[ppt]dsp workshop - embedded and signal processing ... · web...

157
1 กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก Advanced Digital Signal Advanced Digital Signal Processing Processing Chapter 1 Chapter 1 Introduction to ADSP Introduction to ADSP Asst. Prof. Dr. Peerapol Asst. Prof. Dr. Peerapol Yuvapoositanon, PhD,DIC Yuvapoositanon, PhD,DIC Department of Electronic Engineering Department of Electronic Engineering and and Graduate School of Electrical Engineering Graduate School of Electrical Engineering Mahanakorn University of Technology Mahanakorn University of Technology

Upload: vuongduong

Post on 15-Apr-2018

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

1

การประมวลผลสญญาณขนสงการประมวลผลสญญาณขนสงAdvanced Digital Signal Advanced Digital Signal

ProcessingProcessing

Chapter 1 Chapter 1 Introduction to ADSP Introduction to ADSP Asst. Prof. Dr. Peerapol Yuvapoositanon, Asst. Prof. Dr. Peerapol Yuvapoositanon,

PhD,DICPhD,DICDepartment of Electronic Engineering Department of Electronic Engineering

and and Graduate School of Electrical Engineering Graduate School of Electrical Engineering Mahanakorn University of TechnologyMahanakorn University of Technology

2Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Course Web pageCourse Web page http://embedsigproc.wordpress.com/http://embedsigproc.wordpress.com/

eeet0772/eeet0772/

3Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

What is DSP ?What is DSP ? สญญาณ สญญาณ ((SignalsSignals)) : : คอ การแปรรปของพลงงานท คอ การแปรรปของพลงงานท

ทงมองเหนและมองไมเหน ไดยนและไมไดยน สมผสได ทงมองเหนและมองไมเหน ไดยนและไมไดยน สมผสได และสมผสไมได ใหเปนปรมาณทางไฟฟา และสมผสไมได ใหเปนปรมาณทางไฟฟา

สญญาณเรดาร เสยงพด เสยงเพลง เสยงปลาวาฬ สญญาณเรดาร เสยงพด เสยงเพลง เสยงปลาวาฬ อนฟราเรด คลนสญญาณโทรศพท คลนสนาม สญญาณมอ อนฟราเรด คลนสญญาณโทรศพท คลนสนาม สญญาณมอ ของจราจร กลนไวน แรงกระแทก ของจราจร กลนไวน แรงกระแทก และ อนๆ อกมากมายและ อนๆ อกมากมาย......

4Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Digital Signal Processing Digital Signal Processing v.s. Advanced Digital Signal v.s. Advanced Digital Signal

ProcessingProcessing Digital Signal ProcessingDigital Signal Processing = = กกระบวนการ ระบวนการ

(Process) (Process) ทางดจตอลทชวยหาความหมายทางดจตอลทชวยหาความหมาย ของของ สญญาณ สญญาณ (signals) (signals) ทไมสามารถเขาใจไดดวย ตา ห ทไมสามารถเขาใจไดดวย ตา ห

จมก ลน สมผส จมก ลน สมผส โดยเนนไปทโดยเนนไปทสญญาณเชงกำาหนด สญญาณเชงกำาหนด (deterministic signals)(deterministic signals)

Advanced Digital Signal ProcessingAdvanced Digital Signal Processing = = กระบวนการ กระบวนการ DSP DSP ทเนนไปททเนนไปทสญญาณสม สญญาณสม (Random (Random Signals)Signals)

5Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Radar SystemRadar System ระบบเรดาร ใชในการหาระยะทางของวตถ จากการนบการหนวงเวลา ระบบเรดาร ใชในการหาระยะทางของวตถ จากการนบการหนวงเวลา (delay) (delay)

ของสญญาณทรบไดเทยบกบทสงออกไปของสญญาณทรบไดเทยบกบทสงออกไป

สญญาณทรบไดถกหนวงเวลาสญญาณทรบไดถกหนวงเวลา

สญญาณทสงออกไปสญญาณทสงออกไป

6Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Transmitted and Transmitted and Received Sine Radar Received Sine Radar

SignalSignal สญญาณสงไป สญญาณสงไป 1 1 รปคลนรปคลน สญญาณทรบไดถกหนวง สญญาณทรบไดถกหนวง

เวลาเวลา

กรณน กรณน งายงาย เพราะ ดดวย เพราะ ดดวยตาเปลาตาเปลา ((จากเครองมอวดเชน สโคปจากเครองมอวดเชน สโคป))กเหนชดวาคาการหนวง เปนเทาใดกเหนชดวาคาการหนวง เปนเทาใด

7Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

หากสหากส ญญาณทรบไดถกหนวง และ ปนดวย ญญาณทรบไดถกหนวง และ ปนดวย NoiseNoise จะดยากจะดยาก

สญญาณขางบนนสญญาณขางบนน มความหมายมความหมายทซอนอย ทซอนอย ((สญญาณสญญาณ)) ททมองไมไดมองไมไดดวยดวยตาเปลาตาเปลา

แตเราดงความหมายของสญญาณออกมาไดจากแตเราดงความหมายของสญญาณออกมาไดจาก การกระทำา การกระทำา(Operation)(Operation) ตางๆ ในการประมวลผลสญญาณดจตอล ตางๆ ในการประมวลผลสญญาณดจตอล

Received Radar with Received Radar with NoiseNoise

++Noise Noise ==

8Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

CorrelationCorrelation การทำา การทำา CorrelationCorrelation คอการหา คอการหา ความคลายกนความคลายกน ของ ของ

สองสญญาณสองสญญาณ สญลกษณ ของการ สญลกษณ ของการ Correlation Correlation คอ คอ การกระทำา คอ การคณและบวก การกระทำา คอ การคณและบวก (( หรอ หรอ Integration) Integration)

BBCC

AA Ä BB

AA

BBCC

AAX å=

9Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Detected Radar SignalDetected Radar SignalNo NoiseNo Noise

เราใช เราใช Correlation Correlation ในการกำาหนดระยะทางจากการสะทอนของในการกำาหนดระยะทางจากการสะทอนของ สญญาณเรดาร สญญาณเรดาร กรณไมม กรณไมม NoiseNoise

AA

BB

10Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Detected Radar SignalDetected Radar SignalWith NoiseWith Noise

ผลลพธของการทำา ผลลพธของการทำา Correlation Correlation คอ การทราบวาตำาแหนงสงสดคอตำาแหนง คอ การทราบวาตำาแหนงสงสดคอตำาแหนง delay delay กรณไมม กรณไมม NoiseNoise

AA

BB

CC

11Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Mobile CommunicationMobile Communication ระบบโทรศพทเคลอนท ระบบโทรศพทเคลอนท

สญญาณวงผาน สญญาณวงผาน ChannelChannel เรยก เรยก channel channel แบบมหลายๆ เสน แบบมหลายๆ เสน

ทางวา ทางวา Multipath channelMultipath channel

1

2

11 22

12Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Channel ModelChannel Model เราโมเดลชองทางสอสารดวยระบบ เราโมเดลชองทางสอสารดวยระบบ FIR FIR

Multipath Channel(FIR)

13Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Equalisation of SignalEqualisation of Signal “ ”ตวปรบแตงสญญาณทำาหนาท ดด สญญาณกลบคน “ ”ตวปรบแตงสญญาณทำาหนาท ดด สญญาณกลบคน

Multipath Channel Equaliser

14Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

สญญาณสญญาณ

Continuous-Time Continuous-Time V.S. V.S.

Discrete-Time SignalsDiscrete-Time Signals

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

Continuous time, Continuous Amplitude

Discrete time , Continuous Amplitude

1( )x t

t2( )x t

t

15Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Sampled SignalSampled Signal เราสรางสญญาณ เราสรางสญญาณ sampled output sampled output “ไดจากการใช “ไดจากการใช สส

วทซวทซ””

t nT

1( )x t

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

2( )x t

t

InputInput Sampled Sampled OutputOutput

16Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Other Discrete-timeOther Discrete-time

001010011100101

001010011100101

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T 17T

Discrete time, Discrete Amplitude

Continuous time, Continuous Amplitude,

Uniform time steps

Continuous time, Discrete AmplitudeUniform time steps

3( )x t

t4( )x t

t5( )x t

t

17Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DSP System Block DSP System Block Diagram Diagram

DSP Processor D/AA/D

( )x t ( )y n ( )y t( )x n

18Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

SamplingSampling การสมสญญาณ x(t) ทำาใหไดสญญาณ x(n)

ผลลพธคอ x(n) เขยนเปน

( )x t ( )x n

สมดวยความถ=

sf

( ) ( )t nT

x n x t

... 1

s

Tf

tt

( )x t

19Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

สญญาณ สญญาณ x(n) = x(n) = สญญาณสมสญญาณสม “ “s(n)”s(n)” คณคณ สญญาณ สญญาณ ““x(t)”x(t)”

S(n) S(n) ประกอบจาก อลเมนทยอย คอ อมพลสประกอบจาก อลเมนทยอย คอ อมพลส

Combination of Combination of SamplingSampling

nnTT

tt

nn

( )x t

( )x n

20Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Elements of the Elements of the Sampling SignalSampling Signal

S(n) S(n) นนประกอบจากสวนยอยๆ นนประกอบจากสวนยอยๆ

nn

TTnn

nn

nn

nnTT 2T2T 3T3T

s(n)s(n)++

++

++

==

21Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

An Impulse is Delta An Impulse is Delta FunctionFunction

อมพลส คอ เดลตาฟงกชน อมพลส คอ เดลตาฟงกชน ใหคา “ใหคา “ 1” 1” เมอ เมอ n=0n=0

และ ใหคา “และ ใหคา “ 0” 0” เมอ เมอ n n เปนคาอนๆ เปนคาอนๆ

เขยนเปนเขยนเปน

nn001, 0

( )0, 0n

nn

11

( ) ( )t nT

n t

อมพลสอมพลส

22Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

อมพลสนำามารวมกนไดเปน อมพลสนำามารวมกนไดเปน s(n) s(n) ไดจากการเลอนไดจากการเลอนคา คา

nn00

11

nn11

11อมพลสทถกเลอนไปชวงเวลา อมพลสทถกเลอนไปชวงเวลา 1 1 ลำาดบ ลำาดบ

( 1)n

อมพลสทไมมการเลอนคา อมพลสทไมมการเลอนคา

( )n

00

23Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Summing of Shifted Summing of Shifted Delta Delta

( )n

( )n T

( )n T

++

++

( 3 )n T ++

nn

nn

nn

nnTT 2T2T3T3T

++

++

++==

00

nn( ) ( ) ( 2 ) ( 3 )n n T n T n T

24Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Sampling Signals=Sampling Signals=SummingSumming of Impulses of Impulses

สญญาณทเปนสญญาณสมนนประกอบดวย เดลตาสญญาณทเปนสญญาณสมนนประกอบดวย เดลตาฟงกชนทมคาการเลอนแตกตางกน ฟงกชนทมคาการเลอนแตกตางกน

หรอ เขยนใหมในรปกะทดรดไดเปน หรอ เขยนใหมในรปกะทดรดไดเปน

( ) ( ) ( ) ( 2 ) ( 3 )s n n n T n T n T

3

0( ) ( )

ks n n kT

25Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Discrete-time Signal x(n)Discrete-time Signal x(n) x(n) x(n) สรางจาก ผลคณของ สรางจาก ผลคณของ x(t)x(t) และ และ s(n)s(n)

( ) ( ) ( )k

x t t kT x n

tt

( )x t

nn

( )x n

nn==XX ……

26Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ระบบระบบ

System with Delta System with Delta functionfunction

สมดวยความถ=

sf

( ) ( )h n n

( ) ( )h n n

( )x n ( )x n

27Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Sampled SignalSampled Signal(0) (0)x

(1) ( 1)x n ++

(3) ( 3)x n ++

nn

nn

nn

nn11 22

++

++

++==

00

(2) ( 2)x n ++

33

28Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ระบบระบบ

System with Delayed System with Delayed Delta functionDelta function

( 1)x n สมดวยความถ=

sf

( ) ( 1)h n n

( ) ( 1)h n n

( )x n ( )x n

29Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Delayed SignalDelayed Signal( 1) (0)x

(0) ( 1)x n ++

(2) ( 3)x n ++

n=0n=0

n=1n=1

n=2n=2

n=3n=3

++

++

== (1) ( 2)x n ++

++

11 2200 33

30Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Convolution Convolution สญญาณถกดดแปลง หากระบบไมใชเดลตาฟงกชนสญญาณถกดดแปลง หากระบบไมใชเดลตาฟงกชน เราเรยกการกระทำาของระบบวา เราเรยกการกระทำาของระบบวา Convolution Convolution หรอ การประสานหรอ การประสาน

( )x n ( )y n

1

0( ) ( ) ( )

K

kh n h k n k

ระบบระบบ

(0)h(1)h

31Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Convolved SignalConvolved Signal

++

++

== ++

n=0n=0

n=1n=1

n=2n=2

n=3n=3

++

++

++

(0) (0) ( 1) (1)x h x h

(1) (0) (0) (1)x h x h

(2) (0) (1) (1)x h x h

(3) (0) (2) (1)x h x h

11 2200 33 11 2200 33

32Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Convolution EffectConvolution Effect รวมคาจากสองกราฟรวมคาจากสองกราฟ

++

รวมสญญาณ

สญญาณไมเหมอนเดม

ผลจาก h(1)ผลจาก h(0)

33Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Nyquist FrequencyNyquist Frequency ความถแซมปลงทเหมาะสมจงตองมากกวา ความถแซมปลงทเหมาะสมจงตองมากกวา 2 2 เทาของเทาของ

แบนดวทของสญญาณแบนดวทของสญญาณ: :

เมอ เมอ Fs Fs เปนความถ เปนความถ sampling sampling และ และ B B แบนดวทของแบนดวทของสญญาณสญญาณ

2B 2B เรยก เรยก อตราไนควสตอตราไนควสต (Nyquist Rate)(Nyquist Rate) และ เรยก และ เรยก Fs/2 Fs/2 วาเปน วาเปน ความถไนควสตความถไนควสต (Nyquist (Nyquist

Frequency)Frequency)

Fs >Fs > 2B2B

34Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

AliasingAliasing หากการสมไมเปนไปตามทฤษฎการสมจะเกด แอลแอสหากการสมไมเปนไปตามทฤษฎการสมจะเกด แอลแอส มวรมวร แพทเทรน แพทเทรน (moire pattern)(moire pattern) เปนผลของแอลแอส ในเรอง เปนผลของแอลแอส ในเรอง

Image processingImage processing

ไมเกดมวรแพทเทรนไมเกดมวรแพทเทรนเกดมวรแพทเทรนเกดมวรแพทเทรน

35Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Signal ReconstructionSignal Reconstruction การคนรปสญญาณทำาไดโดยการใชกรองการคนรปสญญาณทำาไดโดยการใชกรอง ((filterfilter)) เอาเอา

เพยงแต เพยงแต copy copy เดยวเดยว

จงเหลอเพยงหนง จงเหลอเพยงหนง copy copy ของสญญาณของสญญาณ

filteringfiltering

ff

ff

36Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Fourier Transform PairFourier Transform Pair

ff tt

FTFT

ff tt

FTFT

Rectangular(f) sinc(t)

sinc(f) Rectangular(t)

37Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DFT DFT : Discrete Fourier : Discrete Fourier TransformTransform

บางครงองคประกอบเชงความถของสญญาณ กเปน บางครงองคประกอบเชงความถของสญญาณ กเปน เรองสำาคญในการวเคราะห เรองสำาคญในการวเคราะห

Fourier Transform Fourier Transform เปนการแปลงสญญาณโดเมนเปนการแปลงสญญาณโดเมน เวลา เวลา (t) (t) ไปเปนโดเมนความถ ไปเปนโดเมนความถ (f)(f)

FTFTtt

ความถความถเวลาเวลา

38Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Time Domain Signal and its Time Domain Signal and its FrequencyFrequency

ความถความถของสญญาณ ของสญญาณ time domaintime domain

39Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DFTs of Various DFTs of Various FunctionsFunctions

แปลง แปลง DC DC จะไดจะได อมพลสอมพลส

แปลง อมพลส จะได แปลง อมพลส จะได DC DC

แปลงความถแปลงความถ

แปลง แปลง sine sine

แปลงพลส แปลงพลส

40Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DFT FundamentalDFT Fundamental ผลการแปลง ผลการแปลง FTFT ไดความถไดความถแบบตอเนองแบบตอเนอง

DFT DFT เปน เปน FT FT แบบดจตอลแบบดจตอล----ไดความถไดความถแบบไมตอเนองแบบไมตอเนอง

FTFTtt

DFTDFTnn

x(n)x(n)

x(t)x(t)

kk

ff( )X k

( )X f

41Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DFT FrequencyDFT Frequency ตวแปรเชงความถตวแปรเชงความถ

FsFsFs/2Fs/211

2

1/21/2

p radiansradiansHzHz

00000ffnormnorm

ff

( )X f

42Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Number of Points in DFT Number of Points in DFT

= = ผลการแปลง ผลการแปลง DFT DFT ของ ของ x(n)x(n)

ผลการแปลง ผลการแปลง DFT DFT ใหหนวยของ ความถในรป ใหหนวยของ ความถในรป ลำาดบ ลำาดบ kk N N เปน จำานวนจด เปน จำานวนจด (N-point) (N-point) ของ ของ DFTDFT

4-point4-point

00 11 22 33

( )X k

= = ผลการแปลง ผลการแปลง FTFTkk

43Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

8-point DFT8-point DFT เมอใชจำานวนจดเพมขนเปนเมอใชจำานวนจดเพมขนเปน 8 8 จดจด จะไดแซมเปลมากขน จะไดแซมเปลมากขน

8-point8-point( )X k

kk00 11 22 33= = ผลการแปลง ผลการแปลง DFT DFT ของ ของ x(n)x(n)= = ผลการแปลง ผลการแปลง FTFT

44Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

16-point DFT 16-point DFT เมอใชจำานวนจดเพมขนเปนเมอใชจำานวนจดเพมขนเปน 16 16 จดจด จะไดแซมเปลมากขนจะไดแซมเปลมากขน

แตไมเพม แตไมเพม resolution resolution 16-point16-point( )X k

kk151500 88= = ผลการแปลง ผลการแปลง DFT DFT ของ ของ x(n)x(n)= = ผลการแปลง ผลการแปลง FTFT

45Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FFT: Fast Fourier FFT: Fast Fourier TransformTransform

FFT FFT เปนกรรมวธทชวยให เปนกรรมวธทชวยให DFT DFT ทำางานเรวขน โดยอาศย ทำางานเรวขน โดยอาศยการการซำากนซำากน ของคาสมประสทธ ของคาสมประสทธ

อยาลมวาอยาลมวา……

ดงนนใน ดงนนใน Matlab Matlab และ และ Simulink Simulink จะจะไมมไมมคำาสงหรอ คำาสงหรอ บลอกสำาหรบทำา บลอกสำาหรบทำา DFTDFT จะมแตของ จะมแตของ FFTFFT

FFT = DFTFFT = DFT

46Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Fourier SeriesFourier Series จากทฤษฎของฟรเยร จากทฤษฎของฟรเยร (Fourier) (Fourier) ทมใจความสำาคญวา ทมใจความสำาคญวา

สญญาณทเปนคาบเวลา สญญาณทเปนคาบเวลา (periodic) (periodic) ใดๆ นน เกดขน ใดๆ นน เกดขน จากองคประกอบของฟงกชนพนฐานทางตรโกณมต คอ จากองคประกอบของฟงกชนพนฐานทางตรโกณมต คอ

Sine Sine และ และ Cosine Cosine ทตางคาความถและขนาดทตางคาความถและขนาด ทฤษฎนเปนทรจกกนวาเปนทฤษฎนเปนทรจกกนวาเปน อนกรมฟรเยร อนกรมฟรเยร (Fourier (Fourier

Series)Series)

47Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Fourier Series of Square Fourier Series of Square WaveWave

กรณสญญาณเปน สเหลยมกรณสญญาณเปน สเหลยม

เราไดวา จากอนกรมฟรเยรเราไดวา จากอนกรมฟรเยร

T/2 Time (ms)0

1

T-T -T/2

-1

3T/2-3T/2

1 1 14 4 4( ) sin(2 ) sin(2 3 ) sin(2 5 ) ...

3 5x t f t f t f t

สมประสทธ

ฮารโมนก

48Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Fourier Series of Fourier Series of Sawtooth Sawtooth

สญญาณอนๆ กสรางไดเชนเดยวกน ตยสญญาณอนๆ กสรางไดเชนเดยวกน ตย . . เชนเชน

ผลรวมเปนสญญาณฟนเลอยผลรวมเปนสญญาณฟนเลอย(Sawtooth)(Sawtooth)1 1 1 1

2 2 2 2( ) sin 2 sin 2 2 sin 2 3 sin 2 4 ...2 3 4

x t f t f t f t f t

49

Part IIPart IIDigital FiltersDigital Filters

DesignDesign

50Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Digital FiltersDigital Filters ตวกรองดจตอล ตวกรองดจตอล (Digital Filters) (Digital Filters) คอ อปกรณททำา คอ อปกรณททำา

“หนาท “หนาท ดดแปลงดดแปลง” สญญาณ ทงเชงความถ และ เชง” สญญาณ ทงเชงความถ และ เชง เวลา เวลา

ตวกรองดจตอลมทง ตวกรองดจตอลมทง Finite Impulse Response Finite Impulse Response (FIR) (FIR) และ และ Infinite Impulse Response (IIR)Infinite Impulse Response (IIR)

ตวกรองดจตอล ประกอบดวย อปกรณการบวก ตวคณ ตวกรองดจตอล ประกอบดวย อปกรณการบวก ตวคณ ตวหนวงเวลา และ สมประสทธ ตวหนวงเวลา และ สมประสทธ

FIR FIR ไมมสวนของ ไมมสวนของ feedback feedback IIR IIR มสวน มสวน feedbackfeedback

51Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR FIR ไมมสวนของ ไมมสวนของ feedbackfeedback

Finite Impulse Response Finite Impulse Response (FIR) (FIR)

1 2 3( ) ( ) ( 1) ( 2)y n b x n b x n b x n

DelayDelay

52Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Infinite Impulse Infinite Impulse Response (IIR)Response (IIR)

IIR IIR มสวนของ มสวนของ feedbackfeedback0 0 1 2( ) ( 1) ( ) ( 1) ( 2)y n a y n b x n b x n b x n

FeedbackFeedback

53Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Transfer Function Transfer Function II ฟงกชนถายโอน ฟงกชนถายโอน (transfer function) (transfer function) คอ อตราสวน คอ อตราสวน

ระหวางคา ระหวางคา การแปลง การแปลง zz ของเอาทพท เทยบกบอนพท ของเอาทพท เทยบกบอนพท การแปลง การแปลง zz = =การแปลงสมการใหอยในรปการแปลงสมการใหอยในรป

1 21 2 3( ) ( ) ( ) ( )Y z b X z b z X z b z X z

1 2 3( ) ( ) ( 1) ( 2)y n b x n b x n b x n

z -Transformz -Transform

สงเกตวา การหนวงเวลา สงเกตวา การหนวงเวลา kk ถกเปลยนเปน ถกเปลยนเปน zz-k-k

+- ´ ¸

54Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Transfer Function VS Transfer Function VS Frequency ResponseFrequency Response

1 21 2 3

( ) ( )( )

Y z b b z b z H zX z

ฟงกชนถายโอนฟงกชนถายโอน

1 2

1 2

( )( )( )( )( )z z z zH zz p z p

โดยทวไปฟงกชนถายโอนจะอยในรป เศษสวนโดยทวไปฟงกชนถายโอนจะอยในรป เศษสวน

1 2, ,...z z = = ซโร ซโร (zero)(zero) (o) (o)= = โพล โพล (pole) (x)(pole) (x)1 2, ,...p p

55Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Z-TransformZ-Transform การแปลงแซดการแปลงแซด

je เปนเวคเตอรขนาดหนงหนวยเปนเวคเตอรขนาดหนงหนวย

1je

เปนคาความถเชงมมเปนคาความถเชงมม p 0

cos sinj

z j

e

56Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ขนาดผลตอบสนองความถเปน ขนาดจากขนาดผลตอบสนองความถเปน ขนาดจากซโรซโร ไปยง ไปยงวงกลมหนงหนวย หารดวย ขนาดจากวงกลมหนงหนวย หารดวย ขนาดจากโพลโพลไปยงวงกลมไปยงวงกลมหนงหนวย ณ ความถหนง หนงหนวย ณ ความถหนง

Frequency Response Frequency Response from Poles and Zeros from Poles and Zeros

1 2

1 2

( )( )( )

( )( )j z z z z

H ez p z p

.234

p 0AABB

.234( )j BH eA

ขนาดท .234

57Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Example for Frequency Example for Frequency ResponseResponse

p 0AABB

p 0AABB

p 0AABB

BB > > AA BB = = AA B B < < AA1( )jH e w = = มาก มาก = = กลางๆ กลางๆ = = นอย นอย

สมมตวา โพล สมมตวา โพล = .8 = .8 ซโร ซโร =0 =0 ความถตำาความถตำา ความถกลางๆความถกลางๆ ความถสงความถสง

1( )jH e w 1( )jH e w

58Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Example for Frequency Example for Frequency ResponseResponse

ความถความถ

( )jH e w p 0AABBp 0

AABB p 0AABB

ความถตำาความถตำา ความถกลางๆความถกลางๆ ความถสงความถสง

59Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Basic Filter TopologyBasic Filter Topology

0 c c

1 1

0

1 1

11 22

Lowpass filter(LPF )

Highpass filter(HPF)

Bandpass filter(BPF)

Bandstop filter(BSF)

( )jD e

0 c c

0 1 22 1

( )jD e

( )jD e ( )jD e

60Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR Filter DesignFIR Filter Design

1

0

( )jH e

c

0.5

Ideal lowpassIdeal lowpass == ( )jD e

61Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR Filter Design FIR Filter Design ParametersParameters

1 p

1 p1

s

0p s

( )jH e

c

แถบผาน แถบหยด

แถบเปลยน

0.5

pAsA

120log dB

1p

pp

A

20log dBs sA

IdealIdeal

62Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR Design with Window FIR Design with Window MethodMethod

การออกแบบ การออกแบบ FIR FIR หากตองการตวกรองตำาผานแบบหากตองการตวกรองตำาผานแบบอดมคต นนใหผลในการตดสญญาณดงนอดมคต นนใหผลในการตดสญญาณดงน

แตปญหาคอ แตปญหาคอ Sinc Function Sinc Function นนสรางนนสรางไมไดจรงไมไดจรงเพราะมเพราะมสญญาณ สญญาณ ––inf inf ถง ถง +inf+inf และมคาเวลาเปนคาลบ และมคาเวลาเปนคาลบ n<0 n<0 ดวยดวย

Sinc function

Inverse FTf

……

( )jD e

63Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Realizable Filter Realizable Filter ทำาตวกรองจรงไดโดยการทำาตวกรองจรงไดโดยการ คณ คณ sinc sinc และ ฟงกชน และ ฟงกชน

หนาตาง “ ”หนาตาง “ ”Sinc function

f n

w(n)

0 N-1

1x

n0 N-1

h(n)

สญญาณทใชงานได มจำานวนแซมเปลทจำากด

64Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

หนาตางแบบตางๆ ใหประสทธภาพแตกตางกน หนาตางแบบตางๆ ใหประสทธภาพแตกตางกน

Different WindowsDifferent Windows

n0 N-1

1

n0 N-1

1

n0 N-1

1

Rectangular Hamming Kaiser

65Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Windows PerformanceWindows Performance

1

( )jH e

c

0.5

n0 N-1

1

n0 N-1

1

n0 N-1

1Small sidelobesBroad transition

Big sidelobesNarrow transition

66Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Analogue Filter Analogue Filter PrototypesPrototypes

ตวกรองแบบแอนะลอกนนมทฤษฎการออกแบบมาอยางตวกรองแบบแอนะลอกนนมทฤษฎการออกแบบมาอยางดแลวดแลว

เราเรยกวาตนแบบแอนะลอกเราเรยกวาตนแบบแอนะลอก เราใชตนแบบแอนะลอกในการออกแบบตวกรองดจตอล เราใชตนแบบแอนะลอกในการออกแบบตวกรองดจตอล

ตวอยางเชนตวอยางเชน Butterworth, Chebychev, EllipticButterworth, Chebychev, Elliptic

67Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

IIR Filter DesignIIR Filter Design

c adbM

2( )pLPH jW

0 dB- 3 dB

Cutoff Frequency Attenuation Frequency

อตราการลดทอนท a

0

68Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Filter Design and Analysis Filter Design and Analysis (FDA) Tool(FDA) Tool

เราใช เราใช FDA Tool FDA Tool ใน ใน Signal Processing Toolbox Signal Processing Toolbox ของ ของ MATLAB MATLAB เพอการออกแบบ เพอการออกแบบ digital filter digital filter ทท

สะดวกรวดเรวสะดวกรวดเรว >>fdatool>>fdatool

69Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR Design by FDA ToolFIR Design by FDA Tool ตวอยาง การออกแบบ ตวอยาง การออกแบบ FIR FIR

แบบฟงกชนหนาตาง แบบฟงกชนหนาตาง เปลยนพารามเตอรเพอดเปลยนพารามเตอรเพอด

ผลลพธผลลพธ ชนดหนาตางชนดหนาตาง อนดบ อนดบ (order)(order)

70Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

FIR Design by FDA ToolFIR Design by FDA Tool

Realize FilterRealize Filter

Realize FilterRealize Filter

71Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Frequency Response of Frequency Response of FilterFilter

Lowpass

+

+ +

+

+ +Lowpass

72Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ใชสญญาณทความถปรบตอเนองใชสญญาณทความถปรบตอเนอง --- --- Chirp SignalChirp Signal

ใชสญญาณทมทกๆ ความถ ใชสญญาณทมทกๆ ความถ --- --- White NoiseWhite Noise

Two ways to find Freq. Two ways to find Freq. Resp. Resp.

Lowpass

Chirp

Lowpass

f f

73Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

เราสรางสญญาณทประกอบดวยทกความถเทาๆ กน จาก เราสรางสญญาณทประกอบดวยทกความถเทาๆ กน จาก Random Source Random Source

White Noise GeneratorWhite Noise Generator

frequency

time

74Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 4: Filter TestingLab 4: Filter Testing Chirp Signal input Chirp Signal input สำาหรบตวกรอง สำาหรบตวกรอง IIR IIR

75Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 4: Filter TestingLab 4: Filter Testing

76Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 4: Filter TestingLab 4: Filter Testing Impulse response Impulse response ของระบบ ของระบบ FIRFIR

77Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 4: Filter TestingLab 4: Filter Testing ทดลองใช ทดลองใช Random Source Random Source และ และ Digital Filter Digital Filter

รวมกราฟ

Short-Time FFT

FFT

White noise

Generator

ทฤษฎทฤษฎ

78Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 4: Filter TestingLab 4: Filter Testing ผลการทดลอง สงเกตความเขากนไดของผลจากการ ผลการทดลอง สงเกตความเขากนไดของผลจากการ

ทดลองและทฤษฎทดลองและทฤษฎ

79Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

ทดลองออกแบบตวกรอง ทดลองออกแบบตวกรอง FIR FIR ดวย ดวย fdatoolfdatool

80Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

81Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

82Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

83Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

84Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

85Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

86Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

การ การ export export คาจะไดอยในรปบลอก คาจะไดอยในรปบลอก simulinksimulink

87Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

88Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

ตอบลอก ตอบลอก sine wave sine wave และ และ scope scope เพมเพม

89Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

แยกแสดงผลแยกแสดงผล

90Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

91Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

92Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

10,800 Hz-6 dB (0.5V)

93Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

15,100 Hz-20 dB (0.1 V)

94Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

95Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

96Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

97Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 5: FIR Design by Lab 5: FIR Design by FdatoolFdatool

10.8 kHz-6 dB

98Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

IIR design IIR design โดยใชตนแบบ โดยใชตนแบบ Butterworth Butterworth

99Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

-3 dB @Fc

เราสามารถเลอก เราสามารถเลอก order order ไดเองไดเอง

100Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

101Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

102Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

103Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

104Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

105Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

เราสามารถเปลยนโครงสรางของตวกรองเปนแบบอนๆเราสามารถเปลยนโครงสรางของตวกรองเปนแบบอนๆไดได

106Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

LatticeLattice

107Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

108Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

ใชการแปลง ใชการแปลง sos2tf sos2tf ใน ใน MATLAB MATLAB

109Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

110Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 6: IIR Design by Lab 6: IIR Design by FdatoolFdatool

12 kHz-3 dB

111

Part IIIPart IIIFundamental of Fundamental of Random SignalsRandom Signals

112Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Random Signals Random Signals สญญาณโดยทวไปนนอยในรปสญญาณทไมแนนอนสญญาณโดยทวไปนนอยในรปสญญาณทไมแนนอน เรยกสญญาณทมความไมแนนอนนนวาเรยกสญญาณทมความไมแนนอนนนวา สญญาณสม สญญาณสม

(Random Signal)(Random Signal)

สญญาณรบกวนสญญาณรบกวน

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

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

-2

-1

0

1

2

3

4

เสยงพดวา เสยงพดวา MatlabMatlab

113Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Statistics Values Statistics Values เราไมสามารถ ใช เราไมสามารถ ใช spectrum spectrum ในการหาความหมายของในการหาความหมายของ

สญญาณสม ได สญญาณสม ได

เราใช คาสถต เราใช คาสถต (Statistics) (Statistics) คาเฉลย คาเฉลย (Mean)(Mean)

คา คา Correlation Correlation

114Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Expectation ValueExpectation Value คาเฉลยของสญญาณ คาเฉลยของสญญาณ (mean) (mean) แสดง แสดง ปรมาณกลางปรมาณกลาง

ของสญญาณของสญญาณ

n

1( )x n

0 1K 1( )x n

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

115Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

CorrelationCorrelation คา คา correlation correlation นนไดเปนการบอกวาสญญาณมความเหมอนกนนนไดเปนการบอกวาสญญาณมความเหมอนกน

หรอไมหรอไม?? ทเวลาการหนวงเทาใดทเวลาการหนวงเทาใด?? คำานวณจากคำานวณจากคาเฉลยเชงสถตของคาเฉลยเชงสถตของผลคณของสองสญญาณผลคณของสองสญญาณ คาเฉลยเชงสถตคาเฉลยเชงสถต ดงกลาวเรยกวา ดงกลาวเรยกวา คาคาดหวง คาคาดหวง (expectation(expectation

value)value) ตวอยางคา ตวอยางคา correlation correlation ของ ของ AA และ และ B B มม สญลกษณสญลกษณ

ÄA BA B = E{A*B} = E{A*B}

E{ }E{ } =Expectation operator=Expectation operatorÄA AA A = E{A*A} = E{A*A}

Cross-correlationCross-correlationAuto-correlationAuto-correlation

116Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

AutoAuto and Cross and Cross correlationcorrelation

AutoAutocorrelation correlation

CrossCross-correlation-correlation

ÄAA

AACC

ÄAA

BBDD

117Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Random SignalRandom Signal สมมตวา สญญาณ สมมตวา สญญาณสมสม ((เชน เสยงพดเชน เสยงพด ) ) เปนดงรปเปนดงรป

118Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

เราทำาการหา เราทำาการหา autocorrelation autocorrelation ของ สญญาณ ของ สญญาณสมสม

AutoCorrelation AutoCorrelation

ÄAA

AA

119Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Different SignalsDifferent Signals หากมสญญาณหากมสญญาณสมสม B B ท ไมเหมอน ท ไมเหมอน AA

120Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Different Random Different Random SignalsSignals

ความแตกตางความแตกตาง

AA

AA

A-AA-A

AA

BB

A-BA-B

121Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

CrossCross CorrelationCorrelation คณสมบตคณสมบตสญญาณสญญาณสมสม นนไมสามารถดได นนไมสามารถดได ((หรอดไดยากหรอดไดยาก) ) จาก จาก ““ตาตา

เปลาเปลา” ” แตสามารถใช แตสามารถใช crosscross correlation correlation ตรวจสอบไดตรวจสอบได

ÄAA

BB

122Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

CrossCross CorrelationCorrelation สำาหรบสญญาณทไมเหมอนกน ไมม สำาหรบสญญาณทไมเหมอนกน ไมม

crosscorrelationcrosscorrelation

ÄAA

CC

123Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Communication SignalCommunication Signal สญญาณในการสอสารดจตอล เชน โทรศพทมอถอนนจะเปน สญญาณในการสอสารดจตอล เชน โทรศพทมอถอนนจะเปน

สญญาณทเปนสญญาณทเปน ขอมลขาวสาร ขอมลขาวสาร (information)(information) ตามทฤษฎขอมล ตามทฤษฎขอมล (Information Theory) (Information Theory) ของ ของ C.E. C.E.

Shannon Shannon นน ยงสญญาณม นน ยงสญญาณมความเปนขอมลมากความเปนขอมลมาก กยงมความ กยงมความเปนเปนสญญาณสมมากสญญาณสมมากดวยดวย

11 00 11 00 11 0011 11 11 000011

ขอมลขาวสาร ขอมลขาวสาร = = สญญาณสมสญญาณสม

124Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Cross Correlation ApplicationCross Correlation ApplicationCode Division Multiple Access Code Division Multiple Access

(CDMA)(CDMA) ใชการเขารหส ใชการเขารหส

11 00 11 00 11 0011 11 11 0011 11

00 11 0011 11CodeCode

11 XX

““1”1”……..

……..

Bit 1Bit 1 Bit 2Bit 2

Chip Chip

ModulationModulation

DATADATA11 11 00

125Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

CDMACDMA Receiver Receiver

00 11 0011 11CodeCode

11 XX CorrelationCorrelation

11 00 11 00 11 0011 11 11 0011 11““1”1”

……..Bit 1Bit 1 Bit 2Bit 2Chip Chip

11 11 00

IntegrationIntegration

126Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Simulink Model of CDMASimulink Model of CDMA

Note: Note: ในทางปฏบต เราใช ในทางปฏบต เราใช +1 +1 และ และ -1 -1 แทนขอมลแทนขอมล 1 1 และ และ 00 ตามลำาดบตามลำาดบ

127Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

DecodingDecoding

Code Code ถกตอง ถกตอง

Code Code ไมถกตอง ไมถกตอง

สญญาณ สญญาณ modmod

สญญาณ สญญาณ modmod

สญญาณ สญญาณ DemodDemod

สญญาณ สญญาณ DemodDemod

128Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Adaptive Signal Adaptive Signal ProcessingProcessing

การประมวลผลสญญาณแบบอนพทเปนแบบ สญญาณ การประมวลผลสญญาณแบบอนพทเปนแบบ สญญาณ สม โดยเฉพาะ เรอง สม โดยเฉพาะ เรอง การประมวลผลสญญาณแบบปรบการประมวลผลสญญาณแบบปรบ

ตวได ตวได (adaptive signal processing)(adaptive signal processing)

ความตองการคอ การหกลางผลทไมตองการ ความตองการคอ การหกลางผลทไมตองการ เชนเชน ผลของ ผลของ channel channel ในเรอง ในเรอง EqualisationEqualisation ผลของ ผลของ room room ในเรองของในเรองของ Echo CancellationEcho Cancellation ผลของ ผลของ transfer function transfer function ของผวหนงในการวด ของผวหนงในการวด ecgecg

129Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Channel EqualisationChannel Equalisation

Multipath Channel

11

11 00 11 00

2211 00 ?? ??

11

ไมมไมม multipathmultipath

มม multipathmultipath

I) I)

II) II)

130Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Transfer FunctionTransfer Function เมอแปลงผลของ เมอแปลงผลของ channel channel ดวยการทำาการแปลง ดวยการทำาการแปลง zz

กรณไมม กรณไมม multipath H(z) =1multipath H(z) =1 Multipath Multipath ทำาใหเกดการผดเพยนทางโดเมนเวลา ทำาใหเกดการผดเพยนทางโดเมนเวลา เราแกไขงายกวาหากเราแกไขงายกวาหากแก แก Multipath Multipath ทางโดเมนความถทางโดเมนความถ

11 22 zzfftt

11zz

fftt

H(z)=1H(z)=1

H(z)=?H(z)=?

ไมมไมม multipathmultipath

มม multipathmultipath

131Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Basic Equalisation IBasic Equalisation I เราใช เราใช Equaliser Equaliser ในการดดแปลง ในการดดแปลง channelchannel ใหให

มคา มคา H(z) H(z) เปน เปน 1 1 ดวยการทำา ดวยการทำา inverseinverse

Channel Equaliser

H(z)H(z) 1/H(z)1/H(z)

**

132Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Basic Equalisation IIBasic Equalisation II กรณท ไมทราบ กรณท ไมทราบ channel channel H(z) H(z) เราตองอาศยการเราตองอาศยการ

ปรบคาเองจาก ปรบคาเองจาก errorerror

Channel Adaptive Equaliser

H(z)H(z) 1/H(z)1/H(z) **

++ ee

dd

yy ++--xx

133Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Adaptive AlgorithmAdaptive Algorithm คาผดพลาดคาผดพลาด error=error= d-yd-y

คาใหม คาใหม = = คาเดม คาเดม + + สเกล สเกล * * คาผดพลาดคาผดพลาด**อนพทอนพท

เรยกวา เรยกวา Least-Mean Square (LMS) algorithmLeast-Mean Square (LMS) algorithm

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

For n=1:NFor n=1:N

endend

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

AlgorithmAlgorithm

134Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

LMS Algorithm BlockLMS Algorithm Block บลอก บลอก LMSLMS

Normalization

135Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Adaptive Equalisation Adaptive Equalisation ตวอยางการใชบลอก ตวอยางการใชบลอก LMS LMS สรางระบบ สรางระบบ AdaptiveAdaptive

EqualiserEqualiser

136Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Noise CancellationNoise Cancellation สญญาณรบกวนเปนสงทเราไมตองการสญญาณรบกวนเปนสงทเราไมตองการ

วธการทงายทสดกคอ แกดวย หฟงแบบพเศษ วธการทงายทสดกคอ แกดวย หฟงแบบพเศษ

137Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

การสรางสญญาณกลบเฟสทำาใหเกดบรเวณเงยบ การสรางสญญาณกลบเฟสทำาใหเกดบรเวณเงยบ Active Noise Canceller Active Noise Canceller สรางสญญาณกลบเฟสดวยอลกอสรางสญญาณกลบเฟสดวยอลกอ

รธม รธม DSPDSP

Basic of Noise Basic of Noise CancellationCancellation

FeedbackFeedbackANCANC

สญญาณรบกวนสญญาณรบกวนPilot MicPilot Mic

LoudspeakerLoudspeaker

บรเวณเงยบบรเวณเงยบ

nn

nn-n-n

138Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Active Noise Cancellation Active Noise Cancellation HeadphonesHeadphones

การใชงาน การใชงาน ANC ANC ทไดผลด คอ ใน ทไดผลด คอ ใน HeadphonesHeadphones

LX-18 Active Noise Cancelling HeadphonesLX-18 Active Noise Cancelling Headphones

139Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Diagram of Active Noise Diagram of Active Noise Cancellation HeadphonesCancellation Headphones

H(z)H(z)nn nn

yy

1. 1. สญญาณเขา สญญาณเขา nn ท ท Ext.MicExt.Mic2. n 2. n ถกดดแปลงเปน ถกดดแปลงเปน n n จาก จาก H(z)H(z)ทท Pilot Mic.Pilot Mic.3. ANC 3. ANC พยายามสรางพยายามสราง y y เปน เปน nn

ทกลบเฟส ทกลบเฟส (( คอ คอ ––nn))

11 22

33

H(z) H(z) เปนโมเดลทาง เปนโมเดลทาง AcousticAcoustic

Ext.MicExt.Mic

Pilot MicPilot MicQuiet ZoneQuiet Zone

140Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ANCANC แปลงโมเดลแปลงโมเดล

LoudspeakerLoudspeaker

AlgorithmAlgorithm

++

Exterior MicExterior Mic

ee

yynn

Pilot MicPilot Micnn

ANCANC

FIRFIR

141Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ANC Simulink ModelANC Simulink Model Dspanc_win32.mdlDspanc_win32.mdl

142Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Adaptive Time Delay Adaptive Time Delay EstimationEstimation

จากเรองของการทำา จากเรองของการทำา Adaptive Time Delay Adaptive Time Delay

Adaptive Equaliser ++ errorerror

dd

yy ++--xx

DelayDelaydd

++

NoiseNoise

143Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ADTE: Simulink ModelADTE: Simulink Model lmsadte.mdllmsadte.mdl

คาสมประสทธคาสมประสทธตวกรองตวกรองแสดงตำาแหนงแสดงตำาแหนงของการหนวงของการหนวง

99

99

144Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ECG MeasurementECG Measurement สญญาณ สญญาณ ECG ECG เปนสญญาณทสำาคญเปนสญญาณทสำาคญ เพอตรวจสอบเพอตรวจสอบ

อาการผดปกตตางๆ ของ หวใจอาการผดปกตตางๆ ของ หวใจ

145Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ECG SignalECG Signal ใช ใช MatlabMatlab ในการสราง ในการสราง ecgecg

146Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ECG Measuring Circuit ECG Measuring Circuit บลอกไดอะแกรมของวงจรสำาหรบการวด บลอกไดอะแกรมของวงจรสำาหรบการวด ECGECG

147Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Diagram of ECG Diagram of ECG Measurement with NoiseMeasurement with Noise

H(z)H(z)

11 22

33

H(z) H(z) เปนเปนTransfer Transfer Function Function ของผวหนงของผวหนง

ECG SensorECG Sensor

220 Vac 50Hz

ผวหนงขนาดและเฟสของ 220 V ถกเปลยนแปลงดวย H(z)

ECG

44

50 Hz

50 Hz

148Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

50Hz Notch Filtering50Hz Notch Filtering เราจะทำาการตดสญญาณ เราจะทำาการตดสญญาณ 50 Hz 50 Hz ดวย ดวย Notch filterNotch filter

From From ECG SensorECG Sensor

Notch FilterFiltered ECG

50 Hz f50 Hz

149Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

ออกแบบ ออกแบบ Notch filter Notch filter ดวย ดวย FdatoolFdatool บลอกใน บลอกใน Simulink Simulink

50Hz

50 Hz f

Fpass140 Hz

Fstop145 Hz

Fpass255 Hz

Fstop260 Hz

150Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECG ECG

ระบบระบบ 50Hz Canceling 50Hz Canceling ดวย ดวย Notch filter Notch filter

Notch Filter

151Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

152Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

กรณสญญาณเขามาเปนม กรณสญญาณเขามาเปนม distortion distortion เชน สญญาณเชน สญญาณไมเปน ไมเปน sinesine แทจรง เชน มการ แทจรง เชน มการ clipping clipping

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

Nonlinear Wave

Transfer Functionขอ

งผวหนง

153Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

ฮารโมนกไมลดฮารโมนกไมลด

154Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

ทดลองสราง ทดลองสราง adaptive filter adaptive filter ดวยบลอก ดวยบลอก nLMSnLMS

155Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

Lab 7: 50Hz Canceling in Lab 7: 50Hz Canceling in ECGECG

ฮารโมนกลดลง

156Advanced Digital Signal Processing

P. Yuvapoositanon

ConclusionConclusion Matlab Matlab และ และ Simulink Simulink เหมาะสมในการศกษาและเหมาะสมในการศกษาและ

ทดสอบระบบ ทดสอบระบบ DSP DSP ทงระดบพนฐานและการทำางาน ทงระดบพนฐานและการทำางาน DSP BLockset DSP BLockset มทงฟงกชนทวไปและฟงกชนระดบสงมทงฟงกชนทวไปและฟงกชนระดบสง

ทาง ทาง DSPDSPใหเลอกใช ใหเลอกใช การใช การใช DSP DSP ดวย ดวย Matlab Simulink Matlab Simulink และ และ DSP DSP

BLockset BLockset นนสามารถใชงานไดงายนนสามารถใชงานไดงาย โดยผใชงานโดยผใชงานสามารถเลอกบลอกใชงานไดอยางสะดวกสามารถเลอกบลอกใชงานไดอยางสะดวก

แตการทำางาน แตการทำางาน DSP DSP อยางจรงจงตองอาศยความเขาใจอยางจรงจงตองอาศยความเขาใจทางทฤษฎดวย ทางทฤษฎดวย

157

Thank YouThank You