Програмні засоби обробки акустичної інформації

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Навчальна дисципліна належить до циклу професійної підготовки

Чому можна навчитися (результати навчання): Згідно з ОП “Акустичні електронні системи та технології обробки акустичної інформації” студент удосконалить знання передбачені у освітній програмі спеціальності 171 Електроніка як:

• ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях;

• ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності;

• ЗК5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

• ЗК6. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.

• ЗК7. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;

• ЗК9. Здатність працювати в команді;

• СК5. Здатність застосовувати відповідні математичні, наукові й технічні методи, сучасні інформаційні технології і комп'ютерне програмне забезпечення, навички роботи з комп'ютерними мережами, базами даних та Інтернет-ресурсами для вирішення інженерних задач в галузі електроніки;

• СК12. Здатність застосовувати знання сучасних технологій обробки та захисту акустичної інформації, інформаційних технологій у сфері акустичних електронних систем.

Як можна користуватися набутими знаннями і вміннями (компетентності): Студент набуде програмних результатів навчання, що передбачені у освітній програмі спеціальності 171 Електроніка:

• Р5 Використовувати інформаційні та комунікаційні технології, прикладні та спеціалізовані програмні продукти для вирішення задач проектування та налагодження електронних систем, демонструвати навички програмування, аналізу та відображення результатів вимірювання та контролю;

• Р12 Використовувати документацію, пов’язану з професійною діяльністю, із застосуванням сучасних технологій та засобів офісного устаткування; використовувати англійську мову, включаючи спеціальну термінологію, для спілкування з фахівцями, проведення літературного пошуку та читання текстів з технічної та фахової тематики;

• Р19 Застосовувати знання сучасних технологій обробки та захисту акустичної інформації, інформаційних технологій у сфері акустичних електронних систем.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Пререквізити: Для вивчення дисципліни студент має попередньо набути наступними компетенціями:

• ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності;

• ЗК3. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово;

• ЗК4. Здатність спілкуватися іноземною мовою;

• ЗК5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

• ЗК6. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.

Постреквізити: Дисципліна сприяє формуванню та/або підсиленю наступних компетенцій:

• ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях;

• ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності;

• ЗК5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

• ЗК6. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.

• ЗК7. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;

• ЗК9. Здатність працювати в команді;

• СК5. Здатність застосовувати відповідні математичні, наукові й технічні методи, сучасні інформаційні технології і комп'ютерне програмне забезпечення, навички роботи з комп'ютерними мережами, базами даних та Інтернет-ресурсами для вирішення інженерних задач в галузі електроніки;

• СК12. Здатність застосовувати знання сучасних технологій обробки та захисту акустичної інформації, інформаційних технологій у сфері акустичних електронних систем.

3. Зміст навчальної дисципліни

Вступ

Структура курсу. Основні поняття та визначення. Загальні питання щодо обробки акустичних сигналів.

Розділ 1 Загальні відомості про цифрову обробку сигналів. Математичні моделі сигналів. Гармонійні сигнали. 

Розділ 2  Місце обчислень і Систем Комп’ютерної Математики у сучасному світі.  

Розділ 3 Програмування в середовищі MATLAB / Scilab  

Розділ 4 Програмні засоби обробки даних

4. Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

[1]    J. Mathews and K. Fink, Numerical Methods Using Matlab, 4rd ed. Pearson, 2003.
[2]    L. R. Rabiner and B. Gold, Theory and Application of Digital Signal Processing, 1st ed. Prentice Hall, 1975.
[3]    E. C. Ifeachor and B. W. Jervis, Digital Signal Processing: A Practical Approach. Pearson Education, 2002.
[4]    В. С. Дідковський, М. В. Дідковська, and А. М. Продеус, Комп’ютерна обробка акустичних сигналів. Київ: ТОВ «Імекс-ЛТД», 2010.
[5]    В. М. Азарсков and Є. О. Гаєв, Сучасне програмування для інженерів. НАУ, 2019.
[6]    MATLAB: The Language of Technical Computing. Getting started with MATLAB. 2005.

  Додаткова література

[7]    MATLAB: The Language of Technical Computing. External interfaces. 2000.
[8]    M. Inc, MATLAB the Language of Technical Computing: Version 6. 2000.
[9]    Ю. Ф. Лазарев, Моделювання на ЕОМ: Навчальний посібник. Київ: Корнійчук, 2007.
[10]    І. В. Мельник, Основи програмування та розв’язання прикладних задач, vol. 2. Київ: Університет «Україна», 2009.
[11]    Е. Шрюфер, Цифрова обробка сигналів, (переклад з німецької). Либідь, 1992.

[12]    М. О. Рибальченко, О. П. Єгоров, В. Б. Зворикін, Цифрова обробка сигналів. Навчальний посібник. Дніпро: НМетАУ, 2018.

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекційний матеріал подається у вигляді очної чи дистанційної консультації з лектором за визначеним календарним планом.  Допоміжний візуальний контент представлено у вигляді Google  Презентації.

№ з/п	Назва теми лекції та перелік основних питань, посилання на літературу
1	Структура курсу. Основні поняття та визначення. Загальні питання щодо обробки акустичних сигналів.  Л. [2], [3].
2	Основні терміни та поняття дисципліни.  Л. [4].
3	Визначення сигналів. Гармонійні сигнали. Типові дискретні сигнали.  Л. [2].
4	Перетворення Фур'є, його властивості.  Л. [1], [2], [3].
5	Цифрова обробка сигналів. Частотний спектр дискретного сигналу.  Л. [1], [2], [3].
6	Аналіз Систем комп'ютерної математики (СКМ). Історія створення СКМ. Сучасні СКМ і їх можливості. Архітектура узагальненої СКМ.  Л. [5].
7	Робоче середовище MATLAB/Scilab. Найпростіші обчислення, змінні, функції.  Л. [5], [6].
8	Основні теоретичні відомості щодо побудови графіків в MATLAB/Scilab. Графіки функції в полярній системі координат графіки з поясненнями графіки поверхонь.  Л. [5], [6]
9	Створення і редагування файлів скриптів. Структура функції. Л. [5], [6]
10	Операції з векторами і матрицями. Засоби для розв'язку систем лінійних рівнянь.  Л. [5], [6]
11	Обчислення інтегралів.  Л. [5], [6]
12	Апроксимація та інтерполяція даних. Основні теоретичні відомості. Л.  [5], [6]
13	Кубічна сплайнова інтерполяція. Візуалізація табличних даних.  Л. [5], [6]
14	Основні функції обробки рядків. Перетворення символів і рядків. Обчислення строкових виразів. Операції з файлами.  Л. [5], [6]
15	Функції звука в MATLAB.  Л. [5], [6]
16	Склад розширень MATLAB. Пакети математичних обчислень. Імітаційне розширення Simulink/XCos. Л. [5], [6]
17	Пакети для обробки сигналів - Signal Processing Toolbox.  Л. [5], [6]
18	МКР

 

Лабораторні заняття (комп’ютерний практикум)проводяться відповідно до наступного плану:

1. Знайомство з засобами, MATLAB/Scilab. Вивчення інтерфейсу системи MATLAB/Scilab і роботи системи в режимі прямих розрахунків. Обчислення значень функцій і змінних в MATLAB/Scilab. 

2. Робота з графікою в MATLAB/Scilab. Вивчення основних операторів графіки системи MATLAB/Scilab і створення програм, що реалізують графічний вивід.

3. Програмування в середовищі MATLAB/Scilab. Операції відношення, логічні операції і умовні оператори.

5. Операції з векторами і матрицями в системі MATLAB/Scilab. 

8. Рішення рівнянь, систем лінійних рівнянь, обчислення інтегралів. Вивчення вбудованого пакету символьних обчислень і операцій Symbolic Math Toolbox.

6. Апроксимація та інтерполяція даних. 

7. Перетворення Фур'є.

8. Знайомство з розширенням MATLAB+Simulink Пакети для обробки сигналів. Signal Processing Toolbox.

Лекції

Практичні заняття

Лабораторні роботи

6. Самостійна робота студента

Для підготовки до лекційних занять та закріплення отриманих знань, студент має виконати наступні завдання відповідно до плану лекцій:

№ з/п	Завдання на СРС
1	Пригадати основні математичні вирази для опису гармонічного процесу
2	Читати конспект лекцій та літературу за темою
3	Повторити теорію дискретизації
4	Повторити перетворення Фур’є та Лапласа
5	Читати конспект лекцій та літературу за темою
6	Читати конспект лекцій та літературу за темою
7	Читати конспект лекцій та літературу за темою
8	Читати конспект лекцій та літературу за темою
9	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
10	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
11	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
12	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
13	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
14	Читати конспект лекцій та літературу за темою. Практично опрацювати приклади з літератури.
15	Читати конспект лекцій та літературу за темою
16	Читати конспект лекцій та літературу за темою
17	Читати конспект лекцій та літературу за темою
18	Повторити пройдений матеріал

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Відвідування лекційних занять не є обов’язковим. Але раз на два тижні на початку лекційного заняття проводиться експрес контроль, як складова частина МКР. Якщо студент пропускає експрес контроль без поважних причин (хвороба, відрядження, тощо) - право на написання даного контролю окремо не надається.

Під час лекційних занять студенти можуть задавати конкретизуючі питання, ділитись власним досвідом (за наявності такого) за темою лекції. Мобільні телефони мають бути переведені в беззвучний режим. Проведення online пошуку за темою лекції нових цікавих фактів - схвалюється. 

Звіти з лабораторних робіт мають оформлюватися за допомогою сервісу Google Документи у відповідності до вимог ДСТУ 3008-2015. Всі завдання мають бути здані мінімум за два тижні до кінця семестру.

Будь яка з робіт знімається з розгляду у випадку виявлення випадку академічної недоброчесності.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента (Rс) з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

• модульна контрольна робота - 45 балів;

• лабораторні роботи - 55 балів.

Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання:

Модульний контроль проводиться у вигляді експрес контрольних робіт тривалістю 20 хвилин, на початку лекційних занять раз на два тижні. Кожна експрес контрольна складається з 3х питань, кожне питання оцінюється в 5 балів (відповідно до табл. 1). Сумарні бали всіх експрес контрольних за семестр нормується до 45 рейтингових балів.

Кожне лабораторне заняття оцінюється в 5 балів (відповідно до табл. 2). Сумарні бали всіх практичних за семестр нормується до 55 рейтингових балів.

Таблиця 1 Критерії оцінювання МКР

Бали	Умова
5	Відповідь надана в повному обсязі, висвітленні особливості питання. Відповідь немає зайвої інформації
3-4	Відповідь надано в повному обсязі але без висвітлення особливостей питання, або з великою кількістю зайвої інформації. Відповідь містить незначні неточності.
1-2	Відповідь містить суттєві неточності
0	Відповідь не надано або вона не стосується змісту питання.

 

Таблиця 2 Критерії оцінювання лабораторних занять

Бали	Умова
5	Завдання має повний та вірний, з коментарями, розв’язок. Присутній фінальний результат. Оформлення роботи відповідає вимогам.
3-4	Завдання має повний з невилики неточностями або без коментарів, розв’язок. Присутній фінальний результат. Оформлення роботи відповідає вимогам.
1-2	Відповідь містить суттєві неточності, Розв’язок не структурований, містить помилки.
0	Завдання не виконане або наявний плагіат

 

У випадку відсутності студента на лабораторному занятті, робота вважається не виконаною і має бути відпрацьована за окремим розкладом за домовленістю з викладачем, звіт може бути прийнятий до перевірки тільки після відпрацювання заняття. Звіт з кожної лабораторної роботи мають бути представлені студентом перед початком наступного лабораторного заняття. У випадку затримки - застосовується штрафний бал “-0,5” на звіт.

Всі звіти з лабораторних робіт мають бути представлені студентом до 17го тижня, в протилежному випадку вони вважаються відсутніми.

Умови позитивного календарного контролю:

Для отримання позитивної оцінки  з першого календарного контролю  (8 тиждень) студент повинен мати не менше ніж 18 балів (за умови, якщо на початок 8 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів “ідеальний” студент має отримати 36 балів).

Для отримання позитивної оцінки  з другого календарного контролю (14 тиждень) студент повинен мати на менше ніж 33 бали (за умови, якщо на початок 14 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів “ідеальний” студент має отримати 66 балів).

Розрахунок шкали (R) рейтингу:

Рейтингова шкала з дисципліни складає R = 100 балів.

Необхідною умовою допуску до заліку є семестровий рейтинг не менше 50 балів.

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Орієнтовний перелік питань що виноситься на семестровий контроль:

1. Що таке "робоче середовище MATLAB/Scilab"?

2. Яке призначення вікна Command Windows?

3. За допомогою якої команди встановлюється формат чисел?

4. Яке призначення службових клавіш?

5. Перерахуйте основні системні змінні MATLAB/Scilab.

6. Як можна отримати інформацію про вбудовані елементарні функції?

7. Наведіть приклади математичних функцій системи MATLAB/Scilab.

8. Як використовується команда diary?

9. Яка особливість зберігання змінних в файлах з розширенням mat?

10. За допомогою якої команди здійснюється побудова графіків в декартовій системі координат?

11. Для чого служить команда mesh?

12. Як здійснюється завдання написів?

13. Для чого використовується команда grid?

14. Як здійснюється розбивка вікна на менші вікна?

15. Для чого використовується команда hold?

16. Як здійснюється діалогове введення і виведення?

17. Для чого використовуються умовні оператори?

18. Чим відрізняються файли-сценарії від файлі-функцій ?.

19. Як здійснюється введення вектора-рядка?

20. Як здійснюється введення вектора-стовпця?

21. Як здійснюється введення матриці?

22. Для чого служать команди zeros, ones, rand, eye?

23. Як визначається число рядків і стовпців матриці?

24. Які операції служать для визначення мінімального і максимального елементів матриці?

25. Для чого служить функція fmin?

26. Для чого служить функція fzero?

27. Перерахуйте основні зовнішні розширення системи MATLAB/Scilab для пошуку екстремумів функцій.

28. Яка функція служить для обчислення визначеного інтеграла?

29. Назвіть функції роботи з символьними змінними.

30. Для чого служить функція interp1?

31. Якою функцією реалізується сплайн-інтерполяція в MATLAB/Scilab?

32. Які існують методи вирішення систем диференціальних рівнянь?

33. З яких бібліотек складається пакет Simulink/XCos?

34. Як зібрати модель в пакеті Simulink/XCos?

35. Як змінити параметри моделювання?

36. Які існують способи візуалізації процесу моделювання?

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Ухвалено кафедрою АМЕС (протокол № 11 від 15.06.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06/2023 від 29.06.2023 )