background image

 

Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, tel. (042) 631 28 83 

www.kapitalludzki.p.lodz.pl

 

 

Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany 

rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, 

nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności  

do zatrudniania osób niepełnosprawnych” 

 

Prezentacja multimedialna współfinansowana przez  

Unię Europejską w ramach  

Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt.  

„SIGNAL PROCESSING” 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

Signal 

Processing 

system 

x(t

y(t

x(t)  y(t

Signal processing systems  

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

t 

– continuous time variable 

Continuous time 

system 

x(t

y(t

eg. megaphone -  

analog amplifier 

Continuous 

signal 

y(t)=H(x(t)) 

Signal processing systems  

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

n 

– discrete time variable = 0, 1, … N,… 

eg. reverberation 
(echo) model: 

y(n)=0.1*y(n-1) +x(n), 

 Digital filters 

Discrete 

time signal 

Discrete time 

system 

x(n

y(n

y(n)=H(x(n)) 

Signal processing systems  

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

1.

With and without memory 

2.

Invertible and non-invertible 

3.

Causal and non-causal 

4.

Stable and unstable* 

5.

Linear and nonlinear 

6.

Time-invariant and time-variant 

Signal processing systems - properties 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

 

   

n

x

k

x

n

y

n

k



1

 

 

 

n

x

n

x

n

y

2

2

3

Output signal of a system without memory at 
instance n depends only on the input signal at 
the same time instance, eg: 

Output signal of a system with memory at 
instance n depends on the input signal at 
instances k

n, eg: 

  

  

n

x

n

x

n

y

1

Systems with and without memory 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

   

)

10

(

n

x

n

x

n

y

A system is causal if its output signal at instance n 
is dependent only on the input signal at instance n 
and/or previous instances, eg: 

   

)

1

(

n

x

n

x

n

y

noncausal 

Causal systems 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

Stable/unstable system - quiz question 

1.

Which of the system is stable? 

a)   

b)   

c)   

d)   

 

 

 

0

n

n

n

u

a

n

y

 

)

(

2

n

x

k

n

y

 

)

(

3

n

x

n

y

 

 

N

n

n

x

n

y

0

where 

u(n

is a sequence of unit pulses

 

The system is considered to be stable if for input signal samples 
x(n) such that |x(n)|<A (where: A 

– is a finite constant) output signal 

samples y(n) satisfy |y(n)|<B (where: B 

– is also a finite constant) – 

this is so called bounded-input bounded-output (BIBO) stability. 

where 

k 

is a constant

 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

Homogeneous systems 

System 

IF: 

THEN: 

x(n

y(n

System 

k

·x(n

k

·y(n

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

10 

Additive systems 

System 

IF: 

AND: 

x1(n

y1(n

System 

x2(n

y2(n

System 

THEN: 

x1(n) + x2(n

y1(n) + y2(n

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

11 

Linear systems 

If the system is homogeneous and additive, it is linear. 

homogeneous 

linear 

additive 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

12 

ie. the response of a linear system to a sum of input 

signals is equal to the sum of the responses of the 
input signals. 

Linear system example:  

Nonlinear system example: 

 

 

 

 

 

 

n

by

n

ay

n

x

bH

n

x

aH

n

bx

n

ax

H

2

1

2

1

2

1

 

 

n

x

n

y

2

Linear systems fulfill the superposition principle: 

 

 

n

x

n

y

3

Superposition principle

 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

13 

 

 

1

2

n

x

n

y

Is the following system:                            linear?   

 

 

5

1

2

1

1

n

x

n

y

 

 

3

2

2

1

n

x

and

n

x

Let:  

 

 

7

1

2

2

2

n

x

n

y

However: 

 

 

 

 

 

12

11

1

2

2

1

2

1

3

n

y

n

y

n

x

n

x

n

y

NO! 

Conclusion:

 The response of a linear system to 

zero input is…?  

Linear systems 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

14 

 

 

1

2

n

x

n

y

Is the following system:                            linear?   

 

But:  

 

 

 

 

b

a

n

bx

n

ax

n

by

n

ay

2

1

2

1

2

2

Linear systems 

 

 

 

 

n

by

n

ay

n

bx

n

ax

H

2

1

2

1

 

 

 

 

 

 

1

2

2

1

2

2

1

2

1

2

1

n

bx

n

ax

n

bx

n

ax

n

bx

n

ax

H

Remember: 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

15 

Quiz questions 

1. Which of these systems are linear? Show calculations. 

a)   

b)   

c)   

d) 

e)  

f)  

 

 

 

N

n

n

x

n

y

0

 

)

(

n

x

n

y

 

)

(

2

n

x

k

n

y

 

)

(

2

n

x

n

y

 

d

x

t

y

t

o

)

(

 

))

(

log(

t

x

a

t

y

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

16 

Time invariant systems have the following property: 

 

IF 

y(n)

 is the response of the system to 

x(n)

  

 

THEN 

y(n-k)

 is the response to 

x(n-k).

 

 

 

 

k

n

x

H

k

n

y

n

x

H

n

y

Time invariant systems 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

17 

We will show that for LTI systems, 
the knowledge of the system response to the 

impulse 

(n)

 is enough to determine the response 

of the system to any discrete time signal.  

Linear system 

(n

h(n

Impulse response 

LTI systems 

We will concentrate on the LTI systems.

  

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

18 

 

0

0

0

1

n

for

n

for

n



k

k

k

n

k

n

Unit impulse: 

n 

n=k 

n 

n=0 

n 

Continous vs discrete time signal  
(Dirac impulse series ) 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

19 

x(t

t 

x(n

t

n 

t 

1 2  3 

n 

 

  

k

n

t

x

n

x

k

k





k

k

k

n

Continous vs discrete time signal 

 

t

x

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

20 

Discrete signal definition 

Discrete time signal is an impulse series:  {x(n

t)}    

 

 

 

 

for 

t

=1  {x(1), x

(2), … x(k), …} 

x(n

t

n 

t 

1  2  3 

 

  

k

n

k

x

n

x

k

k



background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

21 

x(n

t

n 

t 

1  2  3 

    

   

   

   

2

2

1

1

0

0

1

1

n

x

n

x

n

x

n

x

n

x

-1 

x(-1) 

Discrete signal example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

22 

Input signal x(n): 

 

  

k

n

k

x

n

x

k

k



Impulse response: 

 

 

 

n

H

n

h

The response of the system to the input 

x(n

is determined according to the 

superposition principle: 

 

  

  

 

  

k

n

h

k

x

k

n

H

k

x

k

n

k

x

H

k

n

k

x

H

n

y

k

k

k

k

k

k

k

k









Response of the LTI system  
to the discrete signal 

Important 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

23 

Input signal 

x(n): 

 

  

k

n

k

x

n

x

k

k



Output signal 

y(n)

 

  

  

k

h

k

n

x

k

n

h

k

x

n

y

k

k

k

k





Response of the LTI system  
to the discrete signal 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Convolution example 

Signal  Processing 

24 

 

 

]

1

,

1

[

1

,

1

,

1

n

h

n

x

x(k

0  1  2  3 

-1 

k 

h(k

0  1  2  3 

-1 

k 

x(-k

0  1  2 

-1 

k 

-2 

 

       

1

0

0

0

0

h

x

k

h

k

x

y

k

k

 

  

k

h

k

n

x

n

y

k

k



background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Convolution example 

Signal  Processing 

25 

 

  

k

h

k

n

x

n

y

k

k



x(k

0  1  2  3 

-1 

k 

h(k

0  1  2  3 

-1 

k 

x(1-k

0  1  2 

-1 

k 

-2 

 

 

]

1

,

1

[

1

,

1

,

1

n

h

n

x

 

   

  

2

0

1

1

...

)

2

(

)

2

1

(

)

1

(

)

1

1

(

0

0

1

1

1

0

h

x

h

x

h

x

k

h

k

x

y

k

k

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Convolution example 

Signal  Processing 

26 

 

  

k

h

k

n

x

n

y

k

k



x(k

0  1  2  3 

-1 

k 

h(k

0  1  2  3 

-1 

k 

x(2-k

0  1  2 

-1 

k 

-2 

 

 

]

1

,

1

[

1

,

1

,

1

n

h

n

x

 

   

  

2

0

1

1

...

)

2

(

)

2

2

(

)

1

(

)

1

2

(

0

0

2

2

2

0

h

x

h

x

h

x

k

h

k

x

y

k

k

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Convolution example 

Signal  Processing 

27 

 

  

k

h

k

n

x

n

y

k

k



x(k

0  1  2  3 

-1 

k 

h(k

0  1  2  3 

-1 

k 

x(3-k

0  1  2 

-1 

k 

 

 

]

1

,

1

[

1

,

1

,

1

n

h

n

x

 

   

  

1

0

1

0

1

1

1

1

0

)

2

(

)

2

3

(

)

1

(

)

1

3

(

0

0

3

3

3

0

h

x

h

x

h

x

k

h

k

x

y

k

k

 

]

1

2

2

1

[

)

(

*

)

(

n

h

n

x

n

y

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

28 

Convolution 

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



     

  



d

t

h

x

t

h

t

x

t

y

Continuous: 

Discrete: 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

29 

Equation: 

is called the convolution of 

x(n

with

 h(n)

, ie.

 

Input series with 

impulse response of the system.  

 

 

 

  

    

n

h

n

x

k

n

h

k

x

n

y

k

k



 

  

  

k

n

x

k

h

k

n

h

k

x

n

y

k

k

k

k





Convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

30 

A response of a linear system to a periodic signal 

Let the input signal be

The output signal 

y(n)

 

  

 

     

H

n

x

k

h

e

e

k

h

e

k

h

k

n

x

n

y

k

k

k

j

n

j

k

k

k

n

j

k

k







 

n

j

e

n

x

 

H

n

j

e

 

n

j

e

H

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

31 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

32 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

33 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

34 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

35 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

36 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

37 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

38 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

39 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

40 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

41 

Signal 

Signal 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

42 

Signal 

Signal h 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Determination of convolution 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

43 

Signal 

Signal h 

The result of 

convolution 

-5

0

5

10

15

20

-4

-2

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

0

2

4

-5

0

5

10

15

20

-10

0

10

     

  

k

n

h

k

x

n

h

n

x

n

y

k

k



Pay attention to the length of the result. 

  

Compare the input signal x with its convolution with h.

 

Determination of convolution 

1

N

M

L

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

44 

Determine  y(t)= x(t)

 h(t), for: 

 

t=4, 

t=2, 

t=3/2 i 

t=1 

-1 

h(t) 

 

  

d

t

h

x

t

y

t 

t

 

2

t

 

-2

t

 

-

t

 

x(t

Convolution - example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

45 

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0

0.5

1

h

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

0.5

1

x

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

0.5

1

c

o

n

v

(x

,h

)

t=4 

Convolution example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

46 

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0

0.5

1

h

-6

-4

-2

0

2

4

6

0

0.5

1

x

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0

0.5

1

c

o

n

v

(x

,h

)

t=2 

Convolution example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

47 

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0

0.5

1

h

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0

0.5

1

x

-6

-4

-2

0

2

4

6

0

0.5

1

c

o

n

v

(x

,h

)

t=1.5 

Convolution example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

48 

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.5

1

h

-3

-2

-1

0

1

2

3

0

0.5

1

x

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0

0.5

1

c

o

n

v

(x

,h

)

t=1 

Convolution example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

49 

Joy of Convolution 

 

A free tutorial on convolution can be found in the internet at: 

 

http://www.jhu.edu/~signals/convolve/index.html

 

 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

50 

A liner system is defined by  

a difference equation: 

 

 

1

2

1

2

1

n

x

n

x

n

y

Impluls response of this system is: 

 

 

1

2

1

2

1

n

n

n

h

h(.) 

(n

h(n

1/2 

1/2 

x(n

y(n

1/2 

Convolution example 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

51 

Signal    

Impulse response 

--------------------------------- 
x(0)=1   

 h(0)=1 

x(1)=0   

 h(1)=1 

x(2)=0   

 h(2)=1 

 

  

k

n

x

k

h

n

y

k

k



y(0) = x(0)h(0) + x(1)h(-1) + x(2)h(-2) = 1+0+0 = 1 
y(1) = x(0)h(1) + x(1)h(0)  + x(2)h(-1) = 1+0+0 = 1 
y(2) = x(0)h(2) + x(1)h(1)  + x(2)h( 0) = 1+0+0 = 1 
y(3) = x(0)h(3) + x(1)h(2)  + x(2)h( 1) = 0+0+0 = 0  
y(4) =……………. 

 

  

k

n

h

k

x

n

y

k

k



||| 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

52 

Signal    

Impulse response 

--------------------------------- 
x(0)=1   

 h(0)=1 

x(1)=1   

 h(1)=1 

x(2)=1   

 h(2)=1 

 

  

k

n

x

k

h

n

y

k

k



y(0) = x(0)h(0) + x(1)h(-1) + x(2)h(-2) = 1+0+0 = 1 
y(1) = x(0)h(1) + x(1)h(0)  + x(2)h(-1) = 1+1+0 = 2 
y(2) = x(0)h(2) + x(1)h(1)  + x(2)h( 0) = 1+1+1 = 3 
y(3) = …………….. 
y(4) =……………. 

 

  

k

n

h

k

x

n

y

k

k



||| 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

53 

The system’s impulse response can be infinite, eg: 

 

  

n

x

n

y

a

n

y

1

1

Response of the linear system  
to the discrete signal 

x(n

y(n

a1 

y(n-1) 

a

1

y(n-1) 

Feedback 

loop 

For what values of a

1

 the response of the system is bounded?  

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

54 

Quiz questions 

1.

Any discrete time signal can be defined by? 

a) a linear combination of weighted unit pulse functions 

b) a linear combination of delayed unit pulse functions 

c) a linear combination of unit pulse functions 

d) a linear combination of delayed and weighted pulse functions 

 

2.

The impulse response is sufficient to completely characterize? 

a) a linear memoryless system 

b) a linear system 

c) a time invariant system 

d) a linear time invariant system 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

55 

 

Example: 

 

 

Convolve ECG signal with an impulse response: 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

n

x

n

y

k

k

23

0

24

1

 

24

24

1

....

24

1

24

1

24

1

24

1





n

h

Convolution as filtering 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

56 

 
# Python (interactive mode) 
from scipy.io import loadmat,savemat 
ecg=loadmat('ecg_all.mat')['ecg_s']  #load ecg signal and assign to variable ecg 
ecg=reshape(ecg,len(ecg))    #reshaping required for .mat files   
plot(ecg) 
h=1/24.*ones(24)     

   

  #define impulse response h 

y=convolve(h,ecg)  

   

  #result of filtering 

plot(y) 

        

  

  

k

n

x

k

h

n

x

h

n

x

h

n

x

h

n

y

k

k

23

0

23

23

1

1

0

Convolution as filtering 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

57 

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0

5

10

15

20

25

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

ECG signal 

Filter’s impulse response 

Convolution as filtering 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

58 

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

750

800

850

900

950

1000

1050

-0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

x

conv(x,h)

ECG signal  
and its convolution  
with h. 

Convolution as filtering 

Smoothing filter 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

59 

Convolution  digital filters 

z

-1 

z

-1 

z

-1 

z

-1 

z

-1 

z

-1 

b

x(k-1) 

x(k) 

x(k-M) 

x(k-2) 

y(k-2) 

y(k-1) 

y(k-N) 

b

a

b

b

a

a

y(k) 

Moving average 

parameters 

Autoregression 

parameters 

background image

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską  

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 

Signal  Processing 

60 

1.

Types of systems 

2.

Various systems’ properties 

3.

LTI systems 

4.

Continous vs discrete signals 

5.

Convolution 

-

definition 

-

calculation 

-

examples - filtering 

Systems and convolution - summary 

background image

 

Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, tel. (042) 631 28 83 

www.kapitalludzki.p.lodz.pl

 

 

Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany 

rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, 

nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności  

do zatrudniania osób niepełnosprawnych” 

 

Prezentacja multimedialna współfinansowana przez  

Unię Europejską w ramach  

Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt.  

„SIGNAL PROCESSING”