptacyjne usuwanie szumów i interferencji

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 9 Kodowanie podpasmowe. Przemysław Sękalski.

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

ZADANIA OPTYMALIZCJI BEZ OGRANICZEŃ

Optymalizacja ciągła

PRZETWARZANIE MOWY W CZASIE RZECZYWISTYM

Filtr Kalmana. Struktury i Algorytmy Sterowania Wykład 1-2. prof. dr hab. inż. Mieczysław A. Brdyś mgr inż. Tomasz Zubowicz

x x 1. Przedmiot identyfikacji System x (1) x (2) : x (s) a 1 a 2 : a s mierzone, a = zestaw współczynników konkretyzujacych F ()

Wojciech Skwirz

Kompresja Danych. Streszczenie Studia Dzienne Wykład 13, f(t) = c n e inω0t, T f(t)e inω 0t dt.

Projektowanie algorytmów równoległych. Zbigniew Koza Wrocław 2012

13. Wybrane algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 6 1/8 ĆWICZENIE 6. Dyskretne przekształcenie Fouriera DFT

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Wykład 10. Transformata cosinusowa. Falki. Transformata falkowa. dr inż. Robert Kazała

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 6 Metody predykcyjne. Przemysław Sękalski.

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

XI Konferencja Sieci i Systemy Informatyczne Łódź, październik 2003 APLIKACJA DO TESTOWANIA ALGORYTMÓW PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW

10. Redukcja wymiaru - metoda PCA

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Systemy. Krzysztof Patan

Problemy implementacji algorytmów FFT w strukturach FPGA 1)

Analiza szeregów czasowych: 2. Splot. Widmo mocy.

Przegląd metod optymalizacji wielowymiarowej. Funkcja testowa. Funkcja testowa. Notes. Notes. Notes. Notes. Tomasz M. Gwizdałła

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Transkrypt:

W Filtracja adaptacyjna w dziedzinie częstotliwości Blokowy algorytm LMS (BLMS) N f n+n = f n + α x n+i e(n + i), i= N L Slide e(n + i) =d(n + i) f T n x n+i (i =,,N ) Wprowadźmy nowy indeks: n = kn ( ) N f k+ = f k + αn x kn+i e(kn + i) = f N k + α N g k, i= g k = ˆ N J k - uśredniona estymata gradientu funkcji kosztu J n = e (n) α N = αn - efektywny krok adaptacji algorytmu BLMS Algorytm BLMS w porównaniu z algorytmem LMS taka sama złożoność obliczeniowa potencjalnie wolniejsza zbieżność dla silnie skorelowanych sygnałów wejściowych (mocniejsze ograniczenie na α N ) Slide gorsza zdolność śledzenia niestacjonarności (rzadziej aktualizowane współczynniki filtru) gładsza krzywa zbieżności (smoother convergence) Algorytm BLMS stanowi punkt wyjścia do konstrukcji bardzo szybkich odmian algorytmu LMS, wykorzystujących do obliczeń efektywną obliczeniowo procedurę FFT Jacek Falkiewicz /

W Szybki algorytm LMS N =L - overlap-save method Współczynniki filtru adaptacyjnego w dziedzinie częstotliwości: F k = FFT f k, dim(f k )=dim() =L Slide 3 Diagonalna macierz danych wejściowych w dziedzinie częstotliwości: X k =diag{fft[x(kl L),,x(kL ),x(kl),,x(kl + L )]} L-elementowy wektor próbek sygnału wyjściowego otrzymujemy przez wykonanie operacji: y k =[y(kl),,y(kl + L )] T = {IFFT[X k F k ]} lastl {x} lastl oznacza wektor złożony z L ostatnich elementów wektora x Wektor błędu estymacji i jego transformata Fouriera po uprzednim uzupełnieniu zerami: e k =[d(kl) y(kl),,d(kl + L ) y(kl + L )] T = d k y k E k = FFT e k Slide 4 Wektor uśrednionej estymaty gradientu w dziedzinie częstotliwości: { } g k = IFFT[D k X H k E k ] firstl D k =diag[p (k),p (k),,p L (k)] - macierz zmiennych kroków adaptacji P i (k) =γp i (k ) + ( γ) X i (k), i =,,,L - odwrotności estymat średniej mocy sygnału wejściowego przypadającej na daną próbkę częstotliwości, <γ< Jacek Falkiewicz /

W Ostatecznie główna rekursja aktualizacji współczynników filtru w dziedzinie częstotliwości ma postać: F k+ = F k + αfft g k Właściwości: Slide 5 większa szybkość zbieżności niż algorytmu BLMS znacznie mniejsza złożoność obliczeniowa w stosunku do klasycznego algorytmu LMS; Complexity Ratio CR = 5log (L)+3 L (dla L = 4 CR= 6) opóźnienie sygnału wejściowego y(n) 3 Algorytmy TDAF (Transform Domain Adaptive Filter) Grupa algorytmów wykorzystujących właściwość ortogonalności przekształcenia DFT lub innych transformat dyskretnych w celu zwiększenia szybkości zbieżności algorytmu LMS X ( n) Slide 6 z - X ( n) dn ( ) z - L - punktowa transformata T X ( n) yn ( ) - z - FL- ( n) X L- ( n) Y L- ( n) Jacek Falkiewicz 3/

W Algorytm sliding DFT Slide 7 X k =diag{fft[x(n),,x(n L +)]} Y n = X n F n e(n) =d(n) T Y n E n = e(n) P i (n) =γp i (n ) + ( γ) X i (n) i =,,,L D n =diag[p (n),p (n),,p L (n)] F n+ = F n + αd n X H n E n Uzyskujemy poprawę szybkości zbieżności za cenę niewielkiego wzrostu złożoności obliczeniowej Stopień poprawy szybkości zbieżności algorytmu TDAF w stosunku do klasycznego algorytmu LMS zależy od wyboru transformaty Wybór transformaty Slide 8 Optymalną transformatą, zapewniającą taką kompensację rozrzutu wartości własnych macierzy autokorelacji R sygnału wejściowego, aby szybkość zbieżności wszystkich współczynników filtru była jednakowa, jest transformata Karhunena-Loève a (KLT) Umożliwia ona dekompozycję sygnału wejściowego x(n) na ciągi ortogonalne skojarzone z wektorami i wartościami własnymi macierzy autokorelacji tego sygnału: X i (n) =q T i x n, i =,,,L q i - i-ty wektor własny macierzy R skojarzony z wartością własną λ i Deterministyczna aproksymacja - dyskretna transformata kosinusowa DCT Zmniejszenie narzutu obliczeniowego - transformata WHT Walsh-Hadamard Transform (brak zbieżności do optymalnego rozwiązania wienerowskiego Jacek Falkiewicz 4/

W Algorytm TDAF-FS (TDAF Frequency Sampling) Bank filtrów NOI A () z X ( n) A () z X ( n) dn ( ) Slide 9 A () z X ( n) yn ( ) - A L-() z XL- ( n) F L- ( n) L- A i (z) = X i(z) X(z) = z L exp( jπi L )z Algorytm GSDAF (General Subband Decomposition Adaptive Filter) X ( n) F ( z N ) z - X ( n) F ( z N ) dn ( ) z - M - punktowa Slide transformata T X ( n) F ( z N ) yn ( ) - z - FM-( z N ) X M- ( n) Y M- ( n) Wymiar M transformaty T spełnia warunek M L Liczba współczynników filtrów adaptacyjnych wynosi L/M Jacek Falkiewicz 5/

W Wieloszybkościowa filtracja adaptacyjna w podpasmach (SAF - Subband Adaptive Filtering) BFA Slide F () z n DEC F () z n M- F n () z H n () z B F S I N T e ( n) e ( n) - + - + D E C B F A yn ( ) dn ( ) + + sn ( ) e M- ( n) - + B F A-bank filtrów analizy B F S-bank filtrów syntezy DEC-decymacja I N T - interpolacja Zalety filtrów SAF: zmniejszenie złożoności obliczeniowej w stosunku do algorytmu pracującego w pełnym pasmie potencjalny wzrost szybkości zbieżności w porównaniu z algorytmem LMS pracującym w pełnym pasmie Slide Wady filtrów SAF: wprowadzanie opóźnienia sygnału zjawisko aliasingu niweczące wzrost szybkości zbieżności Metody łagodzenia efektów aliasingu: skrośne filtry adaptacyjne filtry analizy i syntezy o dobrych parametrach (duże tłumienie i wąskie pasmo przejściowe) 3 nadpróbkowanie sygnałów w podpasmach Jacek Falkiewicz 6/