PRESENTAZIONE

L’insegnamento presenta una panoramica delle principali tecniche per l'elaborazione numerica dei segnali e fornisce, congiuntamente agli elementi teorici, competenze per l'applicazione pratica dei concetti teorici tramite l’implementazione di semplici soluzioni su piattaforme di elaborazione (quali, ad esempio, quelle della famiglia Arduino).

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si prefigge di fornire le metodologie e gli strumenti di base per affrontare problemi di rappresentazione discreta e numerica di segnali e sistemi nel tempo e in frequenza, di filtraggio numerico e di elaborazione, compressione e trasmissione di immagini e sequenze video.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di:


Comprendere le basi teoriche dell'analisi e dell'elaborazione dei segnali a tempo discreto;
Comprendere e applicare la trasformata di Fourier per sequenze e discreta (DFT/FFT) e la trasformata Z;
Analizzare la trasformata di Fourier di un segnale a tempo continuo rispetto a quella discreta ottenuta trasformando i valori campionati;
Analizzare, valutare e creare sistemi discreti che simulino quelli continui
Analizzare e valutare i principali segnali multimediali;
Comprendere i Filtri numerici (FIR ed IIR);
Comprendere le tecniche di codifica di segnali audio e video con i relativi standard di compressione;
Comprendere, realizzare semplici algoritmi di elaborazione numerica dei segnali quali quelli di stima spettrale basati sull'impiego di DFT/FFT e varie tipologie di filtraggi.

PREREQUISITI

Elementi base di analisi matematica e geometria, fondamenti di programmazione in C/C++..

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali. Lezioni pratiche ed esercitazioni in aula svolte individualmente ed in gruppo. La frequenza è caldamente consigliata.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Prima Parte (I° Semestre, 6 CFU) – Prof. A. Grattarola

Segnali a tempo discreto, rappresentazione spettrale, convoluzione e correlazione.
Sistemi lineari tempo discreti, filtri numerici e filtraggio.
Campionamento, quantizzazione e ricostruzione.
Trasformata discreta di Fourier (DFT), trasformata veloce di Fourier (FFT), trasformata Z, trasformata discreta coseno (DCT).
Convoluzione circolare e filtraggio a blocchi mediante FFT.
Filtri numerici a risposta impulsiva finita (FIR) e ricorsivi (IIR).

Seconda Parte (II° Semestre, 2 CFU) – Prof. F. Lavagetto

Entropia di una sorgente discreta senza e con memoria. Codifica di sorgente.

Capacità di un canale numerico. Codifica di canale. Codici a blocco.

Principi di modulazione digitale.

Modello del tratto vocale e del sistema di percezione acustica umana.

Analisi spettrale e cepstrale del segnale vocale.

Codifica a forme d’onda e model-based di audio e voce.
Tecniche di compressione di immagini fisse ed in movimento. Cenni allo standard JPEG ed MPEG.

Terza Parte (II° Semestre, 3 CFU) – Prof. I. Bisio

Esercitazioni pratiche su piattaforme di elaborazione (p.es., della famiglia Arduino).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, Elaborazione Numerica dei Segnali, Franco Angeli, 1996.
• J. G. Proakis, C.M.Rader, F. Ling, C. L. Nikias, et alii, Algorithms for Statistical Signal Processing, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2002.
• M. Bellanger, Digital Processing of Signals, Third Ed. John Wiley & Sons, 2000.
• R. C. Gonzalez, R. E. Woods, Digital Image Processing, Second edition, Prentice Hall, NJ, 2002.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ALDO GRATTAROLA (Presidente)

SANDRO ZAPPATORE

IGOR BISIO (Presidente Supplente)

CARLO ANDREA BRACCINI (Presidente Supplente)

FABIO LAVAGETTO (Presidente Supplente)

ANDREA SCIARRONE (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/9273/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si svolge attraverso tre verifiche separate relative alle tre parti di cui si compone l’insegnamento:

prima parte (Prof. A. Grattarola) attraverso compitini scritti ed esami orali;

seconda parte (Prof. F. Lavagetto) attraverso un test con risposte multipla e risposte. Può essere svolta in occasione delle sessioni d’esame a calendario

terza parte (Prof. I Bisio) attraverso un breve colloquio orale di descrizione e dimostrazione del progetto realizzato su specifica piattaforma (p.es. Arduino). Può essere svolta in itinere durante il semestre oppure in occasione delle sessioni d’esame a calendario. In questo ultimo caso l’algoritmo da implementare verrà assegnato (via e-mail) indicativamente 24 ore prima dell’esame

L’esame si considera superato se lo studente raggiunge la sufficienza (18/30) di tutte e tre le parti ed il voto finale sarà la media, pesata dal numero di crediti, dei voti acquisiti in ciascuna parte.

Gli studenti con DSA potranno usare modalità e strumenti di ausilio che saranno individuati caso per caso (ad esempio, maggiore tempo disponibile per l'esame) sulla base delle certificazioni fornite dallo studente ed in accordo col referente di Ingegneria nel Comitato per l'inclusione degli studenti con disabilità.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prima parte di verifica (Prof. Grattarola) accerta la conoscenza delle basi teoriche dell'analisi e dell'elaborazione dei segnali a tempo discreto attraverso lo svolgimento di esercizi (compitini) e attraverso un colloquio di approfondimento (orale).

La seconda parte di verifica accerta attraverso quiz a risposta multipla o aperta, la comprensione dei principi fondamentali di codifica di sorgenti discrete, di trasmissione ed elaborazione con particolare riferimento ai segnali acustici (audio, voce) e visuali (immagini, video).

La terza parte di verifica accerta le capacità operative relative alla realizzazione su specifica piattaforma hw (p.es. Arduino) di filtri numerici (FIR e IIR) e di schemi di stima spettrale basati sull'impiego di DFT/FFT.

pratica del funzionamento di un semplice algoritmo di elaborazione dei segnali, realizzato su una piattaforma data (p.es., Arduino.

Per la prima parte i compitini scritti chiedono allo studente di risolvere problemi relativi alla teoria dell'analisi e dell'elaborazione dei segnali a tempo discreto. Durante la prova orale lo studente deve dimostrare di saper risolvere esercizi (più semplici rispetto a quelli scritti) e di saper rispondere a domande teoriche.

Per la seconda parte gli studenti dovranno dimostrare la conoscenza degli argomenti svolti a lezione risolvendo problemi teorici.

Infine per la terza parte gli studenti dovranno dimostrare le proprie competenze operative realizzando soluzioni di elaborazione dei segnali funzionanti, analizzandone criticamente caratteristiche e limiti.

Calendario appelli