Digital Signal Processing

Zpracování digitálního signálu má řadu aplikací - od digitálního zpracování zvuku a obrazu přes analýzu biosignálů až třeba po řízení motorů.

Workshop by měl projít základní metody. Nebudeme zbytečně zabíhat do matematické teorie na pozadí ani do implementačních detailů. Účastník by spíše měl získat jasnou představu, co dělají jednotlivé knihovny (nebo krabičky v GNURadiu) a tedy jak je správně použít, případně dobrý startovní bod pro research, pokud by si musel něco naimplementovat sám.

Workshop bude mít nejspíše několik (málo?) pokračování. Organizuje ho pasky, který zároveň může mluvit k některým tématům. Je ale samouk a řadu věcí chápe spíše povrchně, pokud tedy o DSP nebo nějaké jeho oblasti něco víte, bude jen dobře, budeme-li moci témata rozdělit mezi několik lidí.

Přesný termín zatím není stanoven, jsme ve stádiu sběru nápadů. Velmi předběžně by mohl probíhat ve středeční večery druhé půlky května.

http://video.hrach.eu/index.php?akce=13

Uvod

• Uvod do workshopu (5min.)
• Uvod do zpracovani signalu (pasky) (10min.)

Zaklady konverze a ukladani signalu

• Jak funguje jednoduchý ADC. Samplování (Nyquist-Shannon theorem) a kvantizace (dithering) signálu. (pasky + blackhead[dithering]) (20min.)
• Jak funguje jednoduchý DAC. Delta-sigma, PDM, PCM a PWM. (blackhead + nephirus[Delta-Sigma] + pasky[PDM]) (20min.)

Organizace

• Kdo co umi a koho co zajima… Burza a hrube rozvrzeni zbylych temat. (20min.)

Signální filtry

• Minimum z teorie signálních filtrů: konvoluce, Convolution theorem. (Abyssal)
• Signální filtry - obecní úvod proč fungují díky větě o konvoluci, jak ovlivňují frekvenční spektrum (Abyssal)
  • živá ukážka lowpass/highpas/rank/edge-detect filterů (Sobel, Laplace, Canny…)

Praktické nástroje pro DSP

• arecord | aplay - jak dostat signál do a z počítače. (pasky)
• sox tutorial, konvoluce v 1D. (pasky)

Organizace

• Finalizace programu na priste, rozvrh temat

Rádiové signály

• Radiosignál, minimální nutná fyzika. superhet. AM, FM a SSB modulace. FM rádio. (SPECZ + blackhead)
• Datový signál, modem. Digitální modulace, AFS, QPS atd. Vícenásobný přístup k médiu (xDMA, OFDM). (SPECZ)
• Úvod do GSM. (SysOp)

Organizace

• Finalizace programu na priste, rozvrh temat

SDR

• Co je to SDR a k čemu je to dobré (jenda)
• HW pro SDR (jenda)
• rtl-sdr, DEMO!!! (SPECZ)
• GNURadio tutorial, Companion pro lamy (jenda)
• Intermezzo: jak se telefonovalo za prvních Přemyslovců, co je pulsní a co tónová volba (jenda)
• Napišme si DTMF dekodér! (jenda)

DFT, DCT, spektrum a video

• Diskrétní Fourierova transformace. Jak nakreslit spektrum signálu. (pasky)
• I/Q samples. (možná pasky)
• Diskrétní kosínová transformace, filtry, komprese videosignálu; od JPEG přes MJPEG → MPEG-1 → MPEG-2 → MPEG-4 visual; video kontejnery (abyssal)

Praktické aplikace

• zpracování signálu na Arduinu a FPGA (latence, rozlišení DAC, atd.) - co jsme se naučili v rámci vývoje praktické aplikace (TomSuch)

Organizace

• Finalizace programu na priste, rozvrh temat

• TETRA, MATRA. (SPECZ)

David Klusáček + Rostislav Wasyluk z Tesly

• 5 min David uvede Rostislava Wasyluka.
• 12 min Ukazky z doboveho filmu (1985) z Tesly Piestany.
• 30 min Rostislav o rozpouzdrovani a sve praci v Tesle.

recording: http://nat.brmlab.cz/talks/2012-12-20-tesla-vyroba-a-analyza-cipu.mkv

• 30 min Jenda o kochlearnich implantatech a o slyseni.
• 80 min David o slyseni v mozku.
• 20 min Dotazy a diskuse.

Zacnu tim jak funguje vnitrni ucho neboli cochlea. Jakym zpusobem jsou mechanicke vibrace prelozeny do sledu impulsu na priblizne 30000 paralelnich nervovych vlaknech a jake se pouziva kodovani.

Pak reknu neco malo, co je mi znamo o zpracovani informace ve sluchovych drahach (viz obrazek).

A nakonec ukazu jak to vsechno souvisi s psychoakustickymi jevy jakymi jsou frekvencni a casove maskovani, Hassuv jev, mimofrekvencni poslech a binauralni razy.

Muzu to rikat i anglicky, bude-li zajem.

David o různých tématech. Zatím se řeší, kdy to bude.

http://doodle.com/35n3885b9srvnzb8#table

Praktické DSP by TomSuch

• Brainbay miniworkshop (tomsuch)
• Bezdrátová komunikace mezi uC pomocí SAW filtru. (tomsuch)
• FPGA workshop - změřme si pomocí FPGA nebo CPLD rychlost světla atd. Vlastní FPGA s sebou, ale budou k dispozici i 2-3 erární FPGA včetně programátoru.

Shromaždiště možných témat… Pořadí se můžem měnit a míchat, aby na sebe témata dobře navazovala (třeba zároveň MPEG2 a DVB).

• Úvod - co je zpracování signálu, přehled metod. Jak funguje CDčko. (pasky)
• Konverze signálu
  • Kvantizace signálu, dithering. (pasky?) (blackhead)
  • Jak funguje jednoduchý ADC. Samplování. (pasky?)
  • Jak funguje jednoduchý DAC. PWM a PCM. (pasky?) (blackhead)
  • Interpolace signálu (upsampling). (Ivan?)
  • Videosignál, minimální nutná fyzika. Barevné prostory. (blackhead)
  • Způsoby digitálního kódování signálu. Formáty samplů, containery. WAV/RIFF, AVI, Ogg, Matroska. (blackhead + pasky[Ogg, Matroska])
• Zpracování signálu
  • Konvoluce a intuitivní úvod do FFT. (Abyssal)
  • Minimum z teorie signálních filtrů. Impulzní odpověď. Analogové signální filtry - low-pass Sallen-Key; Chebyshev, Butterworth, Bessel / Thompson… (help needed!)
  • Diskrétní Fourierova transformace. Jak nakreslit spektrum signálu. (pasky)
  • Wavelety. (help needed!)
  • Způsoby komprese signálu. Jak funguje MP3 a FLAC? (stick)
  • Diskrétní kosínová transformace, filtry, komprese videosignálu; od JPEG přes MJPEG → MPEG-1 → MPEG-2 → MPEG-4 visual; video kontejnery (abyssal)
  • Základní použítí Kálmánova filtru (odšumování signálu na základě modelu). inspirace? (Ivan + pasky)
  • Alfa-Beta filter (related to Kalman) (help needed!)
  • Dynamic time warping inspirace? (Ivan)
  • Dekonvoluce - znáte ze seriálů CSI (Abyssal)
• Praktické nástroje pro DSP
  • arecord | aplay - jak dostat signál do a z počítače. (pasky)
  • sox tutorial. (pasky?)
  • Brainbay miniworkshop (tomsuch)
  • zpracování signálu na Arduinu a FPGA (latence, rozlišení DAC, atd.) - co jsme se naučili v rámci vývoje praktické aplikace (TomSuch)
  • kochleární implantáty a poruchy sluchu vůbec (jenda)
• Šum
  • druhy šumu, jak je poznat (help needed!)
  • Lock-in zesilovač, homodyn (help needed!)
  • jak šum potlačit - Dolby NR (blackhead)
• Rádiové signály (SPECZ + SysOp + Ivan)
  • Radiosignál, minimální nutná fyzika. superhet. AM, FM a SSB modulace. FM rádio. (SPECZ)
  • I/Q samples. (help needed!)
  • AFT/AFC, RDS.
  • Datový signál, modem. Digitální modulace, AFS, QPS atd. Vícenásobný přístup k médiu (xDMA, OFDM). (SPECZ)
  • TETRA, MATRA. (SPECZ)
  • Úvod do GSM. (SysOp)
  • Úvod do Bluetoothu. (niekt0) (help needed!)
  • Bezdrátová komunikace mezi uC pomocí SAW filtru. (tomsuch)
  • HSDPA. 802.11 (DSSS). (help needed!)
  • DVB. (help needed!)
  • SDR. (jenda)
  • GNURadio tutorial, Companion pro lamy (jenda)
  • rtl-sdr - napisme si FM demodulator bez GNURadia! (help needed!)

Připisujte další témata, o které byste měli zájem. :)

Legenda: (člověk) == někdo, kdo přibližně tuší, o čem mluví; (člověk?) == může se to dotehdy zkusit pořádně naučit; (help needed!) == nikdo o tom zatím nic neví i

• http://www.dspguide.com/pdfbook.htm
• http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/intro2sp/#toc
• https://avc-cvut.cz/archiv/prednasky/prednasky-fel-cvut/37mk---mobilni-komunikace/2005
• http://www.mobilnisystemy.cz/
• http://lvb.sti.fce.vutbr.cz/public/LinuxAlt_2011/2011_11_05_LA_12_GNU_radio/2011_11_05_LA_12_GNU_radio.pdf
• http://lvb.sti.fce.vutbr.cz/public/LinuxAlt_2011/2011_11_05_LA_12_GNU_radio/2011_11_05_LA_12_GNU_radio.mp3
• http://algovision.org/indexCZ.html
• http://ktiml.mff.cuni.cz/~cepek/vyuka.html
• http://boingboing.net/2012/06/04/why-the-modems-screamed.html
• http://www.dspguru.com/dsp/tutorials/quadrature-signals
• Practical Software Radio
• http://www.katjaas.nl/home/home.html
• Analógové a digitálne spracovanie signálov na KTL FEI STU
• https://ccrma.stanford.edu/~jos/ - Online books
• Fourier Transform Processing With ImageMagick
• https://wiki.xiph.org/Videos/Digital_Show_and_Tell
• https://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/SuggestedReading
• http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/eecs20/weekly.html
• http://leevaraiya.org/
• Analog Engineer's Pocket Reference
• http://www.trondeau.com/examples/2014/1/23/pfb-channelizers-and-synthesizers.html
• https://people.xiph.org/~xiphmont/demo/
• https://greatscottgadgets.com/sdr/
• Digital Filters
• Deep Learning textbook (not really DSP-related, but contains some useful algebra and algorithms)
• http://www.labbookpages.co.uk/audio/beamforming/fractionalDelay.html
• https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/finite-impulse-response-filter-design-by-windowing-part-i-concepts-and-rect/
• https://www.dsprelated.com/freebooks/sasp/Frequency_Sampling_Method_FIR.html
• http://www.comlab.hut.fi/opetus/333/2004_2005_slides/CarrierTimingRecovery.pdf
• See also: Links
• http://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/lectures.html
• The Basics of NMR
• http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/
• https://ccrma.stanford.edu/~jos/GlobalJOSIndex.html
• http://pruvodce.ucw.cz/
• http://www.xsgeo.com/course/contents.htm
• Interpolation howto
• http://cgg.mff.cuni.cz/~sikudova/
• http://www.inference.org.uk/mackay/itila/book.html
• https://www.analog.com/en/education/education-library/software-defined-radio-for-engineers.html
• https://tomverbeure.github.io/2020/12/15/Half-Band-Filters-A-Workhorse-of-Decimation-Filters.html
• https://pysdr.org/
• https://www.youtube.com/c/RFCircuitsandSystemsProfPayamHeydari/videos
• https://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma.html
• https://liquidsdr.org/blog/lms-equalizer/