Detail předmětu

Advanced Analysis of Biological Signals

FEKT-MPA-ACSAk. rok: 2024/2025

Předmět je orientován na multitaktní zpracování signálů, časově-frekvenční analýzu zaměřenou zejména na různé typy vlnkových transformací, parametrické metody odhadu výkonového spektra, dále analýzu hlavních komponent a kompresi dat.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Lukáš Smital, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Nabízen zahraničním studentům

Pouze domovské fakulty

Vstupní znalosti

Student by měl mít znalosti z oblasti číslicového zpracování signálů. Měl by znát jednotlivé způsoby popisu lineárních filtrů (přenosová funkce, impulsní charakteristika, diferenční rovnice, frekvenční charakteristika). Předpokládají se základní znalosti o vlastnostech biosignálů (zejm. EKG, EEG, EMG). Ve cvičeních  se předpokládá znalost programového prostředí Matlab.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

- až 30 bodů za řešení zadaných úkolů v laboratorním cvičení (pro postup ke zkoušce je nutný zisk minimálně 15 bodů)
- až 70 bodů za písemnou zkoušku (z písemné zkoušky je nutné získat minimálně 35 bodů)

Laboratorní výuka je povinná, zmeškaná laboratorní cvičení musí být řádně omluvená a lze je nahradit po domluvě s vyučujícím.

Učební cíle

Získání znalostí o multitaktním zpracování signálů, vlastnostech a realizaci vlnkových transformací a možnostech jejich využití pro zpracování, analýzu různých typů biosignálů. Získání znalostí o parametrických metodách odhadu výkonového spektra. Seznámení se s analýzou hlavních komponent a jejím využitím při analýze biosignálů. Získání základních znalostí z teorie informace, seznámení se s metodami neztrátové a ztrátové komprese biosignálů.
Absolvent předmětu je schopen:
- realizovat konverzi vzorkovacího kmitočtu
- vysvětlit principy a výhody filtrace s využitím konverze vzorkovacího kmitočtu
- realizovat různé typy vlnkových transformací
- vysvětlit principy filtrace a komprese dat vycházející z vlnkových transformací
- vysvětlit principy neztrátové komprese dat (Huffmanův kodér, aritmetický kodér)
- vysvětlit princip a možnosti použití PCA

Základní literatura

Proakis,J.G., Manolakis,D.G.: Digital Signal Processing. Principles, Algorithms and Applications. Macmillan, 1992 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-BTB magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-BTB magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPA-BIO magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPAD-BIO magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-BIO magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Lukáš Smital, Ph.D.

Osnova

01-Představení kurzu
02-Konverze vzorkovacího kmitočtu
03-Filtry s konverzí vzorkovacího kmitočtu
04-Vlnková transformace - úvod
05-Vlnková transformace - návrh vlnkových filtrů
06-Vlnková transformace - ortogonální filtr
07-Vlnková transformace + filtrování signálu
08-Vlnková transformace + komprese signálu
09-Vlnková transformace + rozměření EKG signálu
10-Využití chytrého telefonu v telemedicíně
11-Empirická modální dekompozice
12-Okamžitá frekvence/amplituda
13-Lineární dekonvoluce, nelineární filtrační metody 

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Lukáš Smital, Ph.D.

Osnova

01-Opakování, zpracování signálu v Matlabu
02-Konverze vzorkovacího kmitočtu
03-Zadání projektu + zahájení projektu
04-WT v Matlabu - wavelet toolbox, manuální vlnková dekompozice
05-WT v Matlabu - manuální vlnková rekonstrukce
06-WT v Matlabu - filtrace signálu
07-WT v Matlabu - komprese signálu
08-WT v Matlabu - rozměření EKG signálu
09-Test + SmartPhone v telemedicíně
10-Práce na individuálních projektech (individuální konzultace)
11-Práce na individuálních projektech (individuální konzultace)
12-Práce na individuálních projektech (individuální konzultace)
13-Prezentace projektu + hodnocení laboratoře