Курс лекций «основы цифровой обработки сигналов»

Всероссийская акция «Должен знать!»

С 10 по 16 мая 2021 года в нашей школе проводится Всероссийская информационная акция «Должен знать!». Акция посвящена Всемирному дню памяти умерших от СПИДа (третье воскресенье мая).В рамках акции было проведено анкетирование в 7-11 классах на тему информирования о ВИЧ и СПИДе. В 5-6 классах были проведены классные часы и организованы просмотры обучающих фильмовАкция «Должен знать!» проводится с целью профилактики распространения ВИЧ-инфекции и ассоциированных с ней заболеваний в молодежной среде и призвана решить задачи информирования населения об актуальности стоящей перед обществом проблемы.

 13 мая состоялся заключительный этап конкурса по английскому языку 2020-2021 уч. года “Bookworms”. Конкурс проводился в формате on-line. 

Нашу школу представляла команда из учащихся 7а класса: Юмашевой Екатерины, Петропавловской Анастасии и Калининой Алисии. Руководитель команды — учитель английского языка Смирнова О.В. Девушки завоевали диплом III степени за победу в конкурсе и будут награждены ценными призами. 

Цифровая образовательная среда

Информационно-образовательная среда обеспечивает освоение обучающимися образовательных программ в полном объеме независимо от места нахождения обучающихся. В ч. 3 ст. 16 Федерального закона от 29.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» представлено следующее описание компонентов ИОС: 

• электронные информационные ресурсы, 
• электронные образовательные ресурсы, 
• совокупность информационных технологий,
• телекоммуникационных технологий,
• соответствующих технологических средств.

Статья 26 федерального государственного образовательного стандарта (далее — ФГОС) среднего общего образования, утв. приказом Минобрнауки России от 17.05.2012 № 413, определяет состав ИОС следующим образом:

• комплекс информационных образовательных ресурсов, в т. ч. цифровых образовательных ресурсов;
• совокупность технологических средств информационно-коммуникационных технологий (далее — ИКТ).

Технологические средства — это компьютеры, информационное оборудование, коммуникационные каналы, система педагогических технологий, обеспечивающих обучение в ИОС. В тексте ФГОС среднего общего образования (ст. 26 и 27) приведены не требования к ИОС, а общая концепция. Это дает определенную свободу в формировании ИОС, но может привести к расхождениям в уровне информационной поддержки образовательного процесса в различных образовательных организациях (далее — ОО).

Функции ЦОС

Можно выделить следующие функции, реализуемые ЦОС:

• дидактические — хранение и агрегация учебного содержания (контента);
• организационно-управленческие — администрирование деятельности ОО в целом;
• вспомогательные – не второстепенные функции, а «иное» (то, что не вошло в первые две группы).

Дидактические функции реализуются, как правило, следующими системами:

• система управления обучением (Learning Management System, LMS);
• система управления содержанием обучения (Learning Content Management System, LCMS).

Помимо функций работы с контентом, к дидактическим функциям можно отнести еще системы поддержки обучения, системы помощи в процессе познания, системы, повышающие мотивацию к обучению за счет применения интерактивного подхода или иных современных технологий.

Организационно-управленческие функции включают в себя задачи управления образовательным процессом и администрирования ОО как юридического лица. Это функции ресурсного, кадрового, система мониторинга эффективности, документооборот, работа с контингентом и проч. 

К вспомогательным функциям следует отнести, например, дистанционное взаимодействие участников образовательного процесса, хранилище данных, серверы авторизации и контроля доступа к ресурсам.

Направления развития ЦОС для эффективного функционирования

Выделяют следующие направления развития:

• разработка нового содержания (контента);
• разработка (адаптация) новых методик преподавания предметов;
• развитие инфраструктуры;
• организационные меры (кадры, управленческие решения, показатели эффективности и прочее).

Модель ЦОС

Внешние структуры ЦОС

Порталы электронного правительства и государственного управления

Региональные и муниципальные электронные системы

1. РИС ООДООО
2. АИС ГМУСО

Взаимодействие с финансовыми учреждениями

1. АО «Система Город». Школьное питание
2. Банк «Авангард». Программа «Школьная карта» и оплата платных образовательных услуг

Системы электронного документооборота

1. СБИС

Внутренние структуры ЦОС

1. Система обращений граждан на базе официального сайта школы
2. Система онлайн записи на прием к директору
3. Microsoft 365 на базе АИС «Дневник.ру»
4. Официальная группа в Instagram
5. Многоуровневая локальная сеть с разграничением доступа
6. Беседы Viber
7. Команда совместной работы в Microsoft Teams
8. Виртуальный Методический кабинет школы (включая автоматизированную систему анализа посещения уроков, портал мониторинга)
9. Репозиторий электронных учебников и учебных пособий

Функциональные схемы

Для достижения максимально возможной частоты обработки при реализации комплексного умножения на ПЛИС фирмы Xilinx следует использовать аппаратный блок DSP48, который содержит в себе умножитель, сумматор, предварительный сумматор, а так же наборы триггеров для входных/выходных данных и промежуточных результатов вычислений. В качестве примера будут рассмотрены схемы на основе DSP48E1.

Один из таких вариантов реализации «Схемы 1» представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – реализация «Схемы 1» на блоках DSP48

Как видно из рисунка, данный вариант комплексного умножителя полностью укладывается в ресурсы аппаратных блоков DSP48E1 без использования дополнительной логики. Блоки 0 и 1 используются для расчета действительной части, 2 и 3 – мнимой части выходного числа.

Ввиду того, что умножитель DSP48E1 имеет разрядность 25×18, это накладывает ограничения на максимальную разрядность входных данных. В данном случае для входа A выбрана разрядность 25 бит, для входа B– 18 бит. Выход в таком случае будет иметь разрядность 44 бита.

Латентность данной схемы равняется четырем тактам.

«Схему 2» можно реализовать аналогичным образом, если использовать предварительный сумматор, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 — реализация «Схемы 2» на блоках DSP48

Как видно из рисунка, данный вариант также полностью укладывается в ресурсы DSP48E1 и при этом используется на один аппаратный блок меньше. Блоки 0 и 1 используются для расчета действительной части, 1 и 2 – мнимой части выходного числа.

В данной схеме дополнительные ограничения на разрядность входных данных вносит тот факт, что данные поступают на предварительный сумматор и умножитель в различных комбинациях, поэтому максимальная разрядность входов A и B равна 17 битам. Выход в таком случае будет иметь разрядность 35 бит.

Латентность данной схемы также равняется четырем тактам.

Дискретная свёртка

В данном видео рассказывается об одной из ключевых операций в цифровой обработке сигналов – дискретной свёртке, а также демонстрируется принцип поиска сигнала на фоне шума при помощи согласованного фильтра. 

21. Линейные стационарные системы

В данном видео мы знакомимся с линейными стационарными дискретными системами, а также со способами их описания – разностными уравнениями, импульсной характеристикой, передаточной функцией, нуль-полюсной диаграммой. 

22. АЧХ и ФЧХ

В данном видео рассказывается об амплитудно-частотной характеристике и фазо-частотной характеристике линейной стационарной системы, или фильтра. В видео визуально поясняется зависимость АЧХ системы от её передаточной функции, а также демонстрируется полный анализ фильтра в MATLAB определением большинства характеристик.

23. Цифровые фильтры

В этом видео мы знакомимся с основными параметрами цифровых фильтров, особый упор делая на классификацию по форме их частотной характеристики. Также мы знакомимся с процессом проектирования цифровых фильтров, начиная от формирования спецификации и подсчёта коэффициентов в MATLAB, заканчивая вопросами реализации на целевой платформе.

24. КИХ и БИХ фильтры

Данное видео рассматривает особенности КИХ и БИХ-фильтров, их преимущества и недостатки, методы синтеза, а также примеры разработки в интерактивном приложении Filter Designer App.

25. Многоскоростные системы

В данном видео мы начинаем знакомство с многоскоростными системами, и рассматриваем такие операции, как понижение и повышение частоты дискретизации сигнала в целое число раз. 

26. Многоскоростные фильтры

В этом видео мы продолжаем знакомство с многоскоростными системами, рассматриваем значимость фильтрации в задачах понижения и повышения частоты дискретизации, наблюдаем пример изменения частоты в не целое число раз и знакомимся с полифазными структурами многоскоростных фильтров. 

27. Адаптивные фильтры

Данное видео знакомит вас с адаптивными фильтрами, то есть фильтрами, коэффициенты которых могут изменять во времени в зависимости от задачи и входного воздействия. Помимо основных параметров, структур и типов подобных систем в видео так же рассматриваются задачи адаптивной фильтрации, и на примере разбирается одна из них – идентификация неизвестной системы. 

28. Активное шумоподавление

В этом видео мы рассматриваем одну из задач адаптивной фильтрации – активное шумоподавление. В рамках видео рассматривается принцип формирования «анти-шума» при помощи адаптивного фильтра, а также разбирается практический пример выделения музыки на фоне шума толпы.

29. Создание приложения в MATLAB

Данное практическое видео демонстрирует процесс разработки графического интерфейса пользователя в MATLAB. При помощи App Designer мы создадим приложение цифровой обработки аудио-сигнала. 

30. Обработка на Raspberry Pi

В заключительном видео плейлиста мы рассмотрим процессы разработки моделей в среде Simulink, а также реализации алгоритмов ЦОС на Raspberry Pi. 

Z-преобразование

Основная статья: Z-преобразование сигналов

Для анализа дискретных сигналов и систем широко используется z-преобразование, которое является обобщением дискретного преобразования Фурье. Этим преобразованием произвольной непрерывной функции s(t){\displaystyle s(t)\,\!}, равномерно дискретизированной и отображенной отсчетами sk=s(kt){\displaystyle s_k = s(k t) \,\! }, ставится в соответствие степенной полином по переменной z{\displaystyle z \,\! } или по переменной z−1=1z{\displaystyle z^{-1} = \frac{1}{z} \,\! }, последовательными коэффициентами которого являются отсчеты функции:

sk=s(kδt)⟺TZs(kδt)=∑−∞∞sk⋅zk=S(z),{\displaystyle s_k = s(k \delta t) \iff TZ = \sum_{- \infty}^{\infty} s_k \cdot z^k = S(z), \,\! }

где z=σ+jv=r⋅e−j{\displaystyle z = \sigma + jv = r \cdot e^{-j} \,\! } – произвольная комплексная переменная.

Это преобразование позволяет использовать всю мощь дифференциального и интегрального исчисления, алгебры и прочих глубоко развитых разделов аналитической математики.

Системы обычно описываются линейными разностными уравнениями с постоянными коэффициентами:

y(k)=∑b(n)x(k−n)−∑a(m)y(k−m),n=,1,…,N,m=1,2,…,M{\displaystyle y(k) = \sum b(n)x(k-n) — \sum a(m)y(k-m), \quad n = 0, 1, \dots , N, \quad m = 1, 2, \dots , M \,\! }

Этим уравнением устанавливается, что выходной сигнал y(k){\displaystyle y(k) \,\! } системы в определенный момент ki{\displaystyle k_i \,\! } (например, в момент времени kiΔt{\displaystyle k_i \Delta t \,\!}) зависит от значений входного сигнала x(k){\displaystyle x(k) \,\! } в данный момент (ki){\displaystyle (k_i) \,\! } и предыдущие моменты (ki−n){\displaystyle (k_i-n) \,\! } и значений сигнала y(k){\displaystyle y(k) \,\! } в предыдущие моменты (ki−m){\displaystyle (k_i-m) \,\! }.

Z-преобразование этого уравнения, выраженное относительно передаточной функции системы H(z)=Y(z)X(z){\displaystyle H(z) = \frac{Y(z)}{X(z)} \,\! }, представляет собой рациональную функцию от переменной z{\displaystyle z \,\! } в виде отношения двух полиномов. Корни полинома в числителе называются нулями, а в знаменателе – полюсами функции H(z){\displaystyle H(z)\,\! }.

• Если все полюса лежат вне единичной окружности |z|=1{\displaystyle |z| =1 \,\! } на комплексной z{\displaystyle z \,\! }-плоскости (по модулю больше единицы), то система является устойчивой (не пойдет “вразнос” ни при каких входных воздействиях).
• Нули обращают в ноль H(z){\displaystyle H(z) \,\! } и показывают, какие колебания вовсе не будут восприниматься системой (“антирезонанс”).
• Полюса обращают H(z){\displaystyle H(z) \,\! } в бесконечность (такой сигнал на входе системы вызывает резонанс и неограниченное возрастание сигнала на выходе).

Систему называют минимальнофазовой, если все полюсы и нули передаточной функции лежат вне единичной окружности.

Кроме того, применение z-преобразования с отрицательными степенями z−1{\displaystyle z^{-1} \,\! } меняет положение полюсов и нулей относительно единичной окружности |z|=1{\displaystyle |z| =1\,\! } (область вне окружности перемещается внутрь окружности, и наоборот).

Цели

Проект «Цифровая школа», в частности, направлен на формирование у школьников навыков в цифровом мире, обучение анализу данных, элементам программирования, на создание цифровых проектов для будущей профессии, в технике, цифровой медицине.

Внедрять цифровые технологии нужно практически со школьного периода, что, собственно, у нас уже и происходит. Все основные навыки использования этих технологий дети должны получить непосредственно в школе, чтобы в будущем они могли уметь оперировать самыми различными инструментами для обработки необходимых массивов информации, могли освободить силы для творчества и, конечно, повысить эффективность своего труда уже в ходе трудовой деятельности, — заявил премьер-министр Дмитрий Медведев на заседании президиума совета при президенте по стратегическому развитию и приоритетным проектам.

Россия запускает проект «Цифровая школа»

По его словам, каждая школа должна быть оснащена высокоскоростным интернетом, в них должны быть созданы условия для онлайн и дистанционного образования, включая учебные заведения в труднодоступных районах.

Ожидается, что проект «Цифровая школа» будет утверждён в начале 2018 года, возможно, уже в феврале. Он будет реализовываться совместно с регионами. При этом Дмитрий Медведев подчеркнул, что инициатива должна реализовываться не просто самими школьниками, а вместе с учителями.

Технологии меняются, и невозможно раз и навсегда получить знания в сфере цифровых технологий, которые можно было бы использовать всю жизнь, — подчеркнул премьер-министр России.

Председатель правительства поставил задачу определить — какие нужны кадры и какая нужна техника для реализации проекта «Цифровой школы». Он в связи с этим напомнил, что еще 10-12 лет в образовательных учреждениях не было интернета, а сейчас необходимо, чтобы «каждая школа была оснащена высокоскоростным интернетом, чтобы был доступ к единой образовательной платформе», а также должны быть созданы условия для дистанционного обучения и онлайн- образования. Последнее касается в том числе школ, расположенных в труднодоступных и малонаселенных районах, сказал премьер.

Цифровое портфолио

На портале «Современная цифровая образовательная среда в Российской Федерации» каждый пользователь имеет возможность создать собственное цифровое портфолио,
которым он может обмениваться с работодателями и образовательными организациями.
Цифровое портфолио интегрировано с различными платформами онлайн-обучения,
информационными системами университетов,
работодателей и обеспечивает возможность просмотра своих результатов по онлайн-курсам,
результатов олимпиад, выполненных проектов, фиксации полных данных об образовании,
формирования резюме с включением в него результатов обучения по онлайн-курсам, сертификатов,
личных достижений, информации об образовании.
Также каждый пользователь может указать и подтвердить информацию о своей трудовой деятельности и карьерных достижениях,
просмотреть полученные сертификаты и информацию о пройденных активностях,
а также получить рекомендации по развитию личности, возможностях карьерного роста и прохождению активностей.

Сопоставление задач

Если свести воедино изложенные пункты, получается следующая картина. Все российские школы будут снабжены выходом в Интернет, свой собственной сетью и соответствующим оборудованием. Правительство, руками наёмных программистов создаст некий всероссийский школьный портал. В столице уже существует подобный, называется МЭШ — Московская электронная школа. Дети будут сидеть по домам и учиться пользоваться этим порталом, а заодно и изучать школьную программу. И совсем не зря тут упомянуты родители, очень не зря.

Впрочем, в Москве этот эксперимент уже вовсю идёт — школьники 6-11 классов грызут гранит науки через Глобальную сеть. Длится это с 19 октября сего года. Родители подписывают петиции, собирают подписи, но пока безрезультатно. Что подтверждает и подписанный Правительством документ.

Никаких сомнений в том, что эксперимент будет признан успешным, нет. Рано или поздно, «под эгидой» коронавируса на дистанционку усадят всех школьников, собирай подписи или что-то ещё. Документ под номером 2040 не содержит даже намёка на отказ от задуманного.

Применения DSP

Существует множество вариантов цифровых сигнальных процессоров, которые могут выполнять разные вещи в зависимости от выполняемого приложения. Некоторые из этих вариантов: обработка аудиосигнала, сжатие аудио и видео, обработка и распознавание речи, цифровая обработка изображений, радиолокационные приложения. Разница между каждым из этих приложений заключается в том, как цифровой сигнальный процессор может обрабатывать каждый вход. Существует пять различных аспектов, которые варьируются для каждого DSP: тактовая частота, размер ОЗУ, ширина шины данных, размер ПЗУ и напряжение входа/выхода. Все эти компоненты действительно будут влиять на формат вычислений, скорость, организацию памяти и ширину данных процессора.

Одной из известных архитектурных схем является гарвардская архитектура. Эта конструкция позволяет процессору одновременно обращаться к двум банкам памяти с помощью двух независимых наборов шин. Данная архитектура может выполнять математические операции, одновременно получая дополнительные инструкции. Другая архитектура – архитектура памяти фон Неймана. Так как в ней есть только одна шина данных, инструкции не могут быть загружены во время выполнения команд. Это создает пробку, которая, в конечном счете, замедляет выполнение приложений DSP. Хотя эти процессоры похожи на процессор, используемый в обычном компьютере, эти цифровые сигнальные процессоры являются специализированными. Это часто означает, что для выполнения задач DSP процессоры требуют использовать арифметику с фиксированной точкой.

Другим аспектом является дискретизация, т.е. преобразование непрерывного сигнала в дискретный сигнал. Одним из основных ее приложений является преобразование звуковых сигналов. Дискретизация аудиосигналов использует цифровые сигналы и импульсно-кодовую модуляцию для воспроизведения звука. Необходимо, чтобы люди слышали звук от 20 Гц до 20 кГц. Частоты дискретизации выше, чем около 50-60 кГц, не могут предоставить человеческому уху больше информации. При помощи этой технологии дискретные отсчеты аудиосигналов могут быть воспроизведены, используя различные фильтры с программным обеспечением DSP, АЦП и ЦАП.

Цифровая обработка сигналов широко используется в повседневных операциях и имеет важное значение для преобразования аналоговых сигналов в цифровые для многих целей. Я надеюсь, что эта статья предоставила информацию, достаточную, чтобы получить общее представление о том, что такое DSP процессоры, как они работают, и что они используются во множестве областей

Если у вас есть какие-либо вопросы или мысли, пожалуйста, оставляйте комментарии ниже!

Я надеюсь, что эта статья предоставила информацию, достаточную, чтобы получить общее представление о том, что такое DSP процессоры, как они работают, и что они используются во множестве областей. Если у вас есть какие-либо вопросы или мысли, пожалуйста, оставляйте комментарии ниже!

Природа сигналов

По своей природе сигналы могут быть случайные или детерминированные. К детерминированным относят сигналы, значения которых в любой момент времени или в произвольной точке пространства (а равно и в зависимости от любых других аргументов) являются априорно известными или могут быть достаточно точно определены по известной или предполагаемой функции, даже если мы не знаем ее явного вида. Случайные сигналы в принципе не имеют определенного закона изменения своих значений во времени или в пространстве. Для каждого конкретного момента (отсчета) случайного сигнала можно знать только вероятность того, что он примет какое-либо значение в какой-либо определенной области возможных значений. Закон распределения далеко не всегда известен.

Одним из самых распространенных является нормальный закон (Гаусса), плотность распределения которого имеет вид симметричного колокола. Его распространенность обусловлена тем, что сумма случайных величин по мере увеличения их количества стремится к нормальному закону. Определенное распространение имеют и равномерный на заданном отрезке закон, и двойной экспоненциальный, похожий по форме на нормальный, но с более длинными “хвостами” (вероятность больших отклонений больше, чем для нормального), и другие, в том числе несимметричные законы.

Наиболее простые характеристики законов распределения – среднее значение случайных величин и дисперсия. Параметры динамики случайных сигналов (процессов) во времени характеризуются функциями или . Аналогичной мерой взаимосвязи двух случайных процессов и степени их сходства по динамике развития является кросскорреляция или кроссковариация (взаимная корреляция или ковариация). Максимальное значение взаимной корреляции достигается при совпадении двух сигналов. При задержке одного из сигналов по отношению к другому положение максимума корреляционной функции дает возможность оценить величину этой задержки.

DSP фильтры

Фильтр Чебышева – это цифровой фильтр, который может использоваться для разделения одной полосы частот от другой. Эти фильтры известны своим основным атрибутом, скоростью, и хотя они не являются лучшими в категории производительности, они более чем достаточны для большинства приложений. Конструкция фильтра Чебышева была спроектирована вокруг математической методики, известной как z-преобразование. В принципе, z-преобразование преобразует дискретный во времени сигнал, состоящий из последовательности действительных или комплексных чисел, в представление в частотной области. Отклик фильтра Чебышева обычно используется для достижения более быстрого спада, допуская волнистость на частотной характеристике. Эти фильтры называются фильтрами 1 рода, что означает, что пульсации на частотной характеристике допускаются только в полосе пропускания. Это обеспечивает наилучшее приближение к идеальному отклику любого фильтра для заданных порядка и пульсаций. Он был разработан, чтобы подавлять определенные частоты и позволить другим частотам проходить через фильтр. Фильтр Чебышева, как правило, является линейным по своей характеристике, а нелинейный фильтр может привести к появлению в выходном сигнале частотных составляющих, отсутствующих во входном сигнале.

Обработка сигналов

Рассмотрим типичный пример усиления аналогового электрического сигнала. Аналоговые электрические цепи состоят из транзисторов, резисторов, конденсаторов и так далее. На картинке ниже представлен усилительный каскад, он позволяет из сигнала малой амплитуды получить сигнал большей амплитуды, происходит изменение характеристик сигнала, то есть его обработка.

Цепи детектора фазы и частоты могут помочь нам оценить характеристики электрического сигнала, то есть получить информацию. Аналоговое цепи оперируют непрерывными сигналами, в то время как цифровые устройства обрабатывают дискретные отсчеты, нули и единицы.

Цифровые сигналы

Ниже на картинке пример прохождение цифрового сигнала через микросхему. По сути здесь также происходит изменение величины входного сигнала и микросхема представляет собой цифровой усилитель.

Но для чего нам вообще использовать цифровые сигналы и устройства?

Цифровые сигналы, впервые стали использоваться в системах связи, так как они были более устойчивы к шумам и помехам, и здесь можно провести аналогию с азбукой морзе. Вы наверное помните, как в фильмах, когда система связи перестает работать, герой вспоминает про азбуку морзе и начинают нажимать tangent, передавая точки и тире, такой простейший сигнал доходит в самых трудных условиях.

Нули и единицы цифрового сигнала, те же самые точки и тире. Ими можно закодировать любую информацию, также как мы кодируем буквы в азбуке морзе.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал несет информацию к примеру, в значение свои амплитуды, и нам важно знать точное значение для того чтобы получить сообщение без ошибок. У цифрового сигнала только два значения амплитуды большое или маленькое, единица или ноль

При передаче сигнала накладывается шум и в случае с аналоговым сигналом этот шум может сильно исказить значение амплитуды, в то время как в цифровом, мы по-прежнему сможем понять где ноль, а где единица, и декодировать сообщение без ошибок.

Развитие цифровой связи привело к развитию цифровой вычислительной техники, и в итоге, сейчас мы имеем программируемые цифровые вычислители, которые присутствуют практически в каждом устройстве. Но и аналоговая обработка никуда не делась, современные устройства также зачастую содержит себе аналоговые цепи наряду с цифровыми.

На картинке ниже обобщенная схема системы ЦОС. Она описывает общий случай обработки физического, то есть аналогового сигнала цифровым вычислителем. На входе и выходе системы обработки непрерывный аналоговый сигнал, который проходит через специальное устройство аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и после этого в виде последовательности нулей и единиц попадает на цифровой вычислитель. Выходная последовательность преобразуется обратно в аналоговую форму цифро-аналоговым преобразователем.

В принципе ЦОС может осуществляться над изначально цифровым сигналом и преобразование в аналоговую форму не требуется.

Финансирование и риски

Глава Минобрнауки Ольга Васильева признала, что «Цифровая школа» потребует много расходов на оснащение и переоснащение ряда учреждений, а также переподготовку преподавателей. К декабрю 2017 года лишь 30-40% педагогов могут работать с тем инструментарием, который существует в школе, оценивает она.

По ее словам, проект предполагает большие затраты на материально-техническое оснащение школ, количество которых в России к декабрю 2017 года составляет около 42 тыс.

Цифровая школа, безусловно, потребует прежде всего содержательных изменений, а именно, если мы говорим о цифровом образовании, то мы должны четко понимать, что оно войдёт во все предметы нашей сферы… Чтобы меня хорошо поняли – не идёт разговор о замене на цифровое образование целиком и полностью того традиционного, к которому мы привыкли. То есть это сочетание, бесспорно. И есть такой термин, он встречается иногда в образовании, «классические стены». Так вот, классические стены, конечно, у нас будут всегда, а цифровая школа – это как контент, новое содержание», — считает Васильева.

Она также добавила, что для реализации проекта, который станет одним из самых масштабных в образовательной сфере за последние несколько лет, будет собрано все самое лучше.

Синтез

Для синтеза будет использоваться Vivado версии 2020.2.

Vivado не позволяет синтезировать модули, порты которых имеют неограниченные поля, поэтому для синтеза мы напишем компонент – обертку:

Листинг 6 – Обертка комплексного умножителя

Синтезируем наш модуль по «схеме 1» с разрядностями 25 х 18.

В логе синтеза мы увидим следующее сообщение:

Как и ожидалось, все описанные в исходном коде триггеры были размещены в блоках DSP48. Видно, что для подачи результата умножения с одного аппаратного блока на сумматор другого используется порт PCIN.

Аналогично синтезируем наш модуль по «схеме 2» с разрядностями 17 х 17.

Лог для данного случая:

В данном случае, поскольку необходимо передать промежуточный результат с одного аппаратного блока на два других, используются порты PCIN и C, что снижает максимально возможную частоту обработки в сравнении со «схемой 1».

По итогу мы выяснили, что «схема 1» обладает преимуществами в разрядности входных данных и позволяет выжать максимум скорости из аппаратных блоков ПЛИС. Однако в проектах, где не требуется такая большая разрядность, «схема 2» позволяет экономить один DSP48 на каждую операцию комплексного умножения. Кроме того, максимальная рабочая частота чаще всего ограничена другими компонентами проекта, поэтому в этом плане разница между «схемами» несущественна.

Статья доступна для скачивания в PDF

См. также

• Преобразование одномерных случайных сигналов в КПС
• Z-преобразование сигналов
• Аппроксимация функций, моделирующих сигналы
• Регрессионный анализ сигналов
• Обработка двумерных цифровых сигналов
• Распознавание двумерных сигналов
• Анализ сигналов на основе вейвлет-преобразования
• Свойства вейвлет-преобразования
• Вейвлетный кратномасштабный анализ
• КИХ фильтры
• БИХ фильтры
• Цифровые фильтры в каналах передачи одномерных сигналов
• Фильтры, реализующие метод наименьших квадратов
• Фильтры, реализующие разностные и интегральные операторы
• Рекурсивные частотные цифровые фильтры
• Адаптивная фильтрация цифровых данных
• Оптимальная линейная цифровая фильтрация
• Медианная фильтрация
• Методические ошибки цифровой фильтрации
• Восстановление цифровых сигналов

17 декабря стартует правительственный эксперимент по созданию единой платформы в образовании

фото: АГН москва

Пилотный проект по внедрению цифровой образовательной среды (ЦОС) будет длиться до конца 2022 года. Какие возможности предоставит единая образовательная платформа педагогам, ученикам и их родителям, выяснила «Парламентская газета»

Где будет применяться цифровая образовательная среда?

Эксперимент проведут в 14 регионах. Правила отбора регионов-участников определит Минпросвещения. В постановлении говорится, что цифровая образовательная среда — совокупность условий для реализации образовательных программ начального общего, основного общего и среднего общего образования с применением электронного обучения, дистанционных образовательных технологий. Таким образом, ЦОС должна помочь школьникам в полном объёме освоить учебную программу независимо от того, где они живут — в крупном мегаполисе или небольшом посёлке.

Для этого в школы проведут высокоскоростной Интернет, оснастят их компьютерами и презентационным оборудованием. Онлайн-обучение будут строить на одной платформе, где будут использовать российское программное обеспечение. В одной системе будет аккумулированы уроки, учебные пособия, электронный журнал, чаты для общения родителей, документооборот, финансово-хозяйственное планирование и прочее. Проект также предполагает интеграцию государственных информационных систем, сервисов и ресурсов с платформой ЦОС.

Перейдёт ли обучение полностью в дистант?

Такие опасения родители выражают с первого дня обсуждения проекта создания цифровой образовательной среды. Однако в Минпросвещения заверили, что дистанционное обучение — это прежде всего инструмент для повышения качества образования. «Мы за традиционную систему образования и не допустим, чтобы дистанционное обучение заменило учителя, общение учеников между собой», — заявил глава ведомства Сергей Кравцов, цитирует его сайт министерства.

Как отмечают в Минпросвещения, одна из главных задач ЦОС — обеспечить учителей верифицированным электронным контентом, который помогал бы им сделать традиционные школьные уроки более качественными, глубокими и интересными. Опыт прошедших месяцев показал, что одним из минусов онлайн-обучения стало отсутствие единой образовательной площадки, где были бы загружены учебные пособия с тестами и заданиями. Из-за этого одни школы использовали порталы ведущих российских вузов, другие — разработки российских IT-компаний, третьи — сразу несколько платформ, соцсети и электронную почту. Справиться с таким объёмом могли далеко не все педагоги и ученики. Проект позволит соединить необходимые для обучения сервисы в одной системе.

Таким образом, у учителя под рукой будут лучшие методики. Школьникам ЦОС даст возможность не выпасть из учебного процесса во время болезни или чрезвычайной ситуации. «Благодаря видеосвязи они получат возможность виртуально посетить уроки лучших учителей страны, а дети из разных регионов смогут стать частью одной научной команды, которая объединит увлечённых одной темой ровесников и их руководителя, проживающих за тысячи километров друг от друга», — пояснила глава Комитета Совета Федерации по науке, образованию и культуре Лилия Гумерова.

Наконец, родителям не нужно будет тратить время, обсуждая успеваемость и поведение детей в нескольких чатах. ЦОС даст им возможность участвовать в родительских собраниях в онлайн-формате.

Когда будет устранено цифровое неравенство в образовании и устойчивый Интернет станет доступным во всех школах страны?

В рамках ЦОС будет отработан перечень материально-технических условий, которым должна соответствовать современная школа — наличие и скорость Интернета, локальные сети в школе, требования к технике (компьютеры, планшеты, WI-FI).

Планируется, что до 2024 года в регионах выровняют ситуацию, чтобы ученикам из глубинки больше не пришлось лазить на деревья, чтобы выйти в Интернет. В 2024 году, согласно нацпроекту «Образование», цифровая образовательная среда будет внедрена уже по всей стране. Онлайн-технологии, повторяют в Минпросвещения, не изменят существующую образовательную модель, они лишь помогут заинтересовать школьников предметом и подготовиться к ЕГЭ, а также обеспечат непрерывность обучения во время всплесков инфекционных заболеваний.

В ближайших планах Минпросвещения — вместе с Министерством цифрового развития определить детализированный состав платформы ЦОС, утвердить перечни реестров, определить требования к информационно-коммуникационной платформе и поставщикам образовательного контента.