電信綜合實驗指導書-信號處理.doc

電子信息工程專業(yè)綜合實驗指導書山東建筑大學信息與電氣工程學院電子信息工程教研室2009年3月實驗一、基于嵌入式的車載信息系統(tǒng)設計一、實驗目的1理解和掌握嵌入式系統(tǒng)的設計理念與設計方法。2掌握Protel 原理圖設計方法。二、實驗說明車載信息系統(tǒng)功能說明1固定信息顯示及重要信息語音提示功能此系統(tǒng)可以通過車輛信號采集模塊將車輛信息采集上來以漢字點陣的形式顯示在LCD液晶顯示模塊上。并具有重要信息的語音提示功能。2移動信息顯示功能接受來自指定尋呼臺（固定頻率）發(fā)送的相關信息（包括交通信息、氣象信息等）并將所接收的信息顯示在LCD液晶屏上。3刷卡功能乘客乘車可用隨身攜帶的公交IC卡刷卡乘車。4GPS定位功能車輛裝備全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)后，可實現(xiàn)GPS定位導航，使出租車調(diào)度科學化，大大提高車輛利用率。5黑匣子功能車輛上裝備有記錄車輛行駛情況的黑匣子，可以記錄出租車的行車速度、剎車、汽油消耗等數(shù)據(jù)。因此可以出現(xiàn)事故后用來分析事故原因。6信息傳輸功能（USB與RS232串口）車輛信息可以通過USB接口或者RS232串口下載到存儲器中。7LED顯示和鍵盤功能三、實驗設備序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量1計算機通用12ARM試驗箱13Protel 99 軟件四、實驗內(nèi)容1嵌入式最小系統(tǒng)設計 根據(jù)實驗說明選定嵌入式CPU主芯片，掌握芯片的功能，各管腳功能并根據(jù)所選芯片選擇設計嵌入式最小系統(tǒng)。包括電源電路、時鐘電路（晶振）、復位電路等電路。如圖1所示。2存儲器擴展電路設計 根據(jù)實驗說明選擇至少兩種功能進行設計，根據(jù)選擇的設計功能選擇存儲器芯片，并設計CPU芯片與存儲器連接電路。 3自選功能電路設計根據(jù)實驗說明，選擇至少兩種功能進行設計，根據(jù)選擇功能選擇各功能芯片包括顯示（LCD）功能、語音功能、數(shù)模轉(zhuǎn)換功能（ADC）、LED顯示與鍵盤輸入功能、USB傳輸、UART通信串口功能、IC卡讀寫器設計（基于I2C）、GPS接收器設計等如圖2所示。晶振電路CPU芯片復位電路電源 圖1 最小系統(tǒng)電路信息接收機液晶顯示屏語音電路操作鍵盤UART通信接口CPU芯片F(xiàn)lash存儲器IC卡讀寫器數(shù)據(jù)存儲器GPS模塊行車記錄信號采集模塊USB/RS232接口 圖2 功能結(jié)構(gòu)圖4根據(jù)所選功能電路，在Protel畫出車載系統(tǒng)的硬件設計電路。五、預習思考題 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)設計，復習各種硬件設計，分析車載系統(tǒng)功能，預習Protel設計軟件。六、實驗報告1分析基于嵌入式車載系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。2簡述并畫出設計功能結(jié)構(gòu)圖，并用Protel實現(xiàn)硬件設計圖紙。3心得體會及其他。附錄：嵌入式設計圖紙實例實驗二、建筑物與建筑群結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)安裝與測試一、實驗目的與要求結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)如今已是智能建筑電氣工程設計必不可少的內(nèi)容之一。對于畢業(yè)設計選擇建筑工程類電氣設計特別是弱電系統(tǒng)設計題目的學生，在開始畢業(yè)設計工作之前，通過本實驗，使學生加深對建筑物及建筑群弱電布線和計算機通信工程相關知識的理解和掌握，提高設計的基本技能及分析、解決實際工程問題的能力，更好地完成畢業(yè)設計任務。實驗基本要求： 1提高學生綜合運用知識的能力，通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會獨立分析、解決實際問題的方法。 2通過實際安裝和操作，培養(yǎng)學生動手能力。 3通過實際操作，加深學生對綜合布線系統(tǒng)各子系統(tǒng)及相關各種材料的認識。4通過實際操作，讓學生初步掌握基本的工程安裝規(guī)范。二、實驗內(nèi)容在系統(tǒng)學習綜合布線系統(tǒng)基本理論及相關標準和規(guī)范的基礎上，學習并掌握一般布線系統(tǒng)的安裝技術(shù)1配線架的辨識、布置與安裝認識機柜式配線架、普通安裝配線架、110系列配線架、RJ45配線架。了解機柜式配線架的安裝方法。了解普通配線架的安裝方法。了解線纜管理器或過線槽的作用、配置及安裝方式。2水平電纜的辨識與卡接認識水平電纜，掌握電纜各種標示的含義。掌握電纜在配線架內(nèi)的走線方式和卡接順序。掌握常用卡接工具的功能和使用方法。掌握水平電纜的卡接規(guī)范。3垂直電纜的辨識與卡接認識大對數(shù)電纜的標識。掌握電纜在配線架內(nèi)的走線方式和卡接順序。掌握常用卡接工具的功能和使用方法。掌握垂直電纜的卡接規(guī)范。4信息插座的辨識與安裝認識常用的各種信息插座面板。掌握一般信息插座模塊的接線規(guī)范和線序排列。掌握信息插座模塊的卡接技術(shù)。掌握信息插座的和面板的安裝。5設備子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)的維護了解配線架的標識方法。了解跳線的作用、種類和使用方法。6鏈路測試理解鏈路和信道的概念。掌握基本鏈路的測試方法。掌握一般常用測試儀表的使用方法。了解綜合測試儀的測試功能和使用方法。三、實驗報告要求1對所有實際動手操作完成的實驗內(nèi)容，要求寫出實驗步驟；2對測試結(jié)果進行完整記錄，寫入實驗報告；3對異常測試結(jié)果進行分析，在報告中寫明原因。4對本實驗項目提出意見和建議。四、成績評定1考核依據(jù)1）學生在實驗期間的實際表現(xiàn)及工作能力。2）實驗報告質(zhì)量。2評分方式實驗成績按百分制計分，系統(tǒng)安裝占本實驗總成績的60%，實驗報告占本實驗總成績的40%。五、時間安排 本實驗計劃學時為25天。實驗三、數(shù)字圖像的退化與復原一、實驗目的1掌握數(shù)字圖像的存取與顯示方法。2理解數(shù)字圖像運動模糊、高斯模糊以及其他噪聲引起模糊（圖像降質(zhì)現(xiàn)象）的物理本質(zhì)。3掌握matlab的開發(fā)環(huán)境。4掌握降質(zhì)圖像的逆濾波復原和維納濾波復原方法。 二、實驗原理此實驗是對數(shù)字圖像處理課程的一個高級操作。在深入理解與掌握數(shù)字圖像退化的基礎理論上，利用逆濾波與維納濾波方法對數(shù)字圖像進行復原。1 圖像的退化 數(shù)字圖像在獲取過程中，由于光學系統(tǒng)的像差、光學成像衍射、成像系統(tǒng)的非線性畸變、成像過程的相對運動、環(huán)境隨機噪聲等原因，圖像會產(chǎn)生一定程度的退化。2 圖像的復原 圖像復原是利用圖像退化現(xiàn)象的某種先驗知識，建立退化現(xiàn)象的數(shù)學模型，再根據(jù)模型進行反向的推演運算，以恢復原來的景物圖像。因而圖像復原可以理解為圖像降質(zhì)過程的反向過程。3 圖像降質(zhì)的數(shù)學模型圖像復原處理的關鍵問題在于建立退化模型。輸入圖像f(x,y)經(jīng)過某個退化系統(tǒng)后輸出的是一幅退化的圖像。為了討論方便，把噪聲引起的退化即噪聲對圖像的影響一般作為加性噪聲考慮。原始圖像f(x,y)經(jīng)過一個退化算子或退化系統(tǒng)H(x,y)的作用，再和噪聲n(x,y)進行疊加，形成退化后的圖像g(x,y)。圖1表示退化過程的輸入和輸出關系，其中H(x,y)概括了退化系統(tǒng)的物理過程，就是要尋找的退化數(shù)學模型。f(x,y)H(x,y)+n (x,y)g(x,y)圖1 圖像的退化模型數(shù)字圖像的圖像恢復問題可以看作是：根據(jù)退化圖像g(x,y)和退化算子H(x,y)的形式，沿著反向過程去求解原始圖像f(x,y)。圖像退化的過程可以用數(shù)學表達式寫成如下形式： g(x,y)=Hf(x,y)+n(x,y) (1)在這里，n(x,y)是一種統(tǒng)計性質(zhì)的信息。在實際應用中，往往假設噪聲是白噪聲，即它的頻譜密度為常數(shù)，并且與圖像不相關。在對退化系統(tǒng)進行了線性系統(tǒng)和空間不變系統(tǒng)的近似之后，連續(xù)函數(shù)的退化模型在空域中可以寫成：g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y) (2)在頻域中可以寫成：G(u,v)=F(u,v)H(u,v)+N(u,v) (3)其中，G(u,v)、F(u,v)、N(u,v)分別是退化圖像g(x,y)、原圖像f(x,y)、噪聲信號n(x,y)的傅立葉變換；H(u,v)是系統(tǒng)的點沖擊響應函數(shù)h(x,y)的傅立葉變換，稱為系統(tǒng)在頻率域上的傳遞函數(shù)?？梢?，圖像復原實際上就是已知g(x,y)求f(x,y)的問題或已知G(u,v)求F(u,v)的問題，它們的不同之處在于一個是空域，一個是頻域。4 逆濾波逆濾波是非約束復原的一種。非約束復原是指在已知退化圖像g的情況下，根據(jù)對退化系統(tǒng)H和n的一些了解和假設，估計出原始圖像，使得某種事先確定的誤差準則為最小。由于g = Hf + n (4)我們可得：n = g - Hf (5)逆濾波法是指在對n沒有先驗知識的情況下，可以依據(jù)這樣的最有準則，即尋找一個，使得H在最小二乘方誤差的意義下最接近g，即要使n的?；蚍稊?shù)（norm）最?。?(6)上式的極小值為： (7)如果我們在求最小值的過程中，不做任何約束，由極值條件可以解出為： (8)對上式進行傅立葉變換得： (9)可見，如果知道g(x,y)和h(x,y)，也就知道了G(u,v)和H(u,v).根據(jù)上式，即可得出F(u,v)，再經(jīng)過反傅立葉變換就能求出f(x,y)。 逆濾波是最早應用于數(shù)字圖像復原的一種方法，并用此方法處理過由漫游者、探索者等衛(wèi)星探索發(fā)射得到的圖像。5 維納濾波維納濾波是最小二乘類約束復原的一種。在最小二乘類約束復原中，要設法尋找一個最有估計，使得形式為的函數(shù)最小化。求這類問題的最小化，常采用拉格朗日乘子算法。也就是說，要尋找一個，使得準則函數(shù) (10)為最小。求解得到 (11)式中，。如果用圖像f和噪聲的相關矩陣Rf和Rn表示Q，就可以得到維納濾波復原方法。具體維納濾波復原方法的原理請參考相關圖書。三、實驗儀器和設備PC機1臺，原始Lena圖像文件，matlab編程軟件四、預習要求1復習matlab編程軟件的使用方法；2復習數(shù)字圖像處理的一些相關知識；3復習數(shù)字圖像退化與復原的基本原理；4學習在matlab中如何進行數(shù)字圖像的退化與復原操作。五、實驗內(nèi)容及步驟1安裝Matlab6.x軟件實驗平臺 （如系統(tǒng)已安裝Matlab 6.軟件 ，直接進第二步）。 2. 讀取Lena圖像并顯示。 3. 設計運動濾波器、設計高斯模糊噪聲濾波器。 4. 生成退化或降質(zhì)圖像并顯示。 5. 修改相關濾波器參數(shù)，觀察圖像退化或降質(zhì)程度。 6. 設計逆濾波器，并對降質(zhì)圖像進行復原，比較復原圖像與原始圖像。 7. 設計維納濾波器，并對降質(zhì)圖像進行復原，比較復原圖像與原始圖像。 8. 計算退化圖像、不同方法復原后圖像的信噪比。六、實驗報告要求1. 要求寫出上述8個步驟的原代碼。 2. 對上述現(xiàn)象進行分析，并得出相關結(jié)論。七. 思考題1. 在運動模糊中，圖像退化與哪些因素有關？2. 描述無約束圖像復原的病態(tài)性質(zhì)。3. 說明噪聲對圖像復原的影響實驗四、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)實驗一、實驗目的1掌握網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計原則和設計方法。2掌握幾種典型網(wǎng)絡視頻服務器的配置方法和系統(tǒng)連接方法。3掌握基于網(wǎng)絡視頻服務器的遠程監(jiān)控軟件開發(fā)步驟，熟悉其開發(fā)環(huán)境。4掌握幾種典型的視頻采集卡和攝像頭的使用方法。 5掌握通過電視錄放卡和攝像頭的安裝和使用來掌握視頻的錄制，通過超級門衛(wèi)視頻監(jiān)控軟件的安裝和配置結(jié)合USB攝像頭的使用掌握組建小型監(jiān)控系統(tǒng)的方法。二、實驗原理此實驗是對數(shù)字圖像處理、嵌入式系統(tǒng)原理與應用、DSP原理與應用數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡、WINDOWS編程、程序設計等課程的知識要點進行提取而設計的一個實驗。要求建設一個網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程的視頻監(jiān)控，掌握操作流程，理解工作原理，熟悉其開發(fā)環(huán)境。作為監(jiān)控服務器，首先要有視頻采集設備，單機使用可以選用PCI電視錄放卡。RITEK幻影王數(shù)字電視錄放卡為PCI介面之雙頻道電視卡,它是一套多功能高質(zhì)感的數(shù)碼影音系統(tǒng)，它集完全解碼、預約錄影、時光平移、遙控錄影、紅外線遙控關機等新技術(shù)為一體，采用軟體解碼模式及實時采集視頻圖像MPEG-1/MPEG-2壓縮格式，并可搭配視頻會議軟體，例如：Vocal Tec I-phone4.5使用。網(wǎng)絡使用需要采用網(wǎng)絡視頻服務器。SV-2200網(wǎng)絡視頻服務器是用于數(shù)字音視頻在以太網(wǎng)實時傳輸?shù)脑O備。采用特別針對多媒體處理而設計的可編程高速數(shù)字信號處理器（DSP）,結(jié)合高性能的操作系統(tǒng)和音、視頻壓縮算法，使得圖像傳輸更加流暢并且顯示更加清晰細膩；它內(nèi)置WEB服務器,可以增強傳統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)的性能，并為在一個安全的局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布監(jiān)控圖像提供網(wǎng)絡連通性。視頻攝像機的管理、配置和監(jiān)控 所有這些都很容易通過瀏覽器（Internet Explore）來完成,操作簡單方便。具體功能為： 標準MPEG-4視頻壓縮格式，實現(xiàn)在保持低碼率基礎上還原高清晰度的圖像質(zhì)量。標準MP3音頻壓縮格式。 同時支持D1、HALF-D1、CIF，各種畫面尺寸和圖像精度 。內(nèi)置Web Server，全部操作通過瀏覽器實現(xiàn)，操作簡單、方便。Dynamic Stream Control 保證Internet上音頻實時傳輸。 雙向語音對講讓您的交流隨心所欲。用戶管理采用3級密碼。 移動偵測/日期/時間/事件觸發(fā)報警輸入輸出。 支持本地錄像 (文件直接由Microsoft MediaPlayer播放，無須安裝其他軟件)。 支持圖像屏蔽。 圖像抓拍。三、實驗儀器和設備1. SV-2200兩路視頻服務器 每組一臺2. 普通室內(nèi)壁裝云臺TYHO WL-3938 每組兩臺3. TYHO 220C一體化攝象機 每組兩個4. USB攝像頭 每組一個5.視頻壓縮卡 每組一塊6.計算機 每組一臺四、預習要求1復習TCP/IP協(xié)議的原理，復習多媒體通信的基礎理論。2復習智能建筑和網(wǎng)絡布線的相關知識。3復習VC開發(fā)開發(fā)環(huán)境，學習在VC