Ćwiczenia 1: Różnice pomiędzy wersjami

Z Brain-wiki
 
(Nie pokazano 48 wersji utworzonych przez 7 użytkowników)
Linia 1: Linia 1:
== Dokumentacja modułu scipy.signal ==
+
[[Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia]]/Sygnały
 +
 
 +
==Narzędzia wykorzystywane na ćwiczeniach==
 +
===Python===
 +
 
 +
Python jest językiem programowania wysokiego poziomu, który w połączeniu z bibliotekami NumPy i SciPy do obliczeń naukowych pozwala na szybkie i wygodne programowanie lub analizowanie danych w sposób interaktywny. Przykłady prezentowane w ramach zajęć powinny uruchamiać się zarówno w wersji 2 jak i 3 języka Python, jednak zachęcamy Państwa, aby od początku uczyć się i korzystać z wersji 3 języka.
 +
 
 +
Szczególnie przydatne na analizie sygnałów będą moduły:
 +
*numpy
 +
*scipy
 +
*matplotlib
 +
 
 +
Do reprezentowania sygnałów w programach będziemy stosować tablice numpy:
 +
* <tt>ndarray</tt>
 +
Jest to zarówno efektywne jeśli chodzi o pamięć jak i o szybkość wykonywania operacji matematycznych.
 +
 
 +
==== Dokumentacja modułu scipy.signal ====
 
Proszę zapoznać się z dokumentacją biblioteki scipy.signal:
 
Proszę zapoznać się z dokumentacją biblioteki scipy.signal:
  
http://docs.scipy.org/doc/scipy-0.14.0/reference/signal.html
+
https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/
 +
 
 +
===Svarog===
 +
Przydatnym narzędziem do analizy sygnałów, z którego będziemy korzystać na zajęciach, jest program SVAROG (pierwotnie skrót od Signal Viewer, Analyzer and Recorder On GPL). Program działa w środowisku Java, jest więc niezależny od systemu operacyjnego (Linux, Windows, OS X…). Svarog pozwala na wczytywanie i analizowanie sygnałów (nie tylko bioelektrycznych), zarówno przy użyciu prostych (FFT, spektrogram) jak i bardziej zaawansowanych (matching pursuit, ICA, DTF itd.) narzędzi. Dzięki współpracy z platformą OpenBCI, możliwa jest rejestracja sygnału (łącznie z metadanymi) bezpośrednio z poziomu graficznego interfejsu użytkownika.
 +
 
 +
====Svarog: uruchamianie i konfiguracja====
 +
Aktualną wersję programu Svarog można pobrać [http://braintech.pl/svarog/]. Program nie wymaga instalacji. Po rozpakowaniu paczki do dowolnego katalogu należy uruchomić skrypt „run-svarog.sh” lub uruchomić bezpośrednio plik *.jar.
 +
 
 +
Aktualnie najnowsza wersja jest tutaj: https://gitlab.com/fuw_software/svarog2-packager/-/releases :)
 +
 
 +
 
 +
W przypadku pracy na własnych komputerach, do prawidłowego uruchomienia pluginu do analizy sygnałów, z którego będziemy korzystać w dalszej części ćwiczeń, konieczne jest zainstalowanie środowiska Oracle Java SE w wersji 8, które można pobrać [http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html ze strony wydawcy]. Alternatywnie, użytkownicy systemu Ubuntu lub pokrewnych dystrybucji mogą zainstalować środowisko Java według instrukcji [http://www.webupd8.org/2012/09/install-oracle-java-8-in-ubuntu-via-ppa.html dostępnych na tej stronie].
  
 
==Sygnały ciągłe i dyskretne ==
 
==Sygnały ciągłe i dyskretne ==
 
===Próbkowanie w czasie ===
 
===Próbkowanie w czasie ===
Proszę powtórzyć sobie pojęcia:
+
W tym ćwiczeniu zilustrujemy pojęcia:
 
* częstość próbkowania
 
* częstość próbkowania
 
* częstość Nyquista
 
* częstość Nyquista
 
* aliasing
 
* aliasing
  
W poniższym ćwiczeniu chcemy zbadać efekt próbkowania sygnału w czasie. W komputerach nie mamy dostępu do sygnału ciągłego. Na nasze potrzeby wygenerujemy sygnały próbkowane z bardzo dużą częstością, które będą dla nas aproksymacją sygnałów ciągłych. Przy ich pomocy zaprezentujemy efekt utożsamiania (aliasingu).
+
====Zadanie 1: Próbkowanie====
 +
W poniższym ćwiczeniu chcemy zbadać efekt próbkowania sygnału w czasie.  
 +
*W komputerach nie mamy dostępu do sygnału ciągłego.  
 +
*Wartości sygnału znane są tylko w dyskretnych momentach czasu.  
 +
*Najczęściej stosujemy równe odstępy czasu <math>dt</math>
 +
*Odwrotność tych okresów to częstość próbkowania <math>Fs = \frac{1}{dt}</math>
 +
*Bardzo wygodnie jest myśleć o sygnałach jako o wektorach lub macierzach (rys. na tablicy)
 +
*Do przechowywania sygnałów w pamięci używamy ndarray
  
Proszę wytworzyć wektor reprezentujący czas &bdquo;prawie&rdquo; ciągły. Będzie to u nas 1000 wartości z przedziału [0,1) wziętych z odstępem 0,001.
 
  
 +
Czy próbkując sygnał z częstością <math>Fs = 100</math>[Hz] mogę odwzorować sygnał o  dowolnej częstości?
 +
* wytwórz wektor t reprezentujący czas 1s próbkowany z częstością Fs
 
<source lang =python>
 
<source lang =python>
 
# -*- coding: utf-8 -*-
 
# -*- coding: utf-8 -*-
Linia 20: Linia 55:
 
import pylab as py
 
import pylab as py
 
import numpy as np
 
import numpy as np
 
+
Fs =100
t = np.arange(0,1,0.001) # czas 'prawie ciągły'
+
dt = 1/Fs
 +
t = np.arange(0,1,dt) # czas 'prawie ciągły'
 
</source>
 
</source>
  
Teraz proszę wygenerować dwie sinusoidy: jedną o częstości <tt>-1</tt> a drugą o częstości <tt>9</tt>. Dla przypomnienia wyrażenie:
+
* wytwórz sygnał  s, sinus o częstości f =10Hz. Dla przypomnienia wyrażenie: <math> s(t) = \sin(2 \pi f t)</math> możemy w pythonie zapisać:
:<math> s(t) = \sin(2 \pi f t)</math> możemy w pythonie zapisać:
 
 
<source lang =python>
 
<source lang =python>
 
s = np.sin(2*np.pi*f*t)
 
s = np.sin(2*np.pi*f*t)
 
</source>
 
</source>
  
Proszę [[TI/Matplotlib#Kilka_wykres.C3.B3w_we_wsp.C3.B3lnych_osiach|wykreślić]] obie sinusoidy.
+
* wykreśl ten sygnał za pomocą punktów i linii
 +
* wykreśl sygnały o częstościach 20, 40, 50, 90 Hz
  
Teraz proszę spróbkować czas i nasze &bdquo;prawie&rdquo; ciągłe sinusoidy z okresem próbkowania 0,1. (Trzeba pobrać co 100 element, proszę posłużyć się [[Programowanie_z_Pythonem/Sekwencje#Wycinki|wycinkami]]) <!-- [[TI/Sekwencje|Struktury danych — sekwencje|wycinkami]]. -->
+
====Efekt aliasingu====
Na tle &bdquo;prawie&rdquo; ciągłych sinusoid proszę dorysować punkty ze spróbkowanych sygnałów. Aby punkty były dobrze  widoczne proponuję użyć markerów <tt>x</tt> oraz <tt>+</tt>.
+
Rzućmy okiem na przykład tego efektu: https://youtu.be/SFbINinFsxk
 
+
* koła obracają się z pewną częstością zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara;
Proszę zaobserwować wzajemne położenie punktów. Czy można odróżnić sinusoidę o częstości &minus;1 od sinusoidy o częstości 9, jeśli obie są próbkowane z częstością 10? Jak można uogólnić tą obserwację?
+
* na filmie widać, że w pewnych kierunek ten się zmienia, mimo, że samochód wciąż jedzie w tą samą stronę;
  <tt>*</tt>
+
* możemy przyjąć umownie, że obrotom zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara przypiszemy wartości dodatnie, a obrotom w kierunku przeciwnym wartości ujemne.
 +
* Dlaczego tak się dzieje?
 +
Analogiczne zjawisko przeanalizujemy dla symulowanych sygnałów okresowych.
 +
Na nasze potrzeby wygenerujemy sygnały próbkowane z bardzo dużą częstością, które będą dla nas aproksymacją sygnałów ciągłych. Przy ich pomocy zaprezentujemy efekt utożsamiania (aliasingu).
 +
*Proszę wytworzyć wektor reprezentujący czas &bdquo;prawie&rdquo; ciągły. Będzie to u nas 1000 wartości z przedziału [0,1) wziętych z odstępem 0,001.
 +
*Teraz proszę wygenerować dwie sinusoidy: jedną o częstości <tt>-1</tt> a drugą o częstości <tt>9</tt>.
 +
*Proszę [[TI/Matplotlib#Kilka_wykres.C3.B3w_we_wsp.C3.B3lnych_osiach|wykreślić]] obie sinusoidy.
 +
*Teraz proszę spróbkować czas i nasze &bdquo;prawie&rdquo; ciągłe sinusoidy z okresem próbkowania 0,1. (Trzeba pobrać co 100 element, proszę posłużyć się [[Programowanie_z_Pythonem/Sekwencje#Wycinki|wycinkami]]) <!-- [[TI/Sekwencje|Struktury danych — sekwencje|wycinkami]]. -->
 +
*Na tle &bdquo;prawie&rdquo; ciągłych sinusoid proszę dorysować punkty ze spróbkowanych sygnałów. Aby punkty były dobrze  widoczne proponuję użyć markerów <tt>x</tt> oraz <tt>+</tt>.
 +
*Proszę zaobserwować wzajemne położenie punktów.  
 +
*Czy można odróżnić sinusoidę o częstości &minus;1 od sinusoidy o częstości 9, jeśli obie są próbkowane z częstością 10?  
 +
*Jak można uogólnić tą obserwację?
 +
 +
<tt>*</tt>
 
<!--
 
<!--
 
# -*- coding: utf-8 -*-
 
# -*- coding: utf-8 -*-
Linia 170: Linia 219:
 
</source>
 
</source>
 
=== Przykład: eksport sygnału do pliku binarnego ===
 
=== Przykład: eksport sygnału do pliku binarnego ===
 +
*Przypominamy:
 +
** dtype http://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/arrays.dtypes.html#arrays-dtypes-constructing
 +
** open/close
 +
** tofile
 +
** fromfile
 +
 
* Poniższy kod ilustruje sposób zapisu dwóch funkcji sinus o częstościach 10 Hz i 21 Hz do pliku binarnego:
 
* Poniższy kod ilustruje sposób zapisu dwóch funkcji sinus o częstościach 10 Hz i 21 Hz do pliku binarnego:
  
Linia 177: Linia 232:
 
import numpy as np
 
import numpy as np
  
if __name__ == "__main__":
+
T = 5
    T = 5
+
Fs = 128
    Fs = 128.0
 
  
    s1 = sin(f=10, T=T, Fs=Fs)
+
(s1,t) = sin(f=10, T=T, Fs=Fs)
    s2 = sin(f=21, T=T, Fs=Fs)
+
(s2,t) = sin(f=21, T=T, Fs=Fs)
 
 
    signal = np.zeros((T*Fs, 2), dtype='<f')
+
signal = np.zeros((T*Fs, 2), dtype='<f')
    signal[:, 0] = s1
+
signal[:, 0] = s1
    signal[:, 1] = s2
+
signal[:, 1] = s2
  
    with open('test_signal.bin', 'wb') as f:
+
# zapis sygnału binarnego:
        signal.tofile(f)
+
f_out = open('test_signal1.bin', 'wb') # otwieramy plik do pisania binarnego: 'wb'
 +
signal.tofile(f_out) # zrzucamy zawartość tablicy ''signal'' do pliku identyfikowanego przez ''f_out''
 +
f_out.close() # zamykamy plik
  
 +
# czynność odwrotna - wczytanie sygnału binarnego
 +
ch = 2 # liczba kanałów
 +
fin = open('test_signal1.bin', 'rb') # otwieramy plik do czytania binarnego: 'rb'
 +
s = np.fromfile(fin, dtype='<f') # tworzymy tablicę sig o typie określonym przez ''dtype''
 +
                                # wkładając do niej bity z pliku ''fin'' interpretowane zgodnie z ''dtype''
 +
fin.close() # zamykamy plik
 +
s = np.reshape(s,(len(s)/ch,ch)) # zmieniamy tablicę z jednowymiarowej na dwuwymiarową
 
</source>
 
</source>
  
Linia 197: Linia 260:
  
 
[[Plik:svarog_open_signal.png|center|800px|thumb|<figure id="uid3" />Wczytywanie sygnału w programie Svarog.]]
 
[[Plik:svarog_open_signal.png|center|800px|thumb|<figure id="uid3" />Wczytywanie sygnału w programie Svarog.]]
 +
 +
=== Zadanie 2: Nieznany typ danych===
 +
Posiadamy 3 kanałowy plik binarny z sygnałem EEG. Niestety zapomnieliśmy jaki jest typ zapisanych danych. Proszę wczytać plik i przy pomocy biblioteki matplotlib oraz grafik z fragmentami sygnałów odgadnąć, która z pośród wymienionych zmiennych dtype jest prawdziwa:
 +
<ul>
 +
<li> 'float32'
 +
 +
<li> '>H'
 +
 +
<li> 'uint64'
 +
 +
        <li> 'float64'
 +
</ul>
 +
Plik binarny oraz grafiki można pobrać z [https://drive.google.com/drive/folders/0ByBe6Y9KQQXYRnVVQVhtdnJkWHM?usp=sharing stąd]
 +
 +
=== Zadanie 3: Nieznana liczba kanałów===
 +
Posiadamy n kanałowy plik binarny z sygnałem EKG, EEG i EMG, typ zmiennej to '<f'. Niestety zapomnieliśmy jaka jest liczba kanałów. Proszę wczytać plik i przy pomocy biblioteki matplotlib oraz grafik z fragmentami sygnałów odgadnąć liczbę kanałów. Plik binarny oraz grafiki można pobrać z [https://drive.google.com/drive/folders/0ByBe6Y9KQQXYVFpOV3A4ZllYUGc?usp=sharing stąd]
 +
 +
=== Zadanie 4:===
 +
Proszę stworzyć nową macierz z n+3 kanałami, zawierającą sygnały z dwóch poprzednich zadań. Następnie proszę zapisać macierz sygnałów do pliku binarnego i otworzyć w programie Svarog.
  
 
=== Delta ===
 
=== Delta ===
Linia 212: Linia 294:
 
</source>
 
</source>
  
=== Zadanie:===
+
=== Zadanie 5:===
Analogicznie do powyższych przykładów proszę zaimplementować iprzetestować funkcje generujące:
+
Analogicznie do powyższych przykładów proszę zaimplementować i przetestować funkcje generujące:
 
* funkcję Gabora (funkcja Gaussa modulowana cosinusem) o zadanej częstości i standardowym odchyleniu w czasie, momencie wystąpienia, długości, częstości próbkowania i fazie.  
 
* funkcję Gabora (funkcja Gaussa modulowana cosinusem) o zadanej częstości i standardowym odchyleniu w czasie, momencie wystąpienia, długości, częstości próbkowania i fazie.  
 
:<math> g = \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{t-t_0}{\sigma}\right)^2 \right) \cdot  \cos(2 \pi f t + \phi); </math>
 
:<math> g = \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{t-t_0}{\sigma}\right)^2 \right) \cdot  \cos(2 \pi f t + \phi); </math>
Linia 219: Linia 301:
 
* szum gaussowski o zadanej średniej, odchyleniu standardowym, długości i częstości próbkowania.
 
* szum gaussowski o zadanej średniej, odchyleniu standardowym, długości i częstości próbkowania.
  
* pochodną funkcji Gaussa
+
<!-- * pochodną funkcji Gaussa
  
 
* połówkę funkcji Gaussa
 
* połówkę funkcji Gaussa
 +
-->
 +
 +
==Co musimy z tego zapamiętać? ==
 +
* sygnały dyskretne - dyskretne chwile czasu
 +
* tworzenie sygnałów o konkretnej interpretacji fizycznej (częstość sygnału i częstość próbkowania)
 +
* sygnały w pythonie przechowujemy w tablicach numpy
 +
* zapis sygnałów do  pliku i wczytywanie sygnałów z plików binarnych
 +
* wczytywanie sygnałów do SVAROGA
 +
 +
[[Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia]]/Sygnały

Aktualna wersja na dzień 15:11, 11 gru 2019

Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia/Sygnały

Narzędzia wykorzystywane na ćwiczeniach

Python

Python jest językiem programowania wysokiego poziomu, który w połączeniu z bibliotekami NumPy i SciPy do obliczeń naukowych pozwala na szybkie i wygodne programowanie lub analizowanie danych w sposób interaktywny. Przykłady prezentowane w ramach zajęć powinny uruchamiać się zarówno w wersji 2 jak i 3 języka Python, jednak zachęcamy Państwa, aby od początku uczyć się i korzystać z wersji 3 języka.

Szczególnie przydatne na analizie sygnałów będą moduły:

  • numpy
  • scipy
  • matplotlib

Do reprezentowania sygnałów w programach będziemy stosować tablice numpy:

  • ndarray

Jest to zarówno efektywne jeśli chodzi o pamięć jak i o szybkość wykonywania operacji matematycznych.

Dokumentacja modułu scipy.signal

Proszę zapoznać się z dokumentacją biblioteki scipy.signal:

https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/

Svarog

Przydatnym narzędziem do analizy sygnałów, z którego będziemy korzystać na zajęciach, jest program SVAROG (pierwotnie skrót od Signal Viewer, Analyzer and Recorder On GPL). Program działa w środowisku Java, jest więc niezależny od systemu operacyjnego (Linux, Windows, OS X…). Svarog pozwala na wczytywanie i analizowanie sygnałów (nie tylko bioelektrycznych), zarówno przy użyciu prostych (FFT, spektrogram) jak i bardziej zaawansowanych (matching pursuit, ICA, DTF itd.) narzędzi. Dzięki współpracy z platformą OpenBCI, możliwa jest rejestracja sygnału (łącznie z metadanymi) bezpośrednio z poziomu graficznego interfejsu użytkownika.

Svarog: uruchamianie i konfiguracja

Aktualną wersję programu Svarog można pobrać [1]. Program nie wymaga instalacji. Po rozpakowaniu paczki do dowolnego katalogu należy uruchomić skrypt „run-svarog.sh” lub uruchomić bezpośrednio plik *.jar.

Aktualnie najnowsza wersja jest tutaj: https://gitlab.com/fuw_software/svarog2-packager/-/releases :)


W przypadku pracy na własnych komputerach, do prawidłowego uruchomienia pluginu do analizy sygnałów, z którego będziemy korzystać w dalszej części ćwiczeń, konieczne jest zainstalowanie środowiska Oracle Java SE w wersji 8, które można pobrać ze strony wydawcy. Alternatywnie, użytkownicy systemu Ubuntu lub pokrewnych dystrybucji mogą zainstalować środowisko Java według instrukcji dostępnych na tej stronie.

Sygnały ciągłe i dyskretne

Próbkowanie w czasie

W tym ćwiczeniu zilustrujemy pojęcia:

  • częstość próbkowania
  • częstość Nyquista
  • aliasing

Zadanie 1: Próbkowanie

W poniższym ćwiczeniu chcemy zbadać efekt próbkowania sygnału w czasie.

  • W komputerach nie mamy dostępu do sygnału ciągłego.
  • Wartości sygnału znane są tylko w dyskretnych momentach czasu.
  • Najczęściej stosujemy równe odstępy czasu [math]dt[/math]
  • Odwrotność tych okresów to częstość próbkowania [math]Fs = \frac{1}{dt}[/math]
  • Bardzo wygodnie jest myśleć o sygnałach jako o wektorach lub macierzach (rys. na tablicy)
  • Do przechowywania sygnałów w pamięci używamy ndarray


Czy próbkując sygnał z częstością [math]Fs = 100[/math][Hz] mogę odwzorować sygnał o dowolnej częstości?

  • wytwórz wektor t reprezentujący czas 1s próbkowany z częstością Fs
# -*- coding: utf-8 -*-

import pylab as py
import numpy as np
Fs =100
dt = 1/Fs
t = np.arange(0,1,dt) # czas 'prawie ciągły'
  • wytwórz sygnał s, sinus o częstości f =10Hz. Dla przypomnienia wyrażenie: [math] s(t) = \sin(2 \pi f t)[/math] możemy w pythonie zapisać:
s = np.sin(2*np.pi*f*t)
  • wykreśl ten sygnał za pomocą punktów i linii
  • wykreśl sygnały o częstościach 20, 40, 50, 90 Hz

Efekt aliasingu

Rzućmy okiem na przykład tego efektu: https://youtu.be/SFbINinFsxk

  • koła obracają się z pewną częstością zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara;
  • na filmie widać, że w pewnych kierunek ten się zmienia, mimo, że samochód wciąż jedzie w tą samą stronę;
  • możemy przyjąć umownie, że obrotom zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara przypiszemy wartości dodatnie, a obrotom w kierunku przeciwnym wartości ujemne.
  • Dlaczego tak się dzieje?

Analogiczne zjawisko przeanalizujemy dla symulowanych sygnałów okresowych. Na nasze potrzeby wygenerujemy sygnały próbkowane z bardzo dużą częstością, które będą dla nas aproksymacją sygnałów ciągłych. Przy ich pomocy zaprezentujemy efekt utożsamiania (aliasingu).

  • Proszę wytworzyć wektor reprezentujący czas „prawie” ciągły. Będzie to u nas 1000 wartości z przedziału [0,1) wziętych z odstępem 0,001.
  • Teraz proszę wygenerować dwie sinusoidy: jedną o częstości -1 a drugą o częstości 9.
  • Proszę wykreślić obie sinusoidy.
  • Teraz proszę spróbkować czas i nasze „prawie” ciągłe sinusoidy z okresem próbkowania 0,1. (Trzeba pobrać co 100 element, proszę posłużyć się wycinkami)
  • Na tle „prawie” ciągłych sinusoid proszę dorysować punkty ze spróbkowanych sygnałów. Aby punkty były dobrze widoczne proponuję użyć markerów x oraz +.
  • Proszę zaobserwować wzajemne położenie punktów.
  • Czy można odróżnić sinusoidę o częstości −1 od sinusoidy o częstości 9, jeśli obie są próbkowane z częstością 10?
  • Jak można uogólnić tą obserwację?

*


Sygnały testowe

Generowanie sygnałów testowych

Do badania różnych metod analizy sygnałów potrzebne nam będą sygnały o znanych własnościach. W szczególności dobrze jest umnieć nadać sygnałom występującym w postaci cyfrowej, oraz sztucznym sygnałom próbnym pewne własności fizyczne takie jak:

  • czętość próbkowania
  • czas trwania
  • amplituda

Przykład sinus

Sinus o zadanej częstości (w Hz), długości trwania, częstości próbkowania i fazie. Poniższy kod implementuje i testuje funkcję

[math] \sin(f,T,Fs,\phi) = \sin(2*\pi f t)[/math] dla [math]t \in \{0,T\}[/math]
# -*- coding: utf-8 -*-

import pylab as py
import numpy as np

def sin(f = 1, T = 1, Fs = 128, phi =0 ):
	'''sin o zadanej częstości (w Hz), długości, fazie i częstości próbkowania
	Domyślnie wytwarzany jest sygnał reprezentujący 
	1 sekundę sinusa o częstości 1 Hz i zerowej fazie próbkowanego 128 Hz
	'''

	dt = 1.0/Fs
	t = np.arange(0,T,dt)
	s = np.sin(2*np.pi*f*t + phi)
	return (s,t)
	
	
(s,t) = sin(f=10,Fs=1000)
py.plot(t,s)
py.show()

Przykład: eksport sygnału do pliku binarnego

  • Poniższy kod ilustruje sposób zapisu dwóch funkcji sinus o częstościach 10 Hz i 21 Hz do pliku binarnego:
# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as np

T = 5
Fs = 128

(s1,t) = sin(f=10, T=T, Fs=Fs)
(s2,t) = sin(f=21, T=T, Fs=Fs)	
	
signal = np.zeros((T*Fs, 2), dtype='<f')
signal[:, 0] = s1
signal[:, 1] = s2

# zapis sygnału binarnego:
f_out = open('test_signal1.bin', 'wb') # otwieramy plik do pisania binarnego: 'wb'
signal.tofile(f_out) # zrzucamy zawartość tablicy ''signal'' do pliku identyfikowanego przez ''f_out''
f_out.close() # zamykamy plik

# czynność odwrotna - wczytanie sygnału binarnego
ch = 2 # liczba kanałów
fin = open('test_signal1.bin', 'rb') # otwieramy plik do czytania binarnego: 'rb'
s = np.fromfile(fin, dtype='<f') # tworzymy tablicę sig o typie określonym przez ''dtype''
                                 # wkładając do niej bity z pliku ''fin'' interpretowane zgodnie z ''dtype''
fin.close() # zamykamy plik
s = np.reshape(s,(len(s)/ch,ch)) # zmieniamy tablicę z jednowymiarowej na dwuwymiarową

Przykład: wczytanie sygnału do Svaroga

W celu wczytania zapisanego binarnie sygnału do programu Svarog, po wybraniu File -> Open signal, należy wprowadzić częstość próbkowania sygnału oraz liczbę kanałów.

Wczytywanie sygnału w programie Svarog.

Zadanie 2: Nieznany typ danych

Posiadamy 3 kanałowy plik binarny z sygnałem EEG. Niestety zapomnieliśmy jaki jest typ zapisanych danych. Proszę wczytać plik i przy pomocy biblioteki matplotlib oraz grafik z fragmentami sygnałów odgadnąć, która z pośród wymienionych zmiennych dtype jest prawdziwa:

  • 'float32'
  • '>H'
  • 'uint64'
  • 'float64'

Plik binarny oraz grafiki można pobrać z stąd

Zadanie 3: Nieznana liczba kanałów

Posiadamy n kanałowy plik binarny z sygnałem EKG, EEG i EMG, typ zmiennej to '<f'. Niestety zapomnieliśmy jaka jest liczba kanałów. Proszę wczytać plik i przy pomocy biblioteki matplotlib oraz grafik z fragmentami sygnałów odgadnąć liczbę kanałów. Plik binarny oraz grafiki można pobrać z stąd

Zadanie 4:

Proszę stworzyć nową macierz z n+3 kanałami, zawierającą sygnały z dwóch poprzednich zadań. Następnie proszę zapisać macierz sygnałów do pliku binarnego i otworzyć w programie Svarog.

Delta

Podobnie można zdefiniować funkcję delta o zadanym czasie trwania, częstości próbkowania i momencie wystąpienia impulsu:

[math] \delta(t_0) = \left\{^{1 \quad t=t_0} _{0 \quad t \ne t_0} \right.[/math]
def delta(t0=0.5, T=1  ,Fs = 128):
	dt = 1.0/Fs
	t = np.arange(0,T,dt)
	d = np.zeros(len(t))
	d[np.ceil(t0*Fs)]=1
	return (d,t)

Zadanie 5:

Analogicznie do powyższych przykładów proszę zaimplementować i przetestować funkcje generujące:

  • funkcję Gabora (funkcja Gaussa modulowana cosinusem) o zadanej częstości i standardowym odchyleniu w czasie, momencie wystąpienia, długości, częstości próbkowania i fazie.
[math] g = \exp\left(-\frac{1}{2}\left(\frac{t-t_0}{\sigma}\right)^2 \right) \cdot \cos(2 \pi f t + \phi); [/math]
  • szum gaussowski o zadanej średniej, odchyleniu standardowym, długości i częstości próbkowania.


Co musimy z tego zapamiętać?

  • sygnały dyskretne - dyskretne chwile czasu
  • tworzenie sygnałów o konkretnej interpretacji fizycznej (częstość sygnału i częstość próbkowania)
  • sygnały w pythonie przechowujemy w tablicach numpy
  • zapis sygnałów do pliku i wczytywanie sygnałów z plików binarnych
  • wczytywanie sygnałów do SVAROGA

Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia/Sygnały