Share |

Fagligt indhold · Signalbehandling og beregning (Engelsksproget) (Aalborg)

1.semester – Signalbehandling: Signalbehandling og Kommunikation

1. semester på Signalbehandling har fokus på stokastisk signalbehandling, dvs. behandling af signaler der bedst beskrives i statistiske termer. Studerende skal anvende teorier og metoder til at designe et større system, der f.eks. analyserer, detekterer eller klassificerer signaler. De beregningsmæssige konsekvenser af de valgte løsninger analyseres.

Projekteksempler:

  • Statistiske modeller for et rums efterklang: I lydstudier er det almindeligt at lyden af rummet tilføjes i den afsluttende miksning, men hvis lyden ikke har samme egenskaber som i et rigtigt rum, vil det nemt lyde som "dåselyd". I projektet analyseres og modelleres et rums impulsrespons for at bestemme de deterministiske (bestemte) og stokastiske (ikke-bestemte) egenskaber. Der udvikles en eller flere algoritmer, der simulerer den stokastiske del af efterklangen, og de sammenlignes med den rigtige lyd.
     
  • Detektion af taleaktivitet: I moderne talebaserede kommunikationssystemer er det nødvendigt at komprimere talesignalet så det fylder mindst muligt af hensyn til kvalitet og båndbredde. I de perioder hvor der er pauser i talesignalet er det i princippet ikke nødvendigt at overføre nogen data. Forudsætningen er dog at der kan findes effektive og robuste metoder til at afgøre hvornår der tales og hvornår der er pauser. Udfordringen er at metoden også skal virke i støjfyldte omgivelser, som f.eks. i et metalværksted.
     
  • Equalisering af hovedtelefoner: Når lyden afspilles over hovedtelefoner, vil de mellemhøje og høje frekvenser blive kraftigt påvirket af øreflippens mange snørklede kroge. Nogle frekvenser vil blive forstærket, andre dæmpet på grund af det komplicerede resonansmønster. Hovedtelefon-karakteristikken kan måles, og elektroniske filtre, der kompenserer for de uønskede resonanser, kan udvikles på baggrund af systemidentifikation. Forskellige løsninger sammenlignes blandt andet ved testlytning. 
     
  • Får man høreskader af at lytte til MP3 afspillere? Når man lytter til meget kraftig lyd, vil hørelsen blive midlertidigt påvirket, inden en egentlig høreskade opstår. Denne midlertidige påvirkning giver blandt andet en let ændret høretærskel. Det kan man måle, hvis man kan lave en meget hurtig høreprøve, som løbende justerer niveauet ind, afhængigt af om lytteren kan høre lyden eller ej. Metoden implementeres og afprøves, eventuelt før og efter MP3 lytning af eget valg.

Kursuseksempler:

  • Problemorienteret projektarbejde
  • Introduktion til stokastiske processer
  • Digital signalbehandling
  • Kommunikation over støjfyldte kanaler
  • Mønstergenkendelse
  • Videnskabelige metoder og kommunikation
  • Statistisk signalbehandling

Efter 1. semester har studerende muligheder for at specialiserer sig inden for enten:

  • Anvendt Signalbehandling, eller
  • Akustik

 

Link til studieordning for uddannelsen

Specialiseringer

Anvendt signalbehandling

2. semester – Anvendt Signalbehandling: Algoritmer og arkitekturer

For studerende der vælger at specialisere sig i anvendt signalbehandling er der på 2. semester fokus på at lære om teorier, metoder og værtøjer til at optimere samspillet mellem algoritmer og hardware. Når komplekse algoritmer skal implementeres på en given hardware platform er der ofte behov for at finde et kompromis mellem kompleksiteten af algoritmerne og kompleksiteten af hardwaren. Enten kan algoritmerne forenkles så de passer til standard hardware eller også kan der designes specifikt hardware, som imødekommer kravene fra algoritmerne. Endelig er der mulighed for samtidig optimering af hardware og algoritmer.
 


Projekteksempler:

  • Støjundertrykkelse i mobiltelefoner: Når mobiltelefoner benyttes i støjfyldte omgivelser er der behov for at kunne fjerne støjen uden at det går ud over kvaliteten af talen. Det er særligt udfordrende når der kun benyttes én mikrofon. Den opfanger et signal som er en blanding af tale og støj. Men med sofistikerede algoritmer er det muligt at fjerne væsentlige dele af støjen uden at forvrænge talesignalet. Det betyder at personen i den anden ende af samtalen vil opleve at talen er lettere at forstå.

Kursuseksempler:

  • Iværksætteri og innovation
  • Repæsentation af multimedia data
  • Adaptive filtre
  • Co-design af hardware og software
  • DSP algoritmer og arkitekturer

 


3. semester – Anvendt Signalbehandling: Optimal VLSI Signalbehandling

På 3. semester på specialiseringen Anvendt Signalbehandling fokuseres der på at lære teorier, metoder og værktøjer til design af optimale VLSI (very large scale integration) signalbehandlingssystemer. Målet er at studerende kan analysere problemstillinger, der kan løses ved hjælp af digital signalbehandling, og opstille specifikationer. Med udgangspunkt i specifikationerne findes en løsning baseret på flere processorer. Løsningen optimeres i forhold til f.eks. strømforbrug, eksekveringshastighed, fysiske dimensioner og strømforbrug. Herefter implementeres arkitekturen på f.eks. FPGA teknologi. Afslutningsvis udføres grundige test.

Projekteksempler:

  • Linearisering af klasse F effektforstærker: Trådløse og bærbare terminaler finder hastigt større udbredelse. Af hensyn til batterikapaciteten er det vigtigt at alle dele i terminalen har størst mulig effektivitet. Den mest effektive forstærker i radiosenderen er en klasse F forstærker. Den har dog en indbygget svaghed i form af en ulineær overføringsfunktion. I dette projekt designes og testes en tabelbaseret lineariseringsfunktion.

Kursuseksempler:

  • Design metoder
  • Multiprocessor systemer
  • Kalman filtrering
  • Optimering teknikker
     

4. semester - Speciale

4. semester er afsat til at skrive speciale. Der er stor valgfrihed, og du kan selv vælge, hvad du vil tage udgangspunkt i. Det kan eksempelvis være i et forskningsprojekt, eller i dine egne og vejleders gode ideer. Alle projekter skal dog have elementer der afspejler din kernefaglighed som svagstrømsingeniør.
Der er ikke kurser på 4. semester, da det udelukkende fokuserer på specialeskrivning, for det tager tid, og du får med garanti travlt.

Specialeeksempler:

  • Detektion af metalobjekter i fødevarer: Danmark eksporterer mange fødevarer til udlandet. Der er normalt meget strenge krav til fødevaresikkerheden og såfremt produkterne ikke lever op til kravene er det forbundet med store omkostninger. Finder f.eks. den japanske fødevarekontrol en knækket injektionsnål i en container med svinekød, sendes hele containeren retur. Fødevareproducenter har således stor interesse i at sikre at der ikke findes fremmede materialer i produkterne. Til at finde magnetiske metal objekter måles amplitude- og faseresponset fra flere spoler. Ved at anvende digital signalbehandling og klassifikation er det demonstreret at objekter som udgør mindre end 0,58% af spolens radius kan detekteres.

 

Akustik

2. semester – Akustik: Digital signalbehandling anvendt på akustiske signaler 

2. semester bygger videre på 1. semester, hvilket vil sige, der fortsat er fokus på signalanalylse- og behandling, men der er nu også betydelig vægt på lyd- og akustikforståelse, og hvordan man laver akustiske målinger.

På 2. semester lærer den studerende de fornødne matematiske værktøjet til at beskrive lyd matematisk. Derudover vil de fysiske processer, der skaber lyd, også blive præsenteret. Den studerende vil også få gode erfaringer med måling af elektroakustiske funktioner til overførsel af lyd, og hvordan målingerne kan anvendes til at beskrive og kontrollere rum og signalbehandling med mere.

Projekteksempler:

  • Digital optimering af højttalerrespons: Selv de bedste højttalere afspiller ikke alle frekvenser med samme styrke. Desuden vil lyden blive påvirket af det rum, som man spiller lyden i, idet lyden kastes tilbage fra vægge m.m. Ved at måle lyden fra højttaleren, der hvor man vil sidde og lytte, kan man med adaptiv signalbehandling lave en selvjusterende equalisering. Metoden afprøves i forskellige rum og vurderes bl.a. for robusthed for positionsafvigelser.
  • Digital styring af retningskarakteristik: Hvis man bruger flere mikrofoner, vil lyden ankomme med forskellig amplitude og fase i de forskellige mikrofoner. Når man kender mikrofonernes indbyrdes placering kan man styre retningskarakteristikken gennem den vægtning hver mikrofonsignal gives. Derved kan man "zoome" ind på en given lydkilde, så man bedre kan høre den (Tilsvarende kan man "beame" lyd med flere højttalere). Denne mulighed afprøves i et valgt scenarium.
  • Dæmpning af "hyl" i høreapparater: Har man et alvorligt høretab, er der ingen vej uden om kraftig forstærkning af lyden. Men da der ikke er langt fra mikrofon til højttaler i et høreapparat, er det en udfordring at undgå elektrisk selvsving, især hvis høreapparatet er ventileret. Tricket er at bestemme den akustiske overføringsfunktion, der beskriver "genvejen" og tilpasse signalbehandlingen. Måling og afprøvning med moderne in-ear høreapparat.

Kursuseksempler:

  • Iværksætteri og innovation
  • Grundlæggende akustik
  • Akustiske transducere
  • Adaptive filtre
  • Akustisk måleteknik

3.semester – Akustik: Akustik og lydoplevelse

På 3. semester på specialiseringen i akustik er der stærkt fokus på hørelsen, og hvordan vi oplever lyd. Mange af de "lyd-mål" vi kender i dag, stammer fra viden om menneskets lydoplevelse, eksempelvis er ”loudness” på forstærkeren baseret på hørelsens uens dynamik for forskellige frekvenser.

På 3. semester vil den studerende lære, hvordan lyd i rum transmitteres, måles og opleves, både i forhold til eksempelvis musikoplevelse og taleforståelighed. Gennem semesteret introduceres der også teori om støj, høreskader, og hvordan de bestemmes. Du vil fortsat skulle bruge din kernefaglighed til at implementere forskellige løsninger, og måske til computerstyret afvikling af lyd-/ lytteforsøg.

Projekteksempler:

  • Dolby surround sound over hovedtelefoner: Hovedtelefonen har kun to kanaler - én til hvert øre. Surroundsystemer har flere, og hvad gør man så? Ved at kombinere viden om lydens transmission i dagligstuen og oplevelsen af lyd fra forskellige retninger, findes en topologi med tilhørende digitale filtre, som simulerer lyden over højttalerne. Ved at sammenligne lyttetest for forskellige implementationer afsløres der, hvad der er mest betydende for lydoplevelsen.
  • Objektive mål for lyds genevirkning: Det er ikke altid, at en målt dB(A) værdi afspejler, hvor generende en lyd er. dB(A)-værdien hænger nært sammen med styrkeoplevelsen, men der er eksempler på svage lyde, der er meget generende, for eksempel den dryppende vandhane. I projektet bestemmes forskellige lydes genevirkning, og det vurderes, hvilke objektive mål, der bedst korrelerer med genevirkningen.
  • Computersimulering af koncertsale: Til trods for en eksponentiel vækst i computereffektivitet er det fortsat udfordrende at beregne lydens transmission i en koncertsal, hvor den reflekteres i det uendelige. Da vi kan høre frekvenser med bølgelængder fra ca. 20 meter til ca. 20 millimeter, er det nødvendigt at bruge forskellige principper og tilnærmelser i de numeriske udtryk for forskellige bølgelængder. Objektive kriterier for den numeriske præcision sammenholdes med resultaterne af lyttetest.

Kursuseksempler:

  • Rum- og bygningsakustik
  • Akustisk støj
  • Menneskets lydopfattelse
  • Rumlig lydopfattelse og 3D lydteknologi
     

 4. semester - Speciale

4. semester er afsat til at skrive speciale. Der er stor valgfrihed, og du kan selv vælge, hvad du vil tage udgangspunkt i. Det kan eksempelvis være i et forskningsprojekt, eller i dine egne og vejleders gode ideer. Alle projekter skal dog have elementer der afspejler din kernefaglighed som svagstrømsingeniør.
Der er ikke kurser på 4. semester, da det udelukkende fokuserer på specialeskrivning, for det tager tid, og du får med garanti travlt.

Specialeeksempler:

  • Sammenligning af høretærskler og otoakustisk emission (OAE): OAE er svag lyd, der kommer fra det indre øre, som resultat af den mekanisk-biologiske høreproces. OAE afspejler funktionen af de ydre hårceller, som aktivt forstærker meget svage lyde. De ydre hårceller er særligt udsatte fx i forbindelse med høreskader, og derfor sladrer OAE om hørelsens sundhed. Sammenhængen mellem OAE og høretærskel er dog ikke simpel. Forskellige typer OAE måles og sammenlignes med høretærskler.
  • Separation af kilder i flerkanals trommesæt optagelser: Når musikken skal slut-mikses er det en fordel, at Hi-hat'en, stortrommen etc. er på hver sin kanal. Men da instrumenter står forholdsvis tæt sammen, vil hver kanal have lidt af de andre også. Da lyden er karakteristisk for trommerne hver især, kan lyden separeres i hhv. den ønskede og uønskede del for kanalerne hver især. Projektet implementeres og afprøves.
  • Retningshøretest for børn: Nogle børn har normal hørelse, hvis man ellers skal tro den almindelige høretest, men alligevel er det som om, de hører dårligt. Der kan skyldes, at de to ørers signaler ikke kombineres optimalt. Det gør det især svært at høre, når flere snakker i munden på hinanden. Testen er for preskolebørn, og skal derfor være intuitiv uden komplicerede spørgsmål. Et "positional-lyds" computerspilscenario implementeres og afprøves af børn.
  • Modellering af diffraktion fra højttaler: Den lyd, der opstår pga. højttalermembranens svingninger udbreder sig ikke uhindret til lytteren. Allerede ved højttaleren påvirkes lydbølgen af højttalerens geometri, hvor den slås i stykker (diffrakteres) af kanter, flader etc. Højttaler og lydfelt kan tilnærmes ved en masse små elementer, som beskrives ved deres akustiske variable. Derved kan man modellere lydudstrålingen, og lege med forskellige geometrier og kombinationer af enheder.