Podręcznik

1. Wstęp

Przetwarzanie sygnałów stanowi jeden z kluczowych obszarów inżynierii biomedycznej, znajdując zastosowanie m.in. w analizie sygnałów fizjologicznych, takich jak EKG, EEG, EMG czy sygnały akustyczne i obrazowe. Zrozumienie podstawowych pojęć związanych z sygnałami oraz metod ich analizy jest niezbędne do prawidłowej interpretacji danych pomiarowych oraz projektowania nowoczesnych systemów diagnostycznych.

Celem niniejszego skryptu jest zapoznanie czytelnika z zagadnieniami związanymi z analizą i cyfrowym przetwarzaniem sygnałów, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowań biomedycznych. Materiał został podzielony na kilka tematycznych rozdziałów, które prowadzą od podstawowych definicji do bardziej zaawansowanych metod analizy sygnałów deterministycznych i losowych.

W rozdziale drugim omówione zostały podstawowe pojęcia związane z sygnałami oraz ich parametrami. Rozdział trzeci poświęcony jest cyfrowemu przetwarzaniu sygnałów, w tym operacjom dyskretyzacji, próbkowania oraz podstawowym algorytmom stosowanym w analizie sygnałów w postaci cyfrowej. W rozdziale czwartym przedstawiono analizę częstotliwościową sygnałów deterministycznych, obejmującą m.in. transformatę Fouriera oraz jej zastosowania w analizie widmowej. Rozdział piąty koncentruje się na analizie częstotliwościowej sygnałów losowych. Na końcu każdego rozdziału zamieszczono test sprawdzający, wraz z odpowiedziami, umożliwiający samodzielną ocenę stopnia opanowania omawianego materiału.

W każdym rozdziale zaprezentowane zostały przykłady implementacji omawianych pojęć w języku Python. Pozwala to czytelnikowi nie tylko przyswoić podstawy teoretyczne, lecz także zastosować je w praktycznej analizie i przetwarzaniu sygnałów. Należy zaznaczyć, że ze względu na ograniczenia platformy eSezam oraz brak możliwości wykorzystania dodatkowych wtyczek, zastosowane podświetlanie składni ma charakter uproszczony i może nie w pełni odpowiadać standardowemu wyglądowi kodu Pythona w środowiskach programistycznych (np. PyCharm, VS Code czy Jupyter Notebook).

Dodatkowo, w celu poszerzenia wiedzy, zamieszczono poniżej wybraną literaturę polsko- i anglojęzyczną dotyczącą cyfrowego przetwarzania sygnałów, sygnałów losowych oraz ich zastosowań w analizie sygnałów biomedycznych:

• Rangaraj M. Rangayyan, Sridhar Krishnan, Biomedical Signal Analysis, John Wiley & Sons / Wiley‑IEEE Press, wyd. 3, 2024.
• Richard G. Lyons, Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności (WKŁ), 2006.
• Zbigniew Gajo, Podstawy cyfrowego przetwarzania sygnałów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2019.
• Andrzej Zieliński, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności (WKŁ), 2014.
• Steven W. Smith, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Praktyczny poradnik dla inżynierów i naukowców, BTC, Warszawa, 2007.
• Richard G. Lyons, Understanding Digital Signal Processing, Pearson, 3rd ed., 2010.