Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Антощук С.Г., Сербіна Н.А. Болтенков В.О. Методи і засоби комп'ютерних та інформаційних технологій - файл 1.doc


Антощук С.Г., Сербіна Н.А. Болтенков В.О. Методи і засоби комп'ютерних та інформаційних технологій
скачать (205.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc206kb.06.12.2011 15:52скачать

содержание

1.doc

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний політехнічний університет

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

до лабораторних робіт


з дисципліни

«Методи і засоби комп'ютерних та інформаційних технологій»

для студентів спеціальностей 7.080401 і 7.080403

Затверджено

на засіданні кафедри

інформаційних систем

Протокол №4 від 7.12.2002



Одеса ОНПУ 2003
Методичні рекомендації до лабораторних робіт з дисципліни «Методи і засоби комп'ютерних та інформаційних технологій» для студентів спеціальностей 7.080401 і 7.080403 /Укл.: С.Г. Антощук, Н.А. Сербіна. В. О. Болтенков - Одеса: ОНПУ, 2003. — 16 с.


^

Укладачі: С.Г.Антощук, канд. техн.наук, доц.


Н.А. Сербіна, ст. викл.

В. О. Болтенков, канд. техн.наук, доц.



Сучасний етап розвитку інформаційних технологій характеризується розвитком розподілених мультимедіа систем. Використання таких систем поряд із застосуванням існуючого інформаційного забезпечення та баз даних зумовлює при підготовці фахівців у галузі комп’ютерних наук вивчення як методів цифрового представлення та обробки сигналів, так і обчислювальних засобів для цієї обробки.

Метою методичних рекомендацій до лабораторних робіт з дисципліни «Методи і засоби компютерних та інформаційних технологій» є вивчення основних методів цифрової обробки сигналів, які вміщують сучасні методи обробки звуку та зображень, що значно поліпшить якість знань спеціалистів у напрямку підготовки “Компютерні науки”. Лабораторні роботи виконуються у системі Matlab, яка містить пакети цифрової обробки сигналів та зображень та дозволяє проводити розробку та моделювання практично важливих методів цифрової обробки сигналів.
Лабораторна робота № 1
Тема: Сигнали та характеристики сигналів.

1. Детермiновані сигнали.

2.Випадкові сигнали.
Мета - Навчитися проводити моделювання та обробку сигналів.
Завдання

1. Провести моделювання сигналів S1(t), S2(t), S3(t), параметри сигналів наведені у табл. 1.1 (час спостереження дорівнює 2-3 періодам сигналу):

S1(t)=A1*sin(2pf1t);0,7

S2(t)=A2*sin(2pf2t)+ S1(t);

S3(t)=S2+x(t);

(t) — нормований білий шум.

Taблица 1.1




варіанта



А1

А2

F1

f2

1

0.7

1

1

4

2

0.3

2

2

0.5

3

0.8

0.2

4

1

4

0.2

0.3

6

2

5

0.4

1

4

1.5

6

0.8

0.7

2

7

7

0.9

0.6

5

10

8

0.7

0.4

8

2


2. Побудувати графіки усіх сигналів, які промодельовані. Моделювання нормального білого шуму проводити за допомогою функції random().

3. Знайти для усіх сигналів (S1(t), S2(t), S3(t)) середнє, дисперсію, енергію, потужність . Побудувати гістограми білого шуму та сигналів (S1(t), S2(t), S3(t)).

4. Зробити висновки.
Контрольні запитання

  1. Види сигналів.

  2. Характеристики детермінованих та випадкових сигналів.

  3. Енергія і потужність сигналів.

  4. Поняття білого шуму.

  5. Когерентні та ортогональні сигнали.

  6. Норма функції. Поняття ортонормованого базису.

  7. Щільність імовірності.

  8. Функція розподілу випадкової величини.

  9. Поняття про лінійну систему.

  10. Гістограмний аналіз сигналів


Лабораторна робота № 2
Тема: 1. Періодичні сигнали та ряди Фур'є.

1.1. Представлення періодичної функції за допомогою ряду Фур'є.

1.2. Амплітудна та фазова спектральні діаграми.

2. Розкладання сигналів за ортогональним базисом.
Мета - 1. Навчитися представляти періодичні сигнали рядом Фур'є і будувати амплітудну спектральну діаграму.

2. Навчитися розкладати періодичні сигнали за ортогональним базисом.
Завдання

1. Представте періодичні найпростіші гармонійні сигнали рядом Фур'є, параметри сигналів наведені в табл. 2.1:

Таблиця 2.1


варіанта

Парний меандр

e1(t)

A-f

Пила e2(t)

A-f

Відеосигнал е3(t)

A-T-t

1

10-1/4

0,4-1/16

1-3-0,5

2

5-1/16

0,2-1/64

2,5-2-0,5

3

15-1/5

0,7-1/4

1,5-3,5-0,6

4

3-1/8

1-1/14

5-6-1

5

8-1/2

0,6-1/5

10-8-0,7

6

7-1/14

0,8-1/32

4-5-1

7

16-1/48

0,9-1/2

5-2-0,2

8

9-1/3

0,5-1/4

7-2,5-0,5




  1. Побудувати графіки сигналів e1 і e2, представивши їх рядом Фур'є.

  2. Сформувати ідеальний меандр, побудувати графік. Знайти помилку апроксимації ідеального меандра рядом Фур'є. Побудувати графік залежності помилки апроксимації від кількості гармонік.

  3. Побудувати амплітудну спектральну діаграму сигналів e1 і e3.

  4. Зробити висновки.


Контрольні запитання

  1. Представлення періодичної функції рядом Фур'є.

  2. Тригонометрична та експонентна форми представлення сигналів.

  3. Коефіцієнти розкладання в ряд Фур'є.

  4. Амплітудні і фазова спектральні діаграми.

  5. Поняття ортогонального та ортонормованого базису.

  6. Оцінка помилки апроксимації.


Лабораторна робота № 3
Тема: Перетворення Фур'є.

1. Гармонійний аналіз неперіодичних сигналів.

2. Дискретизація сигналів.

3. Дискретне перетворення Фур'є необмеженого у часі сигналу.
Мета роботи - навчитися проводити дискретизацію безперервних сигналів і визначати їх характеристики.
Завдання

  1. Гармонійний аналіз сигналів.

1.1 Провести моделювання (та побудувати графік) безперервного сигналу S(t), який дорівнює S(t)=A*e-t/T*sin(2**f*t)

Таблиця 3.1



варіанта

А

Т [c]

f [c-1]

К

1

2

2

1/p

0.5

2

3

3

1/2p

2

3

4

4

1/p

0.25

4

2.5

5

1/2p

4

5

3.5

1

2/p

0.2

6

5

2,5

1/2p

0.1

7

2

3

1/3p

5

8

3

4

2/p

3


1.2. Знайти спектр сигналу S(t). Змінити амплітуду (помножити на К).

1.3. Виконати обернене перетворення Фур'є отриманого спектра сигналу.

1.4. Проаналізувати відновлений сигнал.

2. Дискретизація сигналів

  1. Зробити вибірку безперервного сигналу S(t) у дискретні моменти часу.

2.2. Знайти амплітудний спектр при різному числі вибірок N1 і N2. Провести аналіз отриманих результатів.

3. Дискретне перетворення Фур'є необмеженого у часі сигналу.
Таблиця 3.2.



варіанта

Час спостереження, с

Кількість вибірок, N1

Кількість вибірок, N2

1

10

50

100

2

18

60

150

3

28

70

140

4

40

80

200

5

17,5

50

150

6

30

60

30

7

14

70

105

8

24

80

40


3.1. Гармонійне коливання S(t)=A*sin(2ft) (50 Гц) на інтервалі Nta = 50 мс представлено вибірками з частотою 500 Гц. Знайти і побудувати спектр даного сигналу при різному часі спостереження (16 мс, 32мс, 64 мс, 128 мс).

4. Зробити висновки.
Контрольні запитання

  1. Поняття частотного спектра періодичного сигналу.

  2. Спектральна щільність періодичної послідовності одиночного імпульсу.

  3. Пряме і обернене перетворення Фур'є.

  4. Властивості перетворення Фур'є.

  5. Теорема Котельникова.

  6. Дискретизованi сигнали.

  7. Спектр дискретизованого сигналу.

  8. Дискретне перетворення Фур'є.

  9. Особливості дискретного перетворення Фур'є.

  10. Амплітудна і фазова характеристики сигналів.


Лабораторна робота № 4
Тема: Функції вікна. Критерії вікна.
Мета роботи - навчитися проводити розрахунок та анализ функції вікна

Завдання

1. Функції вікна.

1.1. Згідно з варіантом (табл. 4.1) сформувати та вивести на екран функції вікон для N відліків. Здобути спектральну характеристику. Оцінити частотні характеристики.

Таблиця 4.1.

№ варіанта

Вікно Блекмана

Прямокутне вікно

Вікно Хеммінга

Трикутне вікно

1

N=21










2




N=27







3







N=19




4










N=11

5

N=29










6







N=23





1.2. Користуючись стандартними функціями середовища Matlab, сформувати та вивести на екран 4 типи віконБлекмана, прямокутне, Хеммінга, трикутне (функціїblackman, boxcar, hamming, triang). Здобути спектральну характеристику. Порівняти частотні характеристики.

2. Зробити висновки. Визначити критерії вікон згідно з варіантом.
Контрольні запитання:

  1. Критерії вікна.

  2. Функції вікна та їхні спектри.

  3. Поняття частотного спектра періодичного сигналу.

  4. Спектральна щільність періодичної послідовності та одиночного імпульсу.

  5. Пряме і обернене перетворення Фур'є.

  6. Властивості перетворення Фур'є.

  7. Теорема Котельнікова.

  8. Дискретизовані сигнали. Спектр дискретизованого сигналу.


Лабораторна робота № 5
Тема: Цифрові фільтри. Синтез нерекурсивних фільтрів.

1. Передатна функція системи

2. Функції вікна та їхні спектри.

3. Розрахунок нерекурсивних цифрових фільтрів.

Мета роботинавчитися проводити розрахунок коефіцієнтів цифрових нерекурсивних фільтрів і моделювання цифрових фільтрів
Завдання

1. Відповідно до варіанта (табл. 5.1) розрахувати коефіцієнти цифрового фільтра.

Таблиця 5.1.

№ варіанта

Тип фільтра

Функція вікна

Порядок фільтра

Частота вибірок

Гц (fa)

Смуга частот

Гц (fg)

1

ВЧ

Блекмана

9

80

> 20

2

ПЧ

Хеммінга

11

260

10-60

3

РФ

Ганна

30

300

40-100

4

НЧ

Хеммінга

15

160

< 40

5

ВЧ

Ганна

19

120

> 30

6

ПЧ

Хеммінга

17

200

10-50

7

РФ

Ганна

11

320

40-80

8

НЧ

Блекмана

13

100

< 25




  1. Використовуючи стандартні функції середовища Matlab, сформувати віконні функції (blackman, hamming), підрахувати згладжуючі коефіцієнти.

  2. Побудувати амплітудно-частотну характеристику.

3. Сформувати відповідну вхідну функцію, за допомогою якої можливо перевірити роботу синтезованого фільтра.

4. Промоделювати роботу синтезованого фільтра. Навести необхідні графики.

5. Зробити висновки.
Контрольні запитання

  1. Критерії вікна. Функції вікна та їхні спектри.

  2. Цифровий фільтр.

  3. Імпульсна та передатна характеристики фільтра.

  4. Порядок розрахунку нерекурсивних фільтрів.

  5. Ефект Гіббса.

  6. ДПФ. Визначення. Властивості.

Лабораторна робота № 6
Тема: Кореляційні функції. Застосування кореляційного аналізу у вимірювальній техніці.

1. Кореляційний аналіз.

2. Автокореляційна функція (АКФ), взаємокореляційна функція (ВКФ).

3.Кореляційний аналіз у вимірювальній техниці.
Мета роботи - навчитися проводити розрахунок АКФ і ВКФ, і застосовувати кореляційний аналіз при розвязанні вимірювальних задач.
Завдання

1. Промоделювати періодичний сигнал і обчислити його АКФ і автоспектральну щільність потужності (АСПМ). Побудувати графіки сигналів.

2
. Обчислити ВКФ 2-х сигналів згідно з варіантом (табл. 6.1.) і АКФ сигналу
X(t), які отримані таким чином (рис. 6.1).

Рис. 6.1.

де: X(t)- смодельований вхідний сигнал;

S1(t), S2(t)-некорельовані завади, що формуються за допомогою random();

X1(t),X2(t)- результуючі сигнали;

Фx1x2(t)- ВКФ.

  1. Навести графіки. Зробити висновки.

Таблиця 6.1.




X(t)

S1(t)

S2(t)
тип

парам.

тип
парам.

1

A1sin(2ft+j);

beta

2

1

norm

0

0.2

2

A1cos(2ft+j)et/T;

norm

0

0.3

exp

0.08

3

A1sin(2f1t+j1)+A2sin(2f2t+j2);

Poisson

0.05

beta

1.5

3.6

4

A1sin(2ft+j)+C;

rayl

0.3

logn

0

0.6

5

A1cos(2f1t)+A2sin(2f2t+j);

Gamma

1

0.6

Binomial

4

0.07

6

A1cos(2ft+j)+C;

Exp

0.8

poiss

1

  1. Порівняти результати пп. 1 і 2. Зробити висновки.


Контрольні запитання

  1. Коефіцієнти кореляції, нормовані коефіцієнти кореляції.

  2. Дискретні кореляційні функції.

  3. Безперервні кореляційні функції.

  4. АКФ, ВКФ. Властивості.

  5. АСПМ, ВСПМ.

  6. Кореляційний аналіз у вимірювальній техніці. Вимір часу затримки, визначення місця розташування, вимір швидкості.


Лабораторна робота № 7
Тема: Обробка та аналіз мовних сигналів.
Мета роботи - навчитися проводити обробку та аналіз мовних сигналів.
Завдання

1. Провести аналіз мовних сигналів (букв, слів і звуків) у тимчасовій області за варіантами (табл. 7.1), оцінити енергію сигналів, кількість переходів через нуль, знайти короткочасну автокореляцію. Побудувати графіки.

2. Провести аналіз мовних сигналів (букв, слів і звуків) у частотній області на основі ДПФ. Побудувати графіки. Оцінити частотні характеристики.

3. Провести кепстральный аналіз мовних сигналів згідно з завданням викладача. Побудувати графіки.

4. Зробити висновки.

Таблиця 7.1.


№ варіанта

Звуки

Слова

Звуки з файлів (*.wav)

1

‘а', ‘б'

дар, лес

Kitten, broom

2

‘е', ‘в'

март, лень

Moo, cow

3

‘о', ‘г'

мир, дом

Ayaaaah, moooo

4

‘у', ‘д'

март, муж

Primate, squeak

5

‘е', ‘к'

лес, мир

Moooo, moo

6

‘и', ‘д'

Кит, март

Broom, ayaaaah

7

‘ю', ‘р'

Юг, март

primate, kitten


Контрольні запитання

  1. Основні властивості мовних сигналів.

  2. Модель формування мовного сигналу.

  3. Дискретизація і квантування мовних сигналів. Оцінка шуму квантування.

  4. ДИКМ. АДИКМ. Компандування.

  5. Аналіз мовних сигналів у часовій області.

  6. Аналіз мовних сигналів у частотній області.

  7. Кепстральный аналіз сигналів.

  8. Стандарт стиску MPEG.

  9. Методи стиску аудіосигналів.

  10. Психоакустична модель сприйняття звуку.


Лабораторна робота № 8
Тема: Поліпшення якості та аналіз зображень
Мета -1. Навчитися проводити фільтрацію зображень.

2. Навчитися проводити виділення контурів об'єктів на зображенні.

3. Проводити аналіз різних методів поліпшення якості й аналізу зображень.
Завдання

  1. Смоделювати сигнал типу «квадрат у квадраті» і «чорно-білий перехід».

  2. Провести моделювання найбільш характерних шумів зображень відповідно до варіанта.

Таблиця 8.1.

№ варіанта

Білий шум

«gaussian»

Імпульсна

Перешкода «salt&pepper»

Мультиплікативний шум «speckle»

1

0,01

0,05

0,4

2

0,005

0,04

0,3

3

0,008

0,06

0,2

4

0,012

0,07

0,1

5

0,015

0,03

0,5

6

0,02

0,08

0,6

  1. Сформувати для фільтрації зображень 3 низькочастотні маски.

  2. Провести фільтрацію зображень (при наявності шумів) за допомогою цих масок.

  3. Провести медіанну фільтрацію зображень.

  4. Виділити контура на зображеннях, які мають шуми, і на зображеннях після фільтрації різними методами.

  5. Провести порівняльний аналіз різних методів поліпшення якості та аналізу зображень. Зробити висновки.


Рекомендовані функції - imread, imshow, imnoise, medfilt2, filter2, round,conv2,edge.
Контрольні запитання

  1. Представлення зображень.

  2. Операції над зображеннями.

  3. Призначення і види низькочастотної фільтрації. Операція двовимірної згортки.

  4. Призначення рангової (медіанної) фільтрації зображень.

  5. Методи підкреслення і виділення контурів об'єктів на зображенні.

  6. Порівняльний аналіз різних методів поліпшення якості й аналізу зображень.


Лабораторна робота № 9
Тема: Реалізація функцій поліпшення якості зображень
Мета - 1. Навчитися розробляти функції користувача для фільтрації зображень.

2. Проводити аналіз різних методів поліпшення якості зображень.
Завдання

  1. Реалізувати функцію, яка здійснює медіанну фільтрацію двомірного масиву. Розмір вікна та масив передаються у функцію як параметри.

  2. Реалізувати функцію, яка здійснює фільтрацію двомірного масиву методом згортки. Маска передається як параметр.

  3. Реалізувати функцію фільтра, який усереднює.

  4. Перевірити роботу розроблених функцій на зображеннях з різними видами та рівнями завад. Зробити висновки.


Контрольні запитання

    1. Призначення і види низькочастотної фільтрації.

    2. Операція двовимірної згортки.

    3. Призначення рангової (медіанної) фільтрації зображень.

    4. Методика написання функцій користувача.

    5. Порівняльний аналіз різних методів поліпшення якості зображень.


Лабораторна робота № 10
Тема: Реалізація функцій аналізу зображень.
Мета - 1. Навчитися розробляти функції користувача для виділення контурів зображень.
Завдання

  1. Реалізувати функцію, що виділяє контур зображення на основі просторового диференціювання. Зображення та поріг передаються як параметри.

  2. Реалізувати функцію, що виділяє контур зображення з використанням операторів обчислення градієнта функціі яскравості. Всі необхідні дані передаються як параметри.

  3. Реалізувати функцію, що повертає координати простеженого контура.

  4. Перевірити роботу розроблених функцій на різних зображеннях. Зробити висновки.


Контрольні запитання

    1. Операція двовимірної згортки.

    2. Контрастування зображень.

    3. Методи підкреслення і виділення контурів об'єктів на зображенні.

    4. Порівняльний аналіз різних методів аналізу зображень.


Лабораторна робота №11
Тема: Розпізнавання зображень за текстурними ознаками.

  1. Спектральний аналіз зображень.

  2. Розпізнавання текстур.



^

Мета - 1. Набуття умінь та навичок обробки та аналізу зображень у спектральній области.


2. Ознайомлення з методами розпізнавання зображень за текстурними ознаками.

Завдання


  1. Провести моделювання трьох текстурних зображень.

  2. Виділити характерні ознаки текстур в спектральній области.

  3. Провести бінаризацію амплітудних спектрів (методом порівняння з порогом).

  4. Виділити контур на бінаризованих зображеннях.

  5. Описати ознаки форми усіх зображень, використовуючи відношення подібності.

  6. Зробити висновки.



^

Контрольні запитання


  1. Стуктура системи розпізнавання.

  2. Ознаки опису зображень: детерміновані та ймовірнісні.

  3. Спектральна характеристика зображень.

  4. Опис текстур.

  5. Розподіл ознакового простору.

  6. Розпізнавання текстур.


Лабораторна робота №12
Тема: Алгоритми стиску зображень

Мета: Набуття умінь та навичок використання алгоритмів стиску зображень

Завдання


  1. Реалізувати алгоритм двомірного перетворення Хаара (прямого та зворотнього).

  2. Реалізувати один з алгоритмів стиску без втрат (наприклад, RLE).

  3. Оцінити коефіцієнти стиску (Ксж=Nисх/Nсж) для різних типів зображень. Зробити висновки.

  4. Оцінити якість відновленого зображення за нормованими критеріями якості.

(; )

  1. Оцінити час компресії та декомпресії різних типів зображень.

  2. Зробити висновки.



^

Контрольні запитання


  1. Алгоритми стиску зображень. Особливості.

  2. Класи зображень.

  3. Критерії оцінки ефективності стиску.

  4. Алгоритми стиску зображень без втрат.

  5. Алгоритм стиску зображень JPEG.

  6. Хвильовий алгоритм стиску.


ЛІТЕРАТУРА


  1. Е. Шрюфер. Обробка сигналів. Цифрова обробка дискретизованих сигналів. Підручник. /Під ред. проф. В.П. Бабака К.: Либідь, 1995.

  2. Бондарев В.Н. и др. Цифровая обработка сигналов: методы и средства.- Севастополь: Изд-во СевДТУ,1999.

  3. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: В 2 т. М.:Мир, 1982.

  4. П.И. Рудаков, В.И. Сафонов Обработка сигналов и изображений. Маtlab 5.x /Под общ. ред. к. т. н. В.Г. Потемкина. – М.: Диалог-МИФИ, 2000.



Навчальне видання
Методичні рекомендації до лабораторних робіт з дисципліни «Методи і засоби компютерних та інформаційних технологій» для студентів спеціальностей 7.080401 і 7.080403

Укладачі: Світлана Григорівна Антощук

Наталія Анатоліївна Сербіна

Віктор Олексійович Болтенков


Редактор С.М. Шушпановська
^
Коректор Н.К. Филиппович



______________________________________________________

Підписано до друку __________ Формат 60х84/16. Папір газетний. Друк офсетний. 0,87 ум. друк. арк. 0,94 обл. - вид. арк.

Тираж 100 пр. Зам. №

______________________________________________________

Одеський державний політехнічний університет

65044, Одеса, пр. Шевченка, 1


Скачать файл (205.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации