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윤아 육
5 years ago
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1 생체신호및시스템 관동대학교의료공학과이기영 hp://cms.kd.ac.kr/user/bme/ 생체신호및시스템 교육목표 - 반도체기술의발달과함께디지털신호처리분야가급격히발달되었다. - 최근의료기기가발전하면서자동진단부분으로각광을받고있다. - 따라서디지털신호처리및시스템의구축능력의함양을목표로한다. 수업방법주교재참고도서성적평가 - 신호를연속신호와이산신호로나누고디지털신호의특성을구분 - 신호특성을바탕으로콘볼루션, 상관함수, 푸리에변환 - 주파수와시간축응답등의신호처리기술을중심 - 엑셀또는 C 언어로수행능력습득한다. - 신호및시스템, 강철호외공저, 생능출판사 -Medical Isrumeaio (App. & Desig), -J. G. Webser, Hougho Miffli 출석율 %+ 과제물 %+ 중간고사 3%+ 기말고사 3%

2 학습내용 생체신호의소개 USB 메모리스틱준비하기. 신호와시스템이란?. 신호와시스템블록도그리기 ( 컨벌루션포함 ) 3. 연속신호및시스템과주파수해석 4. 연속신호시스템의 Laplace 변환 5. 이산신호및시스템과주파수해석 6. 디지털시스템의 Z- 변환 7. 기타디지털신호처리 엑셀및 C 언어이용 : 신호시스템및그리기 3 << 생체신호및시스템수업계획서 >> 주 주 3주 4주 5주 6주 7주 8주 9주 주 주 주 3주 4주 5주 신호및시스템의개념신호처리 ( 주파수표현, 컨벌루션, 변조, 필터링 ) 연속신호시스템분류주파수해석의원리신호의통합적주파수해석연속신호의주파수해석라플라스변환 I 중간고사라플라스변환 II 이산신호및시스템미분방정식과차분방정식의시스템이산및디지털신호의주파수해석 Z변환과디지털시스템기타디지털신호처리기말고사 4

3 생체신호의소개. 생체신호 : 인체생체현상을다양한센서의침습적 (ivasive) 혹은비침습적 (o- ivasive) 인방법으로계측한신호. 특징 : 생체신호의크기가매우작다. 생체조직은유기적결합되어매우복잡하다. 3 외부의환경에민감한영향을받는다. 3. 따라서생체신호고유의독특한특징으로인해다양한신호처리방법들이사용되어짐. 5 생체신호종류. 생체전기신호 (Bio-elecric sigals) 생체전기신호 측정전극 유도법 주파수범위 활용분야 심전도 (ECG, Elecrocardiogram) 표면전극 / 흡착전극 표준 유도.5~Hz 부정맥, 심기능검사 뇌전도 (EEG, Elecroecephalogram) 표면전극 / 컵전극 - sysem.~5hz 수면다원검사, 뇌유발전위검사 안구전도 (EOG, Elecrooculogram) 표면전극 단극 / 양극 DC~Hz 수면다원검사인지도검사 근전도 (EMG, Elecromyogram) 표면전극 / 바늘전극 단극 / 양극 Hz~k Hz 근력측정재활치료 6 3

4 . 생체임피던스신호 생체신호종류 미약한전류를인체피부또는조직에주입하여, 조직임피던스와전류에의해만들어진전압강하를측정하는신호이다. 인체의구성, 내분비계및신경계활동등에대한중요한정보를제공한다. 3 임피던스법심박출량계, 체지방측정기등이있다 7 생체신호종류 3. 생체음향신호 : 청진기, 심음계 4. 생체자기신호 뇌또는심장의내부에서일어나는활동전류의미세한변화를정밀하게측정할수있는장점이있다 대표적인장치로는심자도와뇌자도등이있다. 5. 생체역학신호 : rasducer 이용 6. 생화학신호 : 샘플의화학측정, 병원내의임상병리과및마취과장비 8 4

he hear over ime produced by a elecrocardiograph, usually i a oivasive recordig via ski

Is ame is made of differe pars: elecro, because i is relaed o elecrical aciviy, cardio,

org/ 에서 EMG 찾기 Elecromyography (EMG) is a echique for evaluaig ad recordig he acivaio

5 ECG 심전도 hp://e.wikipedia.org/ 에서 ECG 찾기 A elecrocardiogram (ECG or EKG) is a recordig of he elecrical aciviy of he hear over ime produced by a elecrocardiograph, usually i a oivasive recordig via ski elecrodes. Is ame is made of differe pars: elecro, because i is relaed o elecrical aciviy, cardio, Greek for hear, gram, a Greek roo meaig "o wrie". 9 EMG 근전도 hp://e.wikipedia.org/ 에서 EMG 찾기 Elecromyography (EMG) is a echique for evaluaig ad recordig he acivaio sigal of muscles. EMG is performed usig a isrume called a elecromyograph, o produce a record called a elecromyogram. A elecromyograph deecs he elecrical poeial geeraed by muscle cells whe hese cells corac, ad also whe he cells are a res. 연산증폭기의차동동작 5

lesios diffuse lesios meabolic ecephalopahy hydrocephalus deep midlie lesios.

6 EMG 근전도 EEG 뇌전도 hp://e.wikipedia.org/ 에서 EEG 찾기 ype Frequecy (Hz) Locaio Normally Pahologically Dela up o 3 froally i aduls, poseriorly i childre; high ampliude waves aduls slow wave sleep i babies subcorical lesios diffuse lesios meabolic ecephalopahy hydrocephalus deep midlie lesios. hea 4 7 youg childre drowsiess or arousal i older childre ad aduls idlig focal subcorical lesios meabolic ecephalopahy deep midlie disorders some isaces of hydrocephalus Alpha 8 Ceral sies (c3-c4) a res. relaxed/reflecig closig he eyes coma Bea 3 boh sides, symmerical disribuio, mos evide froally; low ampliude waves aler/workig acive, busy or axious hikig, acive coceraio bezodiazepies Gamma 34 - cerai cogiive or moor fucios 6

hp://e.wikipedia.org/ 에서 EEG 찾기 ype Dela Frequecy (Hz) up o 3 Wave Paers hea 4 7 Alpha 8 Bea 3 Gamma 34-3 EOG 안구전도 hp://www.

7 hp://e.wikipedia.org/ 에서 EEG 찾기 ype Dela Frequecy (Hz) up o 3 Wave Paers hea 4 7 Alpha 8 Bea 3 Gamma 34-3 EOG 안구전도 hp:// EOG : he ElecroOculoGram sigals or simply EOG represe he eye balls movemes. 4 7

8 제 장 신호및시스템의표현 5. 신호및시스템의개념 신호 (sigal)? () 엑셀로신호만들기 ( 생성 ) () si(w) 신호그리기 (3) w 값바꾸어신호그리기 (4) 주기조사 시스템 (sysem)? () 엑셀로자동차시스템만들기 ( 생성 ) () si(w) 엔진출력생성 (3) 제한속도생성 (4) 그리기 레포트 : 기타시스템생성하여입력과출력그리기 6 8

9 . 신호및시스템의개념 x () 연속시스템 y() (a) 연속시스템은연속입력 x() 를처리한후또다른연속신호y() 를출력한다. x [] 이산시스템 y[] (b) x() 이산시스템은이산입력 를 처리한후또다른이산신호 y() 를출력한다. 그림. 연속시스템과이산시스템 7. 신호의분류 (a) 의정현파함수는연속주기신호이며 (b), (c), (d) 는연속비주기신호이다. x( ) = A cos( Ω + φ) A Acosφ = π Ω (a) 정현파함수 u() x() c (b) 지수함수 sic () (c) 계단함수 (d) sic 함수그림.6 연속신호의예 8 9

10 . 신호의분류 안녕하세요 (sec) 그림.7 음성파형의예 () PC 녹음기로파형파일만들기 () AD 변환 :5Hz, 6-bi () Aalysis 수행파일이용하기 레포트 () 자기목소리의 안녕하세요? () 5 모음음성만들어그리기 (3) Aalysis 수행하기 9. 신호의분류 x[ ] = cos[π /] x[] (a) 이산정현파함수 u[] (b) 이산지수함수 h[] (c) 이산계단함수 (d) 이산 sic 함수 그림.8 이산신호의예

11 . 신호의분류 국민총생산량 ( 조 ) 실업율 (%) (a) 연도 (b) 월별 인구의변화 ( 백만명 ) 자동차생산량 ( 백만단위 ) (c) 연도 (d) 그림.9 이산신호에대한구체적인보기 월별. 신호의분류 3-3 그림. 불규칙신호의예 ( 백색잡음 ) 레포트 : 불규칙신호만들기 () 엑셀에서생성 () 그리기 (3) 사인파에더하여그리기 (4) SNR 비구하기

12 . 신호의분류 (a) 의이산신호를양자화하면최종적으로 (b) 와같은디지털신호를얻는다. x[] x[] (a) 이산신호 (b) 디지털신호 그림. 이산신호 (a), 디지털신호 (b) 의비교 3. 신호의분류 (a) (b) 진데이터에대한부호화파형 RZ(Reur-o Zero) 방식 : 진데이터를부호화하는방법의하나로모든심볼 `` 은무조건 high 상태에서 low 상태인 zero 점으로돌아온후다시다음심볼을기다린다. + V V (c) 심볼 `` 은 +V 이고심볼 `` 은 V 로함으로써구체적인 PCM 파형을얻는다. 그림. 디지털신호의구체적인보기 (PCM 파형 ) 4

13 . 신호의분류 ( 오차 ) 5. 신호의분류 ( 양자화오차 ) 6 3

14 .3 신호의주파수표현 x p () A A (a) X k 주기신호의하나인구형파 (square wave) 펄스열에대하여다음식 πk X k = x p ( )exp( j ) d 을 이용하여구한푸리에급수를나타냄. -- k (b) 그림.3 구형파펄스열에대한푸리에급수 7.3 신호의주파수표현 x ( ) A A (a) X ( f ) 비주기단일구형파에대하여다음식 X ( f ) j πf = F{ x( )} = x( ) e d 이용하여구한푸리에변환을나타냄 을 (b) f 그림.4 단일구형파에대한푸리에변환 8 4

15 X A e = πf.3 신호의주파수표현 x ( ) A f e j X ( f ) j πf jπf jπf ( f ) = F{ x( )} = Ae d = { e e jπf jπ jπf A j πf = F{ x( )} = x( ) e d A si( πf ) = si( πf ) = A = A si c( πf ) πf πf } A X ( f ) 연습문제 -9 번 f 9.3 신호의주파수표현 x[] -3 3 DF X (ω) 이산비주기신호에대하여다음식 jω X ( ω ) = x[ ] e 을 = 이용하여얻은 DF 파형임 ω 그림.5 이산비주기신호에대한 DF 파형 3 5

16 .3 신호의주파수표현 x p [] DFS X (k) 6 k 그림.5의비주기신호를한주기로하여반복시킨이산주기신호 x p [] 에대해서다음식 N πk j N X ( k) = x p[ ] e 을 N = 적용하여주파수해석한 DFS 파형을나타냄. 그림.6 이산주기신호에대한 DFS 파형 3.4 신호의처리 h() x( ) h( ) - x() y() 5 3 그림.7 x() 와 h() 의컨볼루션적분 3 6

17 v()..4 신호의처리 v ( ) v ( ) v(). v ( ) v ( ) -. + 개의신호 v ( ) 와 v ( ) 의상관관계를기하학적으로구하는과정 (a) 에서 v ( ) 선택 R () (b) 에서 v ( ) 선택 3 4 상호상관함수 R ( ) 를구한결과 (c) 함수로서의 ( ) R ( ) 그림.8 v 와 v ( ) 의상관관계 33.4 신호의처리 원천부호화 ( 데이터압촉 ) 기밀부호화 ( 암호법 ) 채널부호화 ( 오차정정 ) 쓰레기통 포장비용감소 도난방지 파손방지 그림.9 부호화의 3 가지형태 34 7

18 .4 신호의처리 m ( ) M (Ω ) (a) W m ( ) cos Ω F { m ( ) cos Ω c } c + cos x cos x = cos x si x = Ω c (b) W Ω c 아날로그변조의하나인진폭변조 (AM : ampliude modulaio) Ω 를시간영역 (a),(c) 와주파수영역 (b),(d) 로나누어표현하고있다. 여기서전송신호 m() 는반송파 cos Ω c 의진폭변화를통해변조되고있으며 (b) 와 (d) 는각각에대한주파수스펙트럼이다. Ω (c) (d) 그림. 진폭변조과정의예 35 H ( f ).4 신호의처리 H ( f ) / / f c f c f f c fc f (a) 저역통과필터 (b) 고역통과필터 H ( f ) H ( f ) f / f f f f f f / f f f (c) 대역통과필터 (d) 대역차단필터 그림. 여러형태의필터특성 36 8

19 Low Pass Filer 37 High Pass Filer 38 9

20 Bad Pass Filer 39 Bad Sop Filer 4

21 .5 시스템의분류 x [ ] y [ ] 시스템 S x [ ] y [ ] 시스템 S a a w[] x [ ] x [ ] 식 a a 시스템이선형적이면 시스템 S y[] w [ ] = y [ ] 이성립한다. S { ax[ ] + ax[ ]} = as{ x[ ]} + as{ x[ ]} 리를그림으로나타낸것이다. 로표시된중첩의원 그림. 선형시스템의선형성 4.5 시스템의분류 시스템이시불변이면 x [] x[ ] w[] 만큼지연시스템 S w[] = y[ ] 이성립한다. 시스템 S y [] y[ ] 만큼지연 그림.3 시불변시스템의시불변성 4

22 .5 x[ 시스템의 ] 분류 A (a) 이산계단함수 x[ ] 6 A... 9 A 4 A <에서모든값이 이다. (b) 인과시스템 x[ + ] 6 A... 9 A 4 A 4 A... A A (c) 비인과시스템 <에서어떤값이나타내고있다. 그림.4 인과시스템의인과성조건 43 x().5 시스템의분류 M... M y () y () (a) 제한된입력수열 (b) 제한된출력수열 ( 안정시스템 ) M (a) 의경우으로제한된입력 x[] 값이인가될때 (b) 와같이출력 y[] 이 M 값이하로나타나고있음. 따라서이경우는안정시스템이되지만 (c) 처럼출력 y[] 값이무제한으로발산하는경우에는비안정시스템이된다. (c) 무제한출력수열 ( 비안정시스템 ) 그림.5 안정시스템의안정성조건 44

23 .5 시스템의분류 b x[] y[] 한개샘플지연 한개샘플지연 b a 식 y[ ] = b x[ ] + b x[ ] ay[ ] 재귀시스템의구성도임. 그림.6 재귀시스템의구성도 를회로적으로구현한 45.5 시스템의분류 제어및표시부호화 동기패턴발생기 A/D 패리티부호화 다중화기 변조기 다중화기 오디오비트스트림 데이터비트스트림 채널비트스트림 그림.7 디지털컴팩트디스크시스템 - 부호화시스템 46 3

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PowerPoint Presentation Signal Procssing & Sysms 신호및시스템 연속비주기신호의주파수 해석 Pro. Ja Young Choi 최재영교수 Signal Procssing & Sysms 014 Fall Pro. Ja Young Choi HW Fourir Sris Malab Implmnaion HW 논문 Click his box HW Fourir Sris Malab Implmnaion