Obiettivi Formativi

Il corso fornisce gli strumenti analitici fondamentali per lo studio dei segnali analogici e numerici, sia deterministici sia aleatori, al fine di determinare i parametri che li caratterizzano dal punto di vista applicativo. Sono inoltre analizzati i sistemi che permettono di effettuare trasformazioni lineari o non-lineari sui segnali stessi sia in modalità tempo continuo sia in modalità tempo discreto e forniti gli strumenti per l'analisi e la progettazione di sistemi di elaborazione numerica dei segnali mediante filtri numerici lineari e Fast Fourier Transform (FFT). Lo studio teorico è affiancato da esercitazioni pratiche effettuate attraverso lausilio dello strumento GNU Octave e di tool di sviluppo per Digital Signal Processors. Il corso permetterà allo studente di saper caratterizzare segnali deterministici e processi stocastici tempo continui e tempo discreti sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza. Inoltre lo studente sarà in grado di analizzare e progettare sistemi lineari e non lineari utilizzati per lanalisi, la trasformazione, la classificazione e il riconoscimento dei segnali. Grazie allutilizzazione dello strumento open-source GNU Octave (clone del software Matlab) gli studenti acquisiranno le competenze per poter scrivere, utilizzando un linguaggio di alto livello, algoritmi in grado di effettuare lanalisi, la trasformazione, la classificazione e il riconoscimento dei segnali. Infine, utilizzando specifici tool di sviluppo per Digital Signal Processor (DSP), saranno introdotti alla conoscenza e allutilizzazione di ambienti di programmazione specifici per la realizzazione di sistemi di elaborazione numerica dei segnali.

Learning Goals

The module provides basic analytical tools for the study of deterministic signals and random signals in order to determine the parameters that characterize the same signal from an application point of view. Moreover the systems to perform linear and non-linear transformations of digital and continuous signals will be addressed. The module provides the tools for the analysis and design of digital signal processing systems by digital filters and Fast Fourier Transform (FFT). Will also be analyzed several typical applications of digital signal processing by classroom exercise and also by means of the software tool "GNU Octave" and Digital Signal Processor (DSP) Development Kit. The module will permit the students to be able of to characterize deterministic signals and random signals both in the continuous time and discrete time domain and in the frequency domain. Moreover the students well be able to analyze and to design both linear and non-linear systems for signals analyzing, signals transforming, signals classifying and signals recognizing. By means of the open-source tool GNU Octave (a Matlab clone) students will acquire the skills to design, using an high level programming language, algorithms to perform signals analysis, signals transformation, signals classification and signals recognition. Finally, using specific development kit for Digital Signal Processor (DSP), they will be introduced to the knowledge and to the use of specific programming environments for the realization of digital signal processing systems.

Metodi didattici

Lezioni frontali (con lausilio della proiezione di diapositive consegnate preventivamente agli studenti) ed esercitazioni in aula alla lavagna (svolgendo alcuni esercizi classici di analisi dei segnali nel dominio del tempo e della frequenza), utilizzando lo strumento GNU Octave (descrivendo gli algoritmi per lanalisi dei segnali e la progettazione di sistemi di elaborazione numerica dei segnali), utilizzando tool di sviluppo per Digital Signal Processor (descrivendo le modalità di utilizzazione dellambiente software a analizzando i risultati degli algoritmi proposti).

Teaching Methods

Lectures (using slides previously delivered to students) and classroom exercises (performing some classic signal analysis exercises in the time domain and in the frequency domain), by means of the GNU Octave tool (algorithms to perform digital signal processing will be described and digital signal processing systems will be designed), by means of Digital Signal Processor Development Kit (mode of use of the software environment will be described and results of proposed algorithms will be discussed).

Prerequisiti

Algebra lineare, Trigonometria, Analisi matematica (limiti, derivate e integrali di funzioni di una o più variabili), Fondamenti di Informatica (concetti di base di programmazione)

Prerequisites

Linear algebra, Trigonometry, Mathematical analysis (limits, partial derivative, multiple integral), Fundamentals of Computer Science (basic concepts of computer programming)

Verifiche dell'apprendimento

Prova scritta e prova orale nello stesso appello della prova scritta. La prova scritta è suddivisa 2 esercizi e permette di verifica la capacità di analizzare i segnali e le sequenze nel dominio tempo continuo e tempo discreto; la capacità di analizzare semplici sistemi di trasformazione di segnali tempo continuo e tempo discreto; la conoscenza della teoria della probabilità e dei processi stocastici; la capacità di progettare semplici sistemi di elaborazione numerica dei segnali e scrivere, utilizzando il codice GNU Octave, limplementazione ad alto livello di programmazione. Durante lanno accademico saranno proposte agli studenti 3 prove scritte in itinere (la prima sugli argomenti 1-5, la seconda sugli argomenti 6-9, la terza sugli argomenti 10-12 del programma). Il superamento delle 3 prove in itinere permetterà agli studenti di accedere alla prova orale senza la necessità di sottoporsi e superare la prova scritta. Nella prova orale verrà valutata la padronanza complessiva degli argomenti trattati nel corso attraverso almeno due domande che includano specificatamente sia argomenti su segnali e sistemi tempo continui, sia argomenti su segnali e sistemi tempo discreti. In sostituzione della domanda sui segnali e sistemi tempo discreti, lo studente può presentare un elaborato in GNU Octave concordato preventivamente con il docente. Lo svolgimento dell'elaborato punta a verificare la capacità di affrontare con successo problematiche tipiche dell'elaborazione numerica dei segnali e di sapere comunicare in forma scritta le motivazioni, implementazioni e risultati dell'elaborato.

Assessment

Written and oral examination. The written examination will be splitted in two exercise and it allows to verify the ability to analyze signals and sequences in the continuous time domain and in the discrete time domain, the knowledge of probability theory and random processes, the ability to design a simple system to perform digital signal processing and the ability to write, by means of GNU Octave programming language, the system implementation using an high level programming language. Three ongoing test will be submitted to the students during the academic year (the first one on the topics 1-5, the second one on the topics 6-9, the third one on the topics 10-12). Students who pass the three ongoing tests can access the oral examination without submit to the final written test. The global mastery of the topics will be evaluated during the oral examination by means of two different questions which concern specifically time continuous signals topics and time discrete signals topics. The question related to discrete time signals and systems can be avoided if the student will submit a project performed using "GNU octave" and whose topic was preventively agreed with the teacher. The goal of this project is to verify if the student is able to deal with digital signal processing issues and he is able to disseminate motivations, implementation and results (by means of slides and/or written dissertation).

Programma del Corso

1. Introduzione allo studio di segnali e sequenze 2. Campo vettoriale di segnali e sequenze 3. Sviluppo in serie di Fourier 4. Trasformata di Fourier 5. Trasformata Z 6. Sistemi monodimensionali 7. Digitalizzazione di segnali 8. Richiami di teoria della probabilità 9. Processi stocastici 10. Strutture realizzative per sistemi tempo-discreto 11. Trasformata Discreta di Fourier 12. Tecniche di Progetto di Filtri Numerici

Course Syllabus

1. Introduction to the study of continuous time and discrete time signals 2. Signal and sequences metrics 3. Fourier series 4. Fourier transform 5. Z transform 6. Monodimensional systems 7. Analog to digital conversion 8. Recalls of probability theory 9. Random processes 10. Structures for the Realization of Linear Time-Invariant Systems 11. Discrete Fourier transform 12. Design of digital filters