Fondamenti di Elaborazione Numerica dei Segnali - a.a. 2011-2012

 

Fondamenti di Elaborazione Numerica dei Segnali
Corso di Laurea: Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni (Laurea Triennale)
Prof. Enrico Del Re
Numero CFU: 6
  
Sintesi del programma
Capacità acquisite:

  • Comprensione dei vantaggi e dei limiti delle tecniche numeriche di base per la elaborazione dei segnali
  • Analisi e progetto dei sistemi di elaborazione numerica dei segnali mediante filtri numerici e FFT
  • Individuazione delle caratteristiche dei componenti (inclusi i convertitori A/D e D/A e i DSP) per la realizzazione dei sistemi di elaborazione numerica dei segnali
  • Conoscenza delle applicazioni tipiche della elaborazione numerica dei segnali.

 
Gli argomenti trattati nel corso sono:
Digitalizzazione dei segnali.
Campionamento: ideale, di segnali in bassa frequenza, di segnali in alta frequenza, delle componenti in fase e quadratura, di segnali aleatori. Campionamento reale, distorsione spettrale. Ricostruzione (D/A).
Quantizzazione. Rapporto segnale-rumore di quantizzazione.
Analisi dei sistemi discreti tempo-invarianti
Sistemi discreti: linearità, tempo-invarianza, causalità, stabilità.  Energia e potenza. Risposta impulsiva. Equazioni alle differenze finite.
Trasformata Zeta.
Trasformata di Fourier.
Funzione di trasferimento.
Risposta in frequenza: di ampiezza e di fase. Ritardo di fase e di gruppo. Sistemi a fase lineare,  a fase minima e passa-tutto.
Filtraggio di segnali aleatori.
Equivalenza fra filtraggio analogico e numerico. Simulazione numerica di sistemi analogici.
 
Trasformata Discreta di Fourier (DFT)
Proprietà. Relazione con la Trasformata di Fourier e la Trasformata  Zeta.
Algoritmi veloci per la DFT: Trasformata veloce di Fourier (FFT). Algoritmi radice-2 con decimazione nel tempo e in frequenza. Estensioni: radice-4 e algoritmi misti (cenni).
Applicazioni della DFT: stime spettrali, convoluzione lineare, correlazione.
Progetto di filtri numerici a risposta impulsiva finita (FIR)
Proprietà dei filtri FIR. FIR a fase lineare. Filtri 'half-band'.
Metodi di progetto: delle finestre, del campionamento in frequenza, con il criterio di Chebychev. Formule di progetto. Esempi: passa-banda generalizzato, derivatore, trasformatore di Hilbert. Generazione del segnale analitico discreto.
 
Progetto di filtri numerici a risposta impulsiva infinita (IIR)
Proprietà. Stabilità. Sezioni del primo e del secondo ordine. Passa tutto e a fase minima.
Metodi di progetto: da prototipi analogici, diretti.
Confronto FIR e IIR.
 
Realizzazione di sistemi di elaborazione numerica dei segnali
Caratteristiche degli algoritmi e dei sistemi di elaborazione numerica dei segnali.
Complessità realizzativa: parametri per la sua valutazione.
Componenti elementari: moltiplicatori, moltiplicatori-accumulatori, memorie, circuiti ausiliari. Digital Signal Processor (DSP). Realizzazione VLSI (cenni).
Realizzazione mediante aritmetica distribuita.
 
Applicazioni e laboratorio con MATLAB.
 
Testo di riferimento
F.Argenti,L.Mucchi,E. Del Re, "Elaborazione numerica dei segnali. Teoria, esercizi ed esempi al calcolatore", McGraw-Hill, Milano, 2011.
 Testi di consultazione
A.V. Oppenheim, R.W. Schafer, Discrete-time signal processing, Prentice-Hall, 1989.
J.G. Proakis, D.G. Manolakis, Digital signal processing. Principles, algorithms and applications, Prentice-Hall, 1996.
C.S. Burrus et al., Computer-based exercises for signal processing using MATLAB, Prentice-Hall, 1994.
 
Materiale didattico