数字图像处理实验原理

第1篇：数字图像处理实验原理

广播发射台数字卫星接收机工作原理和常见故障的分析与处理

摘 要 本文简要分析介绍了直属发射台配置的ACS1240系列数字音频卫星接收机工作原理，结合工作中接收机出现的常见故障进行了分析，对故障排查处理过程分别作了阐述。

关键词 发射台 节目传输 数字卫星接收机

Radio Transmitting Digital Satellite Receiver Principle and

Common Faults Analysis and Processing

ZHAN Shengxuan

（State Press and Publication Administration of Radio Qiliuyi Tai， Yong'an， Fujian 366000）

Key words transmitting station; program transmission; digital satellite receiver

0 引言

随着科学技术发展，音频信号传输已由抗干扰性强、失真小、传输距离远、保密性强、没有噪声积累的集成化数字传送，取代了保密性差、易被窃听、抗干扰能力弱的模拟传送。就数字卫星信号而言，采用的是高符码率传输，地面接收通过解码获取高品质、高质量、信噪比达标的音频信号;而模拟信号虽然低于门限也有信号输出，但由于抗干扰能力弱输出达不到所要求的信噪比。为此，数字卫星通讯已成为当今通讯领域首选。直属发射台节传机房节目源为C波段卫星70套中央广播节目和Ku波段卫星70套中央广播节目。采用的接收设备是DVB数字音频卫星接收机。在此，就DVB数字卫星节目标准和ACS1240A系列数字音频卫星接收机工作原理、功能、特点、应用等进行探析，希望与同行交流提高。

1 数字音频卫星接收机工作原理

直属发射台节传机房所用数字音频卫星接收机的型号为ACS1240AT（或ACS1240A）。数字音频卫星接收机原理框图如图1所示。由图可知，数字音频卫星接收机包括调谐器、第二中频信号解调、信道解码、MPGE-2传输流解复用、MPGE-2音频解码和模拟音频信号处理。以下就各主要模块原理及作用做简要介绍。

1.1 信道接收模块

C波段或Ku波段的卫星下行信号由天线接收，经过LNB放大和下变频，形成第一中频信号（频率在950～2150MHZ内），经电缆送到接收机的调谐器，高频调谐器根据所需接收的频率，通过PLL（锁相环）环路控制本机振荡器频率，把输入信号变频成第二中频信号，送到正交相干检相器分解出I、Q两路模拟信号，经过A/D转换器再把这两路模拟信号分别转换成6比特的并行数字信号，进入QPSK解调电路和信道纠错电路。

QPSK为四相移键控或四相移数字调制，载波有0+0，0+ /2，0+ ，0+3 /2四种相位状态，0可以是0或 /4。载波的四种不同的相位分别与一个双比特码元相对应来实现四相调相，双比特码常用自然码00，01，10，11和循环码00，01，11，10。

匹配滤波器用来完成升余弦滚降形状的脉冲形成滤波变换（ = 0.35DVB），对通道线性失真进行均衡，减少码间干扰。

信道纠错部分包括维特比（Viterbi）卷积解码、同步字节解码、卷积去交织和RS解码。Viterbi解码可对误码率（BER）为10-1～10-2的数据流行进行纠错，以达到BER为10-4。同步字节解码可识别MPEG-2同步字节，为去交织提供同步信息，同时辨识出QPSK解调器的0/ 相位模糊。卷积去交织将维特比内码译码器输出的数据流突发错误字节离散化，提高RS外码译码器纠正突发错误能力。RS解码主要对突发性片状误码进行纠错，以达到BER优于10-10的结果。

信道解扰的作用是将加扰的数据流恢复为符合MPEG-2标准的传输流（TS），每个数据包为188个字节。

使用分组码或卷积码来纠错的前向纠错技术（FEC），它能使差错率得到显著改善。

标准规定：维特比译码输出误码率为2.0E-4时

当FEC=1/2时，Eb/No 门限值≤4.5dB;当FEC=2/3时，Eb/No 门限值≤5.0dB;

当FEC=3/4时，Eb/No 门限值≤5.5dB;当FEC=5/6时，Eb/No 门限值≤6.0dB;

当FEC=7/8时，Eb/No 门限值≤6.4dB。

Eb/No： Eb为二进制码元信号能量;No为单位频谱的噪声功率。

1.2 解复用模块

通常TS码流是一种多路节目数据包（包含视频、音频和数据信息）按MPEG协议复接而成的数据流。因此，在解码前，要先对TS流进行解复用。根据所要收视节目的包识别码（PID）提取出相应的视频、音频和数据包，恢复出符合MPEG标准的打包的节目基本流（PES）。滤除传输包的包头和调整段，找出有效载荷，按一定次序连接，组合成PES流。这里需注意的是：数字音频卫星接收机不对视频数据包进行提取，恢复的PES不含视频信息。

系统时钟为27MHZ，由压控振荡器（VCXO）产生，通过提取码流中的节目时钟基准（PCR）控制PLL环路，使数字音频卫星接收机的系统时钟和输入节目的时钟同步。

1.3 MPGE-2音频解码模块

PES数据包送到MPEG-2音频解码器芯片解压缩，生成AES/EBU音频数据流。左右声道的模拟信号来自解码后的数字音频经另一片集成块完成模数转换、再进行平衡放大后的音频信号。

2 数字音频卫星接收机功能

ACS1240A系列数字音频卫星接收机是发射台配备的节目源专用卫星广播接收机，由北京汇迅高科电子技术有限公司生产。在此，以此为例对数字音频卫星接收机的各项功能进行论述。图2是ACS1240A接收机结构图。

ACS1240A系列数字音频卫星接收机，均可自动搜索接收DVB-S信号中的音频节目和电视伴音节目，并将新搜索到的音频节目参数存入到接收机中，通过手动设置调整播出节目。

ACS1240A系列中的ACS1240AT为运行图专用数字音频卫星接收机，除具有一般数字音频卫星接收机所有功能外，还具有节目运行图功能，接收机可按照预先存入到接收机中的节目运行图实现自动切换播出。节目运行图可通过监控软件编辑完成后提前下载到接收机存储器中，运行图存入接收机后，即便接收机出现断电，节目运行图也不会丢失。

用户通过PC机远程监控ACS1240A系列音频数字卫星接收机，只要建立卫星接收机后面板的RS232插座与计算机串口通讯即可。连接器采用孔接口，可以连接一个终端设备（如计算机等）。

ACS1240A系列数字音频卫星接收机模拟接口最大输出为+22dBu，平衡接口，采用两个针连接的XLR，分别连接左右声道。

ACS1240A系列数字音频卫星接收机数字输出接口为平衡输出，支持AES/EBU格式，满刻度电平是对应模拟信号电平的+22dBu，采用一个针连接的XLR输出。

3 数字音频卫星广播接收机主要指标及主要参数的操作

（1）卫星传送数字广播节目运行主要指标包括：主要有通路的噪声、通路信噪比、失真度、频率响应等，其运行指标标准如表1所示。

表1 数字音频卫星广播接收机主要指标

接收机噪声电平是接收机加电但未接入射频信号时，输出端测得的噪声电平;卫星通路噪声电平是接收机通路在无节目信号输出端所测的噪声电平，它是卫星广播节目传送系统处于运行状态下各部分静噪声之总和。

（2）ACS1240A系列数字卫星广播接收机主要参数的操作：

本振频率修改：按下《菜单》，输出<主菜单>后，按▲▼键选择<节目设备>，按下【确认】，然后按▲▼选择<修改本振频率>，再按确认进入，按《菜单》则修改操作。进入修改本振频率菜单后，按 键选择修改，按▲▼修改参数，完成后按确认键确定并退出。C波段本振频率参数显示为：5150（单位MHZ）;KU波段本振频率参数显示为：11300（单位MHZ）。

节目参数的修改：按下《菜单》，弹出〈主菜单〉后，按▲▼键选择〈节目设置〉，按下【确认】，然后按▲▼键选择〈修改节目参数〉，再按【确认】进入，按《菜单》则取消操作。

进入修改节目参数菜单后，按 键移动光标，按▲▼修改参数，修改完成后，按【确认】键确认。参数项目内容显示，节目： ZY1 stero （9个字符）; （2）下行频率：C波段 041750 （单位  0.1MHz）;KU波段 126295 （单位 0.1MHz）;（3）符号率： 18000 （单位 1KSPS）（4）极化方向：在“水平/垂直”选项中选“垂直”;（5）22K控制：在“开/关”选项中选择“关”;（6）音频PID：0050 （16进制）。提示：对节目名称的修改只支持A-Z，a-z，0-9和空格共63个字符。

删除节目操作：按下《菜单》键，弹出〈主菜单〉后，按▲▼键选择〈节目设置〉，按下【确认】，然后按▲▼键选择〈删除节目〉，再按【确认】。先用▲▼选好要删除的节目，再按 键，此时被选中的节目前出现“#”号或“X”号标记，然后按【确认】完成删除操作，按《菜单》则取消操作。提示：当执行删除操作时，删除只剩最后一个节目时，则该节目不能被删除。

4 常见故障分析

（1）故障现象：接收信号监测声音出现停顿现象。

故障原因：①由雨衰或雪衰造成信号太弱所致;②电气连接是否接触良好;③接收机本身故障。

故障排除：依次排查后，将此接收机断电重启，同步后正常。

（2）故障现象：C波段所有卫星接收机无卫星信号。

故障原因：高频头损坏;高频电缆问题;功分器故障。

故障排除：更换损坏器件。

（3）故障现象：Ku波段卫星接收信号全是杂音，前面板LOCK灯亮红色。

故障原因：接收机无卫星信号。

故障排除：检查室外天线、高频头、有源功分器是否正常;更换损坏器件。

（4）故障现象：ACS—1240A接收机没有信号输出，接收机上三个指示灯中上、下两指示灯灭，中间指示灯亮。

故障原因：接收机上指示灯为电源指示， 中间指示灯为故障指示，下指示灯为锁定卫星信号指示，根据上指示灯灭说明没给接收机加电或电源不正常，下指示灯灭说明输入信号无卫星信号输入或接收机内的卫星参数错误;中间指示灯亮说明接收机有故障。

故障排除：更换接收机。

（5）故障现象：卫星接收机提示“无卫星信号”。

故障原因及排查处理：出现这类情况应从以下几方面逐项检查：①天线是否对准卫星;②天线电气连接是否可靠;③是否有LNB供电;④LNB供电电压是否正常;⑤卫星参数是否设置正确;⑥卫星节目是否在正常播放;⑦下行频率与LNB本振频率之差是否是950～2150MHz范围内，如果不在的话，请选择相对应频段的本振频率;⑧是否处于下雨，日凌，下雪的时间;⑨有源功分器是否损坏。

5 结束语

综述以上对数字音频卫星广播接收机工作原理、功能及主要参数、指标的分析介绍及常见故障分析。希望对专业从事卫星数字广播节目源传输的技术人员，在设备使用和维护方面有一定的借鉴作用。由于水平有限文中难免存在不足之处，还望同行指正。

参考文献

[1] 李栋.数字音频广播.北京：北京广播学院出版社，2001.

[2] 刘修文.卫星数字电视接收机的使用与维护.北京：人民邮电出版社，2002.

[3] 高峰.数字音频广播与数字高清晰度电视.中国广播电视出版社，2003.

作者：詹胜旋

第2篇：数字视频原理及应用在课程实验教学的改革与探索

【摘要】数字视频原理及应用课程多集中在理论讲授，概念相对抽象，由于抽象的概念导致学生空有理论，不利于学生的理解和掌握，不能很好地实践，造成了理论与实践之间的空隙。而且教学内容对学生的专业基础知识要求较高，教学效率难以提升。因此，本文以数字视频原理及应用课程为例，从实验教学的角度，结合电子设计大赛的实际案例，将理论教学与实践教学有机结合，提高了教学的效率，激发了学生的学习兴趣，也为实验教学注入了新的活力。

【关键词】数字视频原理及应用;实验教学;理论与实践;电子设计大赛

【基金项目】项目来源：[1]2020年教育部第二批新工科研究与实践项目E-DZYQ20201408;[2]2019年天津师范大学校级重点教改项目JGZD01219013;[3]2019年天津师范大学校级教改项JGYB01218036;[4]2019年天津师范大学校级教改项目JGYB01218035

“数字视频原理及应用”是电子信息类专业的一门核心专业基础课程。随着数字技术的不断发展，与数字视频相关的专业知识也在不断的延续和增长，只是理论讲授已经不能适应课程的新变化，我们需要将实验教学与理论教学有机结合，提高学生的学习效率以更好地完成教学任务。课程包含两部分：课堂讲授和课内实验，前者在课堂上讲授数字视频的知识、发展过程以及最新的发展动向等等，将电子设计大赛的实际案例通过多媒体教学技术在教学过程中进行演示，并且通过大量的视频来展示相关的实践内容。后者锻炼学生的实践能力，使学生通过实际操作来加深对课堂讲授知识的理解。通过实验可以实现理论教学与实践教学的闭环，能将在课堂上获得的基础理论知识应用到实践技能中，既能使课堂变得生动，又提高了学生学习兴趣和求知欲，使学生更加容易理解和掌握相关知识。因此，探索实验教学方法成为各高校教学的重要环节。

1. 数字视频原理及应用课程

“数字视频原理与应用”是普通高校通信与电子信息类专业的一门必修课，是一门实践性、应用性很强的专业基础课。在课程中抽象概念的讲解与理解，一直以来就是一门教师难教、学生难学，多年来对该课程的研究主要是在理论教学的基础上进行。本文针对该课程特点提炼课程基础知识，设计客观真实、符合教学特点的数字视频实验案例，每个实验中所涉及的内容，将课堂教学与实验教学紧密结合，帮助学生更深入地理解抽象概念，更好地掌握数字视频原理系统知识。

该课程首先从数字电视技术的发展开始讲起，介绍了数字电视系统的关键技术以及数字电视的标准，通过与家里常用的电视相联系，激发学生的兴趣，使学生对于数字视频原理这门课程产生兴趣，后续课程内容中涉及到了模拟电路，数字电路等相关课程的内容。数字视频原理与应用这门课程与其他课的关联程度很大。总的来说，教材涉及的教学内容非常全面，涵盖了数字电视信号传输过程的大部分技术知识，从发送、传输到接受，以及最后的显示，根据相关的课程内容，学生可以更好地理解许多与数字电视相关的原理和技术。

对于这门课程教学方式如图1所示，一是要根据数字视频课程的课程特点要求，结合电子设计大赛的实际案例，将理论教学与实践教学相结合，科学安排实践课程，以实践教学为指导，采取先理论后实践、边理论边实践和理论教学与实践教学同步进行等方式进行教学。二是要根据教学内容合理安排教学进度，要对教学内容集中精力，深入阐明某些超出学生学习范围的知识点，对这些知识点进行深入讲解，让学生知其然，更知其所以然。對已经学习过的知识内容，比如编码、调制等内容，注重进行知识拓展巩固和知识点的应用分析讲解。最后，我们还应该加强课后巩固练习，鼓励学生通过微信、QQ等社交软件进行答疑，通过社交软件了解学生对于知识的掌握情况，还形成了课上课下互动以及线上和线下学习交流营造氛围。

2. 数字视频原理实验

开设实验教学是由于课程内容较为复杂，概念相对抽象。由于抽象的概念导致学生不能很好的理解和掌握，造成教师难教、学生难学的现象。为了解决以上问题，采用“实际案例+平时教学”的教学模式，具体实验教学模式如图2所示。通过平时教学，学生加强理论基础，拓宽知识层次，增强动手能力，提高创新能力，加强学生对于专业知识的理解与掌握。通过上机操作，为学生提供了一个良好的平台，从软件的安装调试到采集、编码、解码、传输等各个环节的技能培养，使理论知识与实际操作全面结合，丰富课堂形式，增强课堂趣味性，激发学生兴趣。结合全国大学生电子设计大赛的实际案例，将实际案例通过多媒体教学技术在教学过程中进行演示，引导学生发散思维，培养创新意识和创新能力。学生通过对电子大赛的实际案例进行分析，面对遇到的问题，找出自己的不足或对相关专业知识理解不够深刻，查阅相关资料，提高学生的自学能力，进一步加强对专业知识的理解和掌握。电子大赛与社会联系紧密，通过开展实验教学，学生进行实验操作，可以掌握相关的知识与技能，提高实践能力，能够进一步满足企业、社会对于人才的需求。因此，实验课程在制度上既要满足技术上的要求，又要特别注重引进行业先进技术，保证技术领先，提高学生就业竞争力。总的来说，实践教学对学生全面掌握课堂教学理论，培养学生的实践能力、发现和分析问题的能力、理解和解决问题的能力以及创新能力的提升起着重要的作用。

以快速傅里叶变换和图像翻转变化两个实验为例，简述实验教学的重要作用。快速傅里叶变换和图像翻转变化是电子设计大赛实际案例中的常客，经常会使用到这两个实验所涉及到的相关知识。

首先是快速傅里叶变换，傅里叶变换是一种重要的算法，在各个领域都有着重要的作用，比如图像增强与图像去噪，图像中存在着噪音，通过滤波可以把噪声滤除出去;图像的边缘检测与特征提取等也应用了傅里叶变换。而快速傅里叶变换(FFT)是一种新的变换，它是离线傅里叶变换(DFT)的一种快速变换。快速傅里叶变换(FFT)是頻谱分析中最普遍的一种常用工具。学生通过结合实际案例，动手进行设计、操作和创新，培养动手能力，从而解决遇到的各种问题。

其次是图像翻转变化，图像翻转变化是图像处理中一个基本的处理过程，在图像处理中起着关键的作用。该实验是图像处理领域中一个应用极其广泛的处理过程。图像翻转有两种：一种是水平翻转，一种是垂直翻转。水平翻转会产生左右对调的图像，垂直翻转会产生上下对调的图像。图像翻转变化的实验结果简单明确，通过简单图像发生翻转变换，使学生对实验产生极大的兴趣。通过查找资料独立思考或者和同学进行讨论，理解掌握所学内容，培养学生进行独立思考和合作交流的能力。通过实验教学，学生的实践技能有明显提高，解决了现有的实验与社会实践脱节的现象，为学生提高了适应就业的能力。与此同时，学生动手能力的增强，有助于提高学生的自信心，从而提高学生学习的兴趣。

3. 结语

本文根据“数字视频原理及应用”的课程特点和要求，在教学过程中，通过“实际案例+平时教学”的方式来对课程进行讲授。在平时教学中，讲授相关知识，丰富课堂形式，拓宽学生的知识面，并结合电子设计大赛的实际案例(硬件设计与软件设计)，将理论教学与实践教学相结合，在实验过程中，学生根据相关要求进行操作，提高实践能力，激发学生学习兴趣，树立创新意识，提高实践能力，引导学生独立思考，从而引导学生进行自主性、研究性学习。

参考文献：

[1]滕浩群.以短视频形式开发《数字视频处理》课程精品视频公开课的若干思考[A].中国环球文化出版社、华教创新(北京)文化传媒有限公司.2020年南国博览学术研讨会论文集(二)[C].中国环球文化出版社、华教创新(北京)文化传媒有限公司：华教创新(北京)文化传媒有限公司，2020：3.

[2]吴荣燕，阳璞琼，王玉林，蒋彦，谢静.基于电子设计竞赛的电力电子技术课程改革[J].电子世界，2021(02)：77-78.

[3]王平，邵羽，王洋，李强.电子信息工程类专业“天线设计”课程教学架构与实验平台建设[J].长春师范大学学报，2020，39(10)：21-28.

[4]余萍，韩东升，李然，李星蓉，贾惠彬.案例式“通信电子电路”模块化实验方案设计与实践[J].实验技术与管理，2019，36(12)：174-177.

[5]杨世菊，陆胜，李余.数字电视原理课程教学问题与对策浅析[J].科技视界，2021(05)：51-52.

[6]李继凯.新建本科高校电子信息类专业基础课课程群建设与改革[J].中国电力教育，2014(23)：98-99.

[7]吴韶波，周金和，王勇.基于TMS320DM6467的数字视频综合实验设计[J].武汉大学学报(理学版)，2012，58(S2)：291-294.

作者：张宝菊 孙友辰 张翠萍 张金

第3篇：数字图像处理课程实验教学过程设计

摘要：根据“数字图像处理”课程理论性与实用性的特点，在分析其课程教学体系结构的基础上，充分利用现代新技术和教学理念，文章介绍综合多层项目教学法的设计，以及在“数字图像处理”课程实验教学过程的实践。结果显示，该方法结合武汉大学国家电工电子实验教学示范中心教改项目的实践获得较好效果。

关键词：数字图像处理 综合多层项目教学法 教学过程 FPGA Simulink

建设”(2011007);湖北省教学改革项目“通信工程特色专业建设研究”(2009016)。

“数字图像处理”是高校电子信息类本科生的重要专业课，在信号处理系列课程中扮演重要角色，它的任务是为相关硕士博士点培养专业研究人才打下坚实基础，它是一门理论性和实践性都很强的课程。同时，由于该课程理论性强，且在培养体系中处于最后阶段，因此，如何设计理论实践相结合的实验教学过程，如何培养学生扎实的专业理论基础和实践创新能力，成为一个亟待研究的课题。

目前，新型教育理念和技术手段的发展为提高教育质量提供了新的机会。如计算机技术的发展为教育系统创造了许多新概念[1]，包括“虚拟教育”、“虚拟教室”、“因特网教育”，这些概念为传统意义的教育铺设了新的发展道路;新技术使很多新的教育理念的发展实践成为可能。如基于网络的综合学习方法模型[1]、合作与竞争学习的教育方法[2]、基于项目或者问题的学习[3]，等等。新技术的发展使学生不再依赖教育地点和时间，他们可以在任何时间地点获取知识。

基于多年的教学实践，笔者把握课程特点和发展趋势，充分利用Simulink软件和FPGA硬件等试验设备与技术的发展，结合项目教学法等先进教学

理念，设计并实践了一种利用综合多层项目教学法的“数字图像处理”课程的实验教学过程，希望学生系统地把握和深入理解这门课程的基本理论和方法。

1 “数字图像处理”课程的教学体系结构

“数字图像处理”课程的前置课程除了“高等数学”等公共基础课，还包括信息与通信工程学科方向的“信号与系统”、“数字信号处理”、“信息论与编码”等专业基础课。瑞典布莱金格理工学院对这些前置课程与学生的接受能力之间的关系进行了研究[4]。通过本课程数字图像及成像基础、二维数字信号处理基本理论、灰度及彩色图像压缩、增强、分割等基本处理算法的学习，学生熟悉并掌握数字图像处理方面的基本知识、基本理论和基本技能，重点掌握基于图像变换理论的图像增强、图像压缩和图像分割等处理算法，它为深入学习数字图像处理及其在专业中的应用打下了基础。

在教学实践中，我们将“数字图像处理”的教学体系结构分为三个模块[9-10]：1)绪论部分：这一部分主要介绍数字图像处理的发展历史、研究内容和基本

基金项目：武汉大学教学研究项目“信号处理系列课程实验体系的研究与建设”(201135);武汉大学电工电子实验教学示范中心教学改革研究项目“信号处理系列课程实验体系的研究与建设”(201001);湖北省教学改革项目“基于多层次项目教学法的信号处理系列课程实验体系的研究与概念，力争帮助同学把握学科发展沿革和应用方向，了解整体架构，建立研究和实践的兴趣。2)理论部分：按照空域处理(包括直方图、点处理、代数处理、几何处理)、频域处理(傅立叶等离散正交变换、滤波器处理)、统计模型方法的顺序进行讲解。在这一部分，我们遵循系统深入的原则，基于图像处理的例子，帮助学生系统复习总结并领会各种理论方法之间的逻辑顺序与本质。由于图像处理具有理论性和可视化强的特点，在这个部分教学中，我们希望加强学生对前置课程所学基本理论和方法的深入理解，使其充分认识理论知识在实际应用中的指导意义，并体会理论本身的魅力。3)应用部分：在这一部分教学中，我们充分发挥图像处理应用性强的特点，选择基础性和典型性强的图像压缩、图像增强、边缘提取与图像分割、图像特征提取等应用，重点讲述应用基础理论和方法解决实际问题的常用系统与方法，进一步训练同学的动手实践能力，激发学生学习兴趣。

在教学中，我们可以看到应用部分涉及并会应用到各部分理论，同样，各理论部分也会在技术应用中发挥作用。我们可以将理论部分和应用部分作为一横一纵，并从两个角度向同学们展示“数字图像处理”这样一个立体而丰富的专业方向。

2 多层项目教学法的实验教学过程实践

2.1 多层项目设计

项目教学法是针对课程体系结构设计出一系列学习单元项目，项目设计围绕着具有典型性、启发性的关键问题，学生通过参与项目完成的全过程实现对课程内容系统而深入的掌握[7]。项目教学法真正实现了以学生为中心、以教学目标为中心，实现理论方法学习与实践动手能力培养的紧密结合，同时，它培养具有扎实理论功底和实践创新能力的高水平人才。有学者设计了一个利用两个获取链的问题学习框架用来进行仪器课程的实验教学[3]，利用虚拟(仿真)模块获取链和真实的模块链共同帮助学生在较高的认知水平上解决问题。

本项目基于上述研究成果并给予发展，设计出一个多层项目教学方法，并用于“数字图像处理”课程的实验教学过程实践。第一层次基于Simulink软件工具，设计多种虚拟模块，帮助学生对图像处理中的主要问题进行快速全局的理解;第二层次基于FPGA硬件工具，设计并提供真实的模块，构成一个完整的处理过程，学生在实践中通过测试这些模块并做适当改进，以获得完善的结果。

2.2 项目设计与分析

针对前面分析过的“数字图像处理”课程教学体系结构，并结合教学大纲与教学目标要求，同时参考了部分美国康奈尔大学和哥伦比亚大学相关课程的项目[6,8]，本文设计了以下项目：1)图像旋转;2)频域图像增强;3)视频传输;4)实时边缘提取;5)实时图像分割;6)人脸检测;7)车辆跟踪。

2.3 多层项目教学法的教学过程

研究表明[1]：认知方式因个体而不同。有些个体仅仅利用阅读材料就能有效的学习，而有些人需要实际经验。然而，心理学研究指出，人们一般能够记住他们阅读内容的10%、听到内容的20%，而他们会记住实际尝试和实践内容的90%。因此，本文的设计方法也充分利用了学生从理论内容到实际教学多方面的训练，充分考虑学生在计算机科学、电子工程等多方面的学科知识，培养从软件编程到硬件调试、从理论基础到方法探索、从数学、计算机等基础方法到信号处理、图像处理等专业理论技能的综合。

通常，学生完成一个项目需要4个过程：1)项目原理分析，2)项目具体流程设计，3)基于Simulink或者DE2平台的软硬件设计，4)结果展示与分析，每个阶段学生都会提交阶段报告;在第一个阶段和第二个阶段，师生结合该项目的原理分析与流程设计系统把握和深入理解“数字图像处理”课程关键知识点;根据学生报告反映出的问题，老师有针对性地指导，在解决问题中帮助学生真正掌握所学知识，并提高动手能力。在项目法教学过程中，我们特别要注意克服项目无法完全覆盖全部知识点的局限，因此，要在项目选择与设计中综合考虑，并结合项目原理研究建立对教学体系框架和全部知识点的整体把握。

3 利用Simulink软件的“数字图像处理”软件模块实验链

Simulink软件是Matlab重要组成部分，它提供一种可视化仿真工具，提供动态建模、仿真和综合分析的集成环境。本文利用其内置的video image processing blockset，并基于教材[9]提供的实验案例编写了大量基本模块。学生可以通过简单直观的鼠标操作，调用系统提供或者预先编制好的模块组件，构造出复杂的系统。该系统具有结构和流程清晰、效率高、仿真精细等优越性。

本文设计的模块主要包括基础模块、基本处理模块、应用模块三大类。其中基础模块包括调用封装video image processing blockset的各类输入输出、数据变换、彩色图像空间变换等基本操作;基本处理模块包括亮度变换与空间滤波、频域滤波、小波变换。数学形态学等基本图像处理操作;应用模块在上述两个模块组合的基础上，构建的单一应用处理模块，包括图像复原、图像压缩、图像分隔、特征描述以及识别模块。

4 基于FPGA硬件的“数字图像处理”硬件模块实验链

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)是一种大规模可编程逻辑器件，用户可以反复配置，灵活地实现不同功能。随着成本下降和逻辑规模的剧增，它被越来越多地独立应用于各类电子系统。可编程片上系统(System On Programmable Chip, SOPC)技术更使系统集成于一片可编程逻辑芯片中成为可能[5]。采用FPGA作为信号处理系列课程的实验平台实现基本的图像处理功能，在实现效率、成本、能耗以及与实际应用开发顺利衔接等方面都具有一定的优越性。如美国康奈尔大学、哥伦比亚大学都基于Altera公司的DE2开发板开展了相关课程试验环节的教学实践活动，最终实践项目类别主要集中在图像及视频处理、语音处理、网络传输等应用领域上[6,8]。

针对“数字图像处理”课程特点，参考美国康奈尔大学、哥伦比亚大学相关课程实验项目设置及其完成情况，项目组基于Altera公司的DE2开发板设计构建了一个数字图像处理实验平台，提供了平台所需的电路设计、基本模块开发和典型实验系统，建立以项目为导向的拓展实验架构。该平台以DE2开发板为核心，通过外围接口接入摄像头采集模块，通过VGA输出接口将图像输出到显示器单元。同时，该平台还提供了丰富的接口可以实现多个平台

之间信息信号的网络传输，对外部扩展单元的控制信号输出，等等。项目组在此平台上进一步开发了系列基本模块帮助学生完成各类项目所需的视频图像输入输出、网络传输、接口转换等基础功能。

5 结语

“数字图像处理”不仅是电子信息类的一门重要专业课程，也是目前信息技术领域一个重要的研究方向。该课程的教学面临着信息技术飞速发展所带来的迫切需求。基于综合多层项目教学法进行“数字图像处理”课程的教学过程设计，可以很好地体现该门课程理论性和实践性很强的特点，我们应充分发挥该课程研究对象——图像信息在教学认知等方面的优越特性，强化课程作为理论深入理解以及培养动手实践创新能力的桥梁作用，实现培养“厚基础、宽口径、高素质、强技能”和具有“三创”(创新、创造、创业)精神和能力的人才目标。

参考文献：

[1] O.Yilmaz, K.Tuncalp. A Mixed Learning Approach in Mechatronics Education[J]. IEEE Transactions on Education, 2011(54):294-301.

[2] L.M.Regueras, E.Verdu, M.J.Verdu, et al. Design of a Competitive and Collaborative Learning Strategy in a Communication Networks Course [J]. IEEE Transactions on Education,2011(54):302-307.

[3] A.Nonclercq, A.V.Biest, K.D.Cuyper, et al. Problem-Based Learning in Instrumentation: Synergism of Real and Virtual Modular Acquisition Chains[J]. IEEE Transactions on Education,2010(53):234-242.

[4] N.Lavesson. Learning Machine Learning: A Case Study [J]. IEEE Transactions on Education,2010(53):672-676.

[5] 李德识,曹华伟,陈健,等. EDA实践[Z]. 武汉:武汉大学电子信息学院实验讲义,2008.

[6] 美国康奈尔大学课程[EB/OL]. [2011-05-12]. http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ece576/FinalProjects/#f2009.

[7] 郭艳光,赵希武. 在高等计算机基础教学中实施项目教学法的探索[J]. 计算机教育,2008(6):48-49.

[8] 美国哥伦比亚大学课程[EB/OL]. [2011-06-13]. http://www.cs.columbia.edu/～sedwards/classes/2009/4840/index.html.

[9] 冈萨雷斯. 数字图像处理[M]. 北京:电子工业出版社,2005.

[10]卡斯特曼. 数字图像处理[M]. 北京:电子工业出版社,2008.

The Design of the Teaching Process of Digital Image Processing

HE Chu, FENG Qian, YANG Fang, CAO Huawei, XU Xin

(School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Key words: digital image processing; integrated multilayer project didactics; teaching process; FPGA; Simulink

(编辑：郭小明)

作者：何楚 冯倩 杨 芳 曹华伟 徐新

第4篇：《数字信号处理原理及实现》课程小结

时间过得好快，转眼半学期结束了。这半学期数字信号的学习让我受益匪浅。前两章和信号与线性系统相关，介绍了离散时间信号与系统的时域分析方法最深刻的是采样，时域采样定理与采样恢复和采样内插公式。第二章介绍了离散时间信号与系统的频域分析，DTFT与Z变换，系统函数的零极点分布。第三章主要讲了离散傅里叶变换DFT及其性质，和频域采样定理。第四章介绍了傅里叶快速变换FFT，熟悉了其原理特点及方法。五六两章分别介绍了IIR和FIR滤波器，知道了IIR的脉冲响应不变法与双线性变换法及其优缺点，并学会其MATLAB应用设计滤波器，FIR的窗函数法与频域采样法设计滤波器及其MATLAB实现。第七章主要介绍了IIR和FIR滤波器的基本网络结构，通过老师上课习题的练习基本掌握了其结构图的画法。

先说说对课程的建议吧，张晓光老师是个很负责讲课思路也很清晰的老师，知道从学生的角度来讲问题，根据学生的反应来调整课程进度。我们都很喜欢这样的老师，老师开新课之前总是列提纲复习上节课讲的知识，每章结束都根据章节的重要性开一节总结课，这种方式个人觉得很好，希望老师坚持。但是，感觉老师讲题讲的不是很多，或许是课时原因，但我觉得每章结束后开一节例题课，把知识点融进去，毕竟大学生现在做题比较少，这样强制一下效果会更好。这次考试的试题觉得有不少都见过，有的是课后题，但做起来还是有点吃力，应该就是习题练的少，计算跟不上去。至于教材，我觉得编的很好，每章都有相关的MATLAB编程方法，在原理讲清之后就来实践，免去了学生盲目做实验，提高了效率。还有就是老师也很重视实验，总是把相关的MATLAB语句语义讲解清楚，这样我们在编程序时也就相对容易点。但好像老师讲程序时都注重程序的意思了，希望老师以后再讲程序时把它先部分后整体，就是在讲完程序意思后把程序设计思路或框架结构，及各部分要实现什么再讲讲，这样有助于学生设计时设计思路更清晰。再说说考试，老师分卷面成绩和实验成绩及平时成绩，将实验单独考试，可见对实验的重视，也说明MATLAB的重要性，这样确实提高了学生的重视心理，虽然实验做完了，但做完50道题并看完相关讲解，我又收获了不少，理清了设计方法与思路，所以我觉的考试方式还是挺不错的，锻炼了我们各方面的知识。

数字信号课程结束了，真希望您还能教我们别的课。

小组成员：陈文斌、李亚伟、王猛、汪子雄、吴官宝

第5篇：中南大学通信原理实验报告实验二 数字调制

中南大学

《通信原理》 实 验 报 告

学生姓名 学生学号

学 院 信息科学与工程学院

专业班级

完成时间

实验二 数字调制

一、实验目的

1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。

2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。

3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。

4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。

二、实验内容

1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。

2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。

3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。

三、基本原理

本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号(NRZ码)和位同步信号BS(已在实验电路板上连通，不必手工接线)。调制模块将输入的绝对码AK(NRZ码)变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。调制模块内部只用+5V电压。

数字调制单元的原理方框图如图2-1所示，电原理图如图2-2所示(见附录)。

晶振÷2(A)滤波器CAR放大器2PSK调制 射随器2DPSK÷2(B)滤波器CAR/22FSK调制CAR2FSKNRZAK BS码变换BK2ASK调制2ASK

图2-1 数字调制方框图

本单元有以下测试点及输入输出点：

CAR

BK

2DPSK信号载波测试点

相对码测试点

2DPSK

2FSK  2ASK

2DPSK信号测试点/输出点，VP-P>0.5V 2FSK信号测试点/输出点，VP-P>0.5V 2ASK信号测试点，VP-P>0.5V 用2-1中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对应关系如下：

2(A)

2(B)

滤波器A  滤波器B  码变换

2ASK调制

2FSK调制

2PSK调制

放大器

射随器

U8：双D触发器74LS74 U9：双D触发器74LS74 V6：三极管9013，调谐回路 V1：三极管9013，调谐回路

U18：双D触发器74LS74;U19：异或门74LS86

U22：三路二选一模拟开关4053 U22：三路二选一模拟开关4053 U21：八选一模拟开关4051

V5：三极管9013 V3：三极管9013 将晶振信号进行2分频、滤波后，得到2ASK的载频2.2165MHZ。放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK的两个载波，2FSK信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/2和1/4，也是通过分频和滤波得到的。

下面重点介绍2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形与信息代码的关系如图2-3所示。

图2-3 2PSK、2DPSK波形

图中假设码元宽度等于载波周期的1.5倍。2PSK信号的相位与信息代码的关系是：前后码元相异时，2PSK信号相位变化180，相同时2PSK信号相位不变，

可简称为“异变同不变”。2DPSK信号的相位与信息代码的关系是：码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180。码元为“0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不变”。

应该说明的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。实际工程中，2PSK或2DPSK信号载波频率与码速率之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系。但不管是那种关系，上述结论总是成立的。

本单元用码变换——2PSK调制方法产生2DPSK信号，原理框图及波形图如图2-4所示。相对于绝对码AK、2PSK调制器的输出就是2DPSK信号，相对于相对码、2PSK调制器的输出是2PSK信号。图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与AK、BK的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK来说是“1变0不变”关系，对于BK来说是“异变同不变”关系，由AK到BK的变换也符合“1变0不变”规律。

图2-4中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。 2DPSK通信系统可以克服上述2PSK系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK而不用2PSK(多进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPSK)，此问题将在数字解调实验中再详细介绍。

AKBK-1+TSBK2DPSK(AK)2PSK调制2PSK(BK)

图2-4 2DPSK调制器

2PSK信号的时域表达式为

S(t)= m(t)Cosωct 式中m(t)为双极性不归零码BNRZ，当“0”、“1”等概时m(t)中无直流分量，S(t)中无载频分量，2DPSK信号的频谱与2PSK相同。

2ASK信号的时域表达式与2PSK相同，但m(t)为单极性不归零码NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信号中有载频分量。

2FSK信号(相位不连续2FSK)可看成是AK与AK调制不同载频信号形成的两个2ASK信号相加。时域表达式为

S(t)m(t)cosc1tm(t)cosc2t

式中m(t)为NRZ码。

fc-fs fc fc+fs f2ASKfc-fs fc fc+fs2PSK(2DPSK)f fc1-fs fc1 fc2 fc2+fs2FSKf图2-5 2ASK、2PSK(2DPSK)、2FSK信号功率谱

设码元宽度为TS，fS =1/TS在数值上等于码速率，2ASK、2PSK(2DPSK)、2FSK的功率谱密度如图2-5所示。可见，2ASK、2PSK(2DPSK)的功率谱是数字基带信号m(t)功率谱的线性搬移，故常称2ASK、2PSK(2DPSK)为线性调制信号。多进制的MASK、MPSK(MDPSK)、MFSK信号的功率谱与二进制信号功率谱类似。

本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2ASK、2PSK(2DPSK)、2FSK也具有离散谱。

四、实验步骤

本实验使用数字信源单元及数字调制单元。

1、熟悉数字调制单元的工作原理。接通电源，打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方N(NRZ)端。

2、用数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1接信源单元的(NRZ-OUT)AK(即调制器的输入)，CH2接数字调制单元的BK，信源单元

的K

1、K

2、K3置于任意状态(非全0)，观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。

3、示波器CH1接2DPSK，CH2分别接AK及BK，观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号相位变化与相对码的关系(此关系即是2PSK信号相位变化与信源代码的关系)。注意：2DPSK信号的幅度比较小，要调节示波器的幅度旋钮，而且信号本身幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。

2DPSK AK 2DPSK BK

4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK;观察这两个信号与AK的关系(注意“1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的)。

AK 2FSK AK SASK

5、用频谱议观察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱(条件不具备时不进行

此项观察)。

条件不具备

五、实验报告要求

1、设绝对码为全

1、全0或1001 1010，求相对码。 绝对码全为1时，相对码为：1010 1010 绝对码全为0时，相对码为：0000 0000 绝对码为1001 1010时，相对码为：1110 1100

2、设相对码为全

1、全0或1001 1010，求绝对码。 相对码全为1时，绝对码为：1000 0000 相对码全为0时，绝对码为：0000 0000 相对码为1001 1010时，绝对码为：1101 0111

3、设信息代码为1001 1010，假定载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2DPSK及2PSK信号波形。

4、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。

规律：相对码的码反变换规则为 “比较相对码本码元与前一码元 电位相同 绝对码为0，否则为1”，反变化与之相反。

5、总结2DPSK信号的相位变化与信息代码(即绝对码)之间的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码之间的关系(即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系)。

2DPSK 信号的相位变化与绝对码(信息代码)之间的关系是：“1 变0 不变”，即“1”码对应的2DPSK 信号的初相相对于前一码元内2DPSK 信号的末相变化180º，“0”码对应的2DPSK 信号的初相与前一码元内2DPSK 信号的末相同。

2PSK 信号的相位变化与相对码(信息代码)之间的关系是：“异变同不变”，即当前码元与前一码元相异时则当前码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的末相变化180º。相同时则码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的末相无变化。

第6篇：《数字图像处理》实验教案

数 字 图 像 处 理

实 验 指 导 书

信息科学与工程学院电子系

二○○六年

前

言

数字图像处理是研究数字图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中应用的学科，是电子信息类本科专业的专业课。

本课程侧重于数字图像的基本处理，并对图像分析的基本理论和实际应用进行系统介绍;目的是使学生系统掌握数字图像处理的基本概念、原理和实现方法，学习图像分析的基本理论、典型方法和实用技术，具备解决通信领域的图像相关问题的初步能力，为今后的研究与开发打下扎实的基础。

目

录

实验一 常用的图像文件格式与格式转换和图像矩阵的显示方实验二 实验三

法 …………………………………………………………2

傅立叶变换……………………………………………………4 图像增强及编程处理…………………………………………5

实验一 常用的图像文件格式与格式转换和图像矩阵的显示方法

1. 实验目的

熟悉Matlab语言的初步使用;

熟悉常用的图像文件格式与格式转换;

熟悉图像矩阵的显示方法(灰度、索引、黑白、彩色); 熟悉图像矩阵的格式转换 2. 实验内容

练习图像读写命令imread和imwrite并进行图像文件格式间的转换。特别是索引图像与1，4，8，16比特图像的存储与转换。

熟悉下列模块函数 Image file I/O.

imread

- Read image file.

imwrite

Create and display image

imagesc

Make movie from multiframe indexed image.

imshow

- Display image.

subimage

- Display multiple images in single figure.

truesize

- Adjust display size of image.

warp

- Display image as texture-mapped surface. zoom

- Zoom in and out of image or 2-D plot. 3. 实验步骤

a. Load cameraman.tif image from your hard disk (using function imread). b. Show the image in a figure window (using function image or imshow). c. Draw a brightness bar on the right side of the image(using function colorbar). d. Get image data from the current figure(axes) (using function getimage). e. Show the gray level of the image between 64 to 128 (using function imagesc). f. Make a movie from a 4-D image (load mri, make the movie by immovie, then show movie by function movie).

object.

g. Draw the cameraman image on a cylinder (using function warp). Question: how to show the cameraman like this

Requirement: write a report to do the experiment from a to g.

实验二

傅立叶变换

1.实验目的

熟悉傅立叶变换的概念和原理; 理解Fourier变换的意义。

2.实验内容

用Fourier变换算法对图像进行Fourier变换; 评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。

3.实验步骤

<1>产生如图所示图像f1(x,y)(128×128 大小，暗处=0，亮处=255)，用MATLAB中的fft2函数对其进行FFT;

<2>同屏显示原图f1和FFT(f1)的幅度谱图;

<3>若令f2(x,y)=(-1)

xy f1(x,y)，重复以上过程，比较两幅图像的幅度谱的异同，简述理由;

<4>若将f2(x,y)顺时针旋转45度得到f3(x,y)，试显示FFT(f3)的幅度谱，并与FFT(f2)的幅度谱进行比较;

<5>评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。

4. 实验报告

<1>简述实验目的及原理;

<2>给出实验代码，并加以注释; <3>对实验现象加以说明和讨论。

实验三

图像增强及编程处理

1. 实验目的

观察数字图像增强的效果; 熟悉数字图像增强的一般方法;

掌握数字图像增强的一般方法的Matlab编程实现。 2. 实验内容

使用Photoshop观察数字图像增强的效果; 练习和掌握图像增强的Matlab编程。

熟悉下列模块函数 Image enhancement.

histeq

Adust imae intensity values or colormap. Image noising. imnoise

- Add noise to an image. Image filtering

medfilt2

- Perform 2-D median filtering.

ordfilt2

Perform 2-D adaptive noise-removal filtering.

3. 实验步骤

<1> 使用Photoshop观察数字图像增强的效果 a. 对比度增强

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。

3)在图像菜单调整子菜单中选亮度/对比度项，调节对比度滑块，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。 b. 灰度变换

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。 3)在图像菜单调整子菜单中选反相项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。 5)画出灰度变换曲线。

6)在编辑菜单中选返回项，恢复原始图像。

7)在图像菜单调整子菜单中阈值项，调节阈值色阶滑块，观察图像变化。

8)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。 9)画出灰度变换曲线。

c. 直方图均衡化

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。 3)在图像菜单调整子菜单中选色调均化项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。

d. 图像平滑

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。

3)在滤镜菜单模糊子菜单中选进一步模糊项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。 5)在编辑菜单中选返回项，恢复原始图像。

6)在滤镜菜单模糊子菜单中选高斯模糊项，观察图像变化。

7)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同(2)中的直方图比较。 8)在Matlab Help菜单中, 选Demos项。

9)打开ToolboxesImage Processing项，选Noise Reduction Filtering，并运行。

10)选图像Blood、噪声类型Salt & Pepper、滤波器类型Median、邻域3x3，比较原始图像、受噪声污染图像、滤波后图像。 11)改变参数，重做(10)。

12)选其他图像，重做(10)-(11)。

13)思考何种滤波器对抑制何种类型噪声更有效，邻域大小对抑制噪声效果及图像模糊程度的影响。

<2> 图像增强的Matlab编程

a. Load cameraman.tif image from your hard disk (using function imread). b. Show the image in a figure window. c. Show the histogram of the image (using function imhist). d. Enhance the contrast of the image using histogram equalization. e. Show the histogram of the image after processing. f. Compare the qualities of two images and makes a discussion about them. g. Add noises, such as gaussian, salt&pepper, speckle noise into the image respectively. Compare with the influence of the different Means and Variance. h. Remove the added noise from the image by function medfilt2, ordfilt2 and wiener2 respectively. Compare the qualities of the original images with the processed images and discuss the effect of the methods.

Requirement:

Write a report to do the experiment . Make sure the report includes the discussion about the experiment. If the report just is a copy from others, the report will have a zero mark.

第7篇：简易photoshop代码数字图像处理实验报告

一.一个简单的“photoshop”软件 二.设计目的：

数字图像处理，就是用数字计算机及其他有关数字技术，对图像进行处理，以达到预期的目的。随着计算机的发展，图像处理技术在许多领域得到了广泛应用，数字图像处理已成为电子信息、通信、计算机、自动化、信号处理等专业的重要课程。

数字图像处理课程设计是在完成数字图像处理的相关理论的学习后，进行的综合性训练课程，其目的主要包括：

1、使学生进一步巩固数字图像处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法;

2、增强学生应用VC++编写数字图像处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力;

3、尝试将所学的内容解决实际工程问题，培养学生的工程实践能力，提高工科学生的就业能力。

三.设计内容： 1.打开图像： 主要代码：

static char szFilter[]="BMP文件(*.bmp)|*.bmp||"; //定义过滤文件的类型

象

CString filename;

int ret=dlg.DoModal(); //运行打开文件对方框

if(ret==IDOK)

{

filename=dlg.GetFileName();

//获取所选择图像的路径

m_dib.LoadFromFile(filename);

//加载图像

if(!m_dib.m_bLoaded)

//判断是否加载图像成功

{ AfxMessageBox("图像打不开");

} return;

CFileDialog dlg(TRUE,"bmp",NULL, OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,szFilter);//定义文件对话框对

效果图：

2.水平镜像：把图像的第一列和最后一列调转，第二列和倒数第二列换过来，以此类推下去，直到第nw/2为止。 代码： int temp,i,j;

for(j=0;j

for(i=0;i

{

temp=m_dib.m_pdata[j*nw+i];

m_dib.m_pdata[j*nw+i]=m_dib.m_pdata[nw-i-1+j*nw];

m_dib.m_pdata[nw-i-1+j*nw]=temp;

} 效果图：

3.素描风格：先把灰度值与右下的作对比，如果差值大于一个值则说明这是轮廓，先把非轮廓的位置像素置为黑色，最后对所有像素进行底片化处理 代码： int temp,i,j;

for(j=0;j

for(i=0;i

{

temp=m_dib.m_pdata[j*nw+i]-m_dib.m_pdata[(j+1)*nw+i+1];

} if(temp<10) m_dib.m_pdata[j*nw+i]=0;

//黑色为0

for(j=0;j

for(i=0;i

效

{

int gray=m_dib.m_pdata[j*nw+i];

m_dib.m_pdata[j*nw+i]=255-gray;

}

果

图：

4图像雾化：在图像中引入一定的随机值，打乱图像中的像素值

代码：

int i,j,k,dat;

//i表示列，j表行

byte *ptemp=(byte *)new byte[nw*nh];

memset(ptemp,0,nw*nh);

for(j=0;j

for(i=0;i

{

k=rand()%8;//取任意的随机值

dat=j*nw+i+k; if(dat>=nw*nh) dat=nw*nh-1; ptemp[j*nw+i]=m_dib.m_pdata[dat];

} memcpy(m_dib.m_pdata,ptemp,nw*nh); 效果图：

5.浮雕处理：通过勾画图象轮廓和降低周围像素色值,从而生成具有凹凸感的浮雕效果。其方法是生成一缓冲区，计算当前像素的左上角与右下角的像素值之差，再加上一个补值。将其存储到缓冲区。再将缓冲区的数据逐点替换到图像中并显示出来。 代码：

int w=3,i,j;

//w为模板宽度

BYTE *p=new BYTE[nw*nh];

memcpy(p,m_dib.m_pdata,nw*nh);

for(j=w/2;j

for(i= w/2;i

{

p[j*nw+i]=m_dib.m_pdata[(j-1)*nw+i-1]*(1)+m_dib.m_pdata[(j+1)*nw+i+1]*(-1)+120;

}

memcpy(m_dib.m_pdata,p,nw*nh);

delete []p; 效果图：

6.直方图均衡化 代码：

int n[256]={0},g[256]={0}; //定义频数数组n,均衡化每个像素的灰度级的数组g

double f[256],t[256]; //定义频率数组f，累加的频率数组t

int g_max=0,g_mim=255;

int i,j,k,z;

for(j=0;j

//统计灰度级的频数n for(i=0;i

z=m_dib.m_pdata[j*nw+i];

n[z]++;

}

for(k=0;k<=255;k++)

//统计每个灰度级出现的频率

f[k]=n[k]/(nw*nh*1.0);

//累计灰度级的频率

t[0]=f[0]; for(k=1;k<=255;k++)

t[k]=t[k-1]+f[k];

for(j=0;j

for(i=0;i

g_max=w>g_max?w:g_max; //得到最大值

g_mim=w

}

for(k=0;k<=255;k++)

//利用公式求每个像素均衡化后的灰度级

g[k]=(int)((g_max-g_mim)*t[k]+g_mim+0.5);

for(j=0;j

//逐个替换

for(i=0;i

k=m_dib.m_pdata[j*nw+i];

m_dib.m_pdata[j*nw+i]=g[k];

}

for(j=0;j

//计算均衡化的直方图

{

//绘制原图像的直方图

for(i=0;i

{

BYTE temp=m_dib.m_pdata[j*nw+i];

m_hist[temp]++; } m_bHist=true;

CString str; int nh=m_dib.GetDIBHeight(); int i; // 画坐标轴

// 绘制坐标轴

pDC->MoveTo(410,nh+20); //(410，nh+20 )是直方图的左上角坐标

// 垂直轴

pDC->LineTo(410,nh+200);//(410，nh+200 )是直方图的左下角坐标

// 水平轴

pDC->LineTo(710,nh+200);//(710，nh+200 )是直方图的右下角坐标

// 写X轴刻度值

str.Format("0"); pDC->TextOut(410, nh+200+10, str); str.Format("50"); pDC->TextOut(460, nh+200+10, str); str.Format("100"); pDC->TextOut(510, nh+200+10, str); str.Format("150"); pDC->TextOut(560, nh+200+10, str); str.Format("200"); pDC->TextOut(610, nh+200+10, str); str.Format("255"); pDC->TextOut(665, nh+200+10, str); // 绘制X轴刻度 for ( i = 0; i < 256; i += 25) {

if ((i & 1) == 0) {

} // 10的倍数

pDC->MoveTo(i + 10, nh+200-2); pDC->LineTo(i + 10, nh+200+2);

}

else {

} // 10的倍数

pDC->MoveTo(i + 10, nh+200-2); pDC->LineTo(i + 10, nh+200+2); } // 绘制X轴箭头

pDC->MoveTo(705,nh+200-5); pDC->LineTo(710,nh+200); pDC->LineTo(705,nh+200+5); // 绘制y轴箭头

pDC->MoveTo(410,nh+20); pDC->LineTo(405,nh+20+5); pDC->MoveTo(410,nh+20); pDC->LineTo(415,nh+20+5); int max=0; for(i=0;i<256;i++) if(m_yuan[i]>max) {

} max=m_yuan[i];

for(i=0;i<256;i++) pDC->MoveTo(410+i,nh+200); pDC->LineTo(410+i,nh+200-(m_yuan[i]*160/max)); } if(m_bHist==true) //绘画新的直方图 {

CString str; int nh=m_dib.GetDIBHeight(); int i; // 画坐标轴 // 绘制坐标轴

pDC->MoveTo(10,nh+20); //(10，nh+20 )是直方图的左上角坐标

// 垂直轴

pDC->LineTo(10,nh+200);//(10，nh+200 )是直方图的左下角坐标

// 水平轴

pDC->LineTo(310,nh+200);//(310，nh+200 )是直方图的右下角坐标

// 写X轴刻度值 str.Format("0");

pDC->TextOut(10, nh+200+10, str); str.Format("50"); pDC->TextOut(60, nh+200+10, str); str.Format("100"); pDC->TextOut(110, nh+200+10, str); str.Format("150"); pDC->TextOut(160, nh+200+10, str); str.Format("200"); pDC->TextOut(210, nh+200+10, str); str.Format("255"); pDC->TextOut(265, nh+200+10, str); // 绘制X轴刻度 for ( i = 0; i < 256; i += 25) {

if ((i & 1) == 0) { // 10的倍数

} else {

// 10的倍数

pDC->MoveTo(i + 10, nh+200-2); pDC->LineTo(i + 10, nh+200+2); pDC->MoveTo(i + 10, nh+200-2); pDC->LineTo(i + 10, nh+200+2); } } // 绘制X轴箭头

pDC->MoveTo(305,nh+200-5); pDC->LineTo(310,nh+200); pDC->LineTo(305,nh+200+5); // 绘制y轴箭头 pDC->MoveTo(10,nh+20); pDC->LineTo(5,nh+20+5); pDC->MoveTo(10,nh+20); pDC->LineTo(15,nh+20+5); int max=0; for(i=0;i<256;i++) if(m_hist[i]>max) { max=m_hist[i];

for(i=0;i<256;i++) pDC->MoveTo(10+i,nh+200); pDC->LineTo(10+i,nh+200-(m_hist[i]*160/max));

} } 效果图：

四.心得体会：

通过这次数字图像处理的课程设计，对图片有了更深一层的认识，理解了对图像处理的一些原理，在这个课程设计过程中，需要自己去查阅资料，找资料，还需要理解所找到的资料，遇到问题独立去思考，或者去请教同学，给了我一个很好的锻炼机会，做事情一定要坚持，最后一定会有收获的。

五.参考文献：

《数字图像处理》 ——电子工业出版社

《vc++数字图像处理实验指导书》 曹老师、何家峰主编

第8篇：数字信号处理实验讲稿

邯 郸 学 院

讲 稿

2010 ～2011 学年 第 一 学期

分院(系、部)： 信息工程学院 教 研 室： 电子信息工程 课 程 名 称： 数字信号处理

授 课 班 级： 07级电子信息工程

主 讲 教 师： 王苗苗 职

称：

助教(研究生)

使 用 教 材： 《数字信号处理》

制 作 系 统：

Word2003

邯郸学院制

实验一.. Matlab仿真软件介绍

一、实验目的

熟悉Matlab仿真软件

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、学习Matlab仿真软件的安装

2、熟悉Matlab仿真软件的操作环境

3、直接在Matlab仿真软件的命令窗口实现数值计算

4、编写M文件

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

1、熟悉Matlab仿真软件

2、参阅Matlab及在电子信息类课程中的应用(第2版)唐向宏 电子工业出版社

实验二 离散信号和系统分析的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现离散信号和系统分析

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab产生离散信号

2、利用Matlab计算离散卷积

3、利用Matlab求解离散LTI系统响应

4、利用Matlab计算DTFT

5、利用Matlab实现部分分式法

6、利用Matlab计算系统的零极点

7、利用Matlab进行简单数字滤波器设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验三 利用Matlab实现信号DFT的计算

一、实验目的

1、Matlab实现信号DFT的计算

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab计算信号的DFT

2、利用Matlab实现由DFT计算线性卷积

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验四 利用Matlab实现滤波器设计

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、 利用Matlab实现模拟低通滤波器的设计

2、 利用Matlab实现模拟域频率变换

3、 利用Matlab实现脉冲响应不变法

4、 利用Matlab实现双线性变换法

5、 利用Matlab实现数字滤波器设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验五 利用Matlab实现FIR滤波器设计

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现窗函数法

2、利用Matlab实现频率取样法

3、利用Matlab实现优化设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验六.. 随机信号功率谱估计的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现随机序列

2、利用Matlab计算相关函数的估计

3、利用Matlab进行非参数功率谱估计

4、利用Matlab进行AR模型功率谱估计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验七.. 数字滤波器结构的Matlab实现

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、利用Matlab实现数字滤波器直接型设计

2、利用Matlab实现数字滤波器级联设计

3、利用Matlab实现数字滤波器并联型设计

4、利用Matlab实现数字滤波器格型设计

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

实验八.... 利用Matlab实现信号小波分析

一、实验目的

1、Matlab实现实现滤波器设计

2、进一步熟悉Matlab软件操作

二、实验设备和元器件

含Matlab仿真软件的计算机

三、实验内容和步骤

1、小波测试信号

2、分解与重构滤波器组

3、离散小波变换

4、离散小波反变换

5、基于小波的信号去噪

6、基于小波的信号压缩

四、实验报告要求

按照《Matlab程序设计》模板提交实验报告

五、预习要求

预习课本上的相关内容

第9篇：数字信号处理实验-FFT的实现

实

验

报

告

学生姓名：

学 号：

指导教师：

一、实验室名称：数字信号处理实验室

二、实验项目名称：FFT的实现

三、实验原理：

一.FFT算法思想：

1.DFT的定义：

对于有限长离散数字信号{x[n]}，0  n  N-1，其离散谱{x[k]}可以由离散付氏变换(DFT)求得。DFT的定义为：

N1X[k]通常令ej2Nx[n]en0j2Nnk，k=0,1,…N-1 WN，称为旋转因子。

2.直接计算DFT的问题及FFT的基本思想：

由DFT的定义可以看出，在x[n]为复数序列的情况下，完全直接运算N点DFT需要(N-1)2次复数乘法和N(N-1)次加法。因此，对于一些相当大的N值(如1024)来说，直接计算它的DFT所作的计算量是很大的。

FFT的基本思想在于，将原有的N点序列分成两个较短的序列，这些序列的DFT可以很简单的组合起来得到原序列的DFT。例如，若N为偶数，将原有的N

22点序列分成两个(N/2)点序列，那么计算N点DFT将只需要约[(N/2) ·2]=N/2次复数乘法。即比直接计算少作一半乘法。因子(N/2)2表示直接计算(N/2)点DFT所需要的乘法次数，而乘数2代表必须完成两个DFT。上述处理方法可以反复使用，即(N/2)点的DFT计算也可以化成两个(N/4)点的DFT(假定N/2为偶数)，从而又少作一半的乘法。这样一级一级的划分下去一直到最后就划分成两点的FFT运算的情况。

3.基2按时间抽取(DIT)的FFT算法思想：

设序列长度为N2L，L为整数(如果序列长度不满足此条件，通过在后面补零让其满足)。

将长度为N2L的序列x[n](n0,1,...,N1)，先按n的奇偶分成两组：

x[2r]x1[r]x[2r1]x2[r]，r=0,1,…,N/2-1 DFT化为：

N1N/21N/21X[k]DFT{x[n]}N/21n0x[n]WnkN2rkr0x[2r]W2rkNr0x[2r1]WN(2r1)kN/21r0N/21x1[r]Wx1[r]W2rkNWWkNr0N/21x2[r]WN

r0rkN/2kNr0x2[r]WN/22rkrk上式中利用了旋转因子的可约性，即：WNN/21NrkN/21rkWN/2。又令

rkX1[k]r0x[1r]W,/X2[k]2r0x[r]WN2，则上式可以写成： /2X[k]X1[k]WNX2[k](k=0,1,…,N/2-1)

k可以看出，X1[k],X2[k]分别为从X[k]中取出的N/2点偶数点和奇数点序列的N/2点DFT值，所以，一个N点序列的DFT可以用两个N/2点序列的DFT组合而成。但是，从上式可以看出，这样的组合仅表示出了X[k]前N/2点的DFT值，还需要继续利用X1[k],X2[k]表示X[k]的后半段本算法推导才完整。利用旋转因子的周期性，有：WN/2WN/2X1[N2N/21rkr(kN/2)，则后半段的DFT值表达式：

rkk]r0x1[r]W2N/2r(Nk)N/21r0x1[r]WN/2X1[k]，同样，X2[N2k]X2[k]

(k=0,1,…,N/2-1)，所以后半段(k=N/2,…,N-1)的DFT值可以用前半段k值表达式获得，中间还利用到WN(N2k)NWN2Wk得到后半段的X[k]值表达式W，

k为：X[k]X1[k]WNkX2[k](k=0,1,…,N/2-1)。

这样，通过计算两个N/2点序列x1[n],x2[n]的N/2点DFTX1[k],X2[k]，可以组合得到N点序列的DFT值X[k]，其组合过程如下图所示：

X1[k] X1[k]WNkX2[k]

X2[k] WNnk -1 X1[k]WNkX2[k]

比如，一个N = 8点的FFT运算按照这种方法来计算FFT可以用下面的流程图来表示：

x(0)W0x(1)W0x(2)W0x(3)W2W0W1W0x(5)W0x(6)W0x(7)W2X(7)W3X(6)W2X(5)X(3)X(2)X(1)X(0)x(4)X(4)

4.基2按频率抽取(DIF)的FFT算法思想：

设序列长度为N2L，L为整数(如果序列长度不满足此条件，通过在后面补零让其满足)。

在把X[k]按k的奇偶分组之前，把输入按n的顺序分成前后两半：

N1N/21nkNN1X[k]DFT{x[n]}N/21N/21x[n]Wn0(nn0N2)kx[n]WnkNnN/2x[n]WNnkn0N/21x[n]WnkNn0x[nNkN2]WNnk

Nn0[x[n]x[nN2NkN2]W2N]WN,k0,1,...,N1因为W2N1，则有WX[k](1)，所以：

kkN/21n0[x[n](1)x[nN2]]WN,k0,1,...,N1

nk按k的奇偶来讨论，k为偶数时：

N/21X[2r]n0[x[n]x[nN2]]WN,k0,1,...,N1 N22rnN/21k为奇数时：X[2r1]前面已经推导过WNN/21n0[x[n]x[n]]WN(2r1)n,k0,1,...,N1

2rkWN/2，所以上面的两个等式可以写为：

N2]]WN/2,r0,1,...,N/21 N2rnrkX[2r]n0[x[n]x[nN/21X[2r1]n0{[x[n]x[n]]WN}WN/2,r0,1,...,N/21

nnr通过上面的推导，X[k]的偶数点值X[2r]和奇数点值X[2r1]分别可以由组合而成的N/2点的序列来求得，其中偶数点值X[2r]为输入x[n]的前半段和后半段之和序列的N/2点DFT值，奇数点值X[2r1]为输入x[n]的前半段和后半段之差再与WN相乘序列的N/2点DFT值。

令x1[n]x[n]x[nN/21nN2]，x2[n][x[n]x[nN/21N2]]WN，则有：

nX[2r]n0x1[n]WrnN/2,X[2r1]n0x2[n]WrnN/2,r0,1,...,N21

这样，也可以用两个N/2点DFT来组合成一个N点DFT，组合过程如下图所示：

x[n] x[n]x[nN2]

x[nN2] -1 WNn [x[n]x[nN2]]WNn

二.在FFT计算中使用到的MATLAB命令：

函数fft(x)可以计算R点序列的R点DFT值;而fft(x,N)则计算R点序列的N点DFT，若R>N，则直接截取R点DFT的前N点，若R

四、实验目的：

离散傅氏变换(DFT)的目的是把信号由时域变换到频域，从而可以在频域分析处理信息，得到的结果再由逆DFT变换到时域。FFT是DFT的一种快速算法。在数字信号处理系统中，FFT作为一个非常重要的工具经常使用，甚至成为DSP运算能力的一个考核因素。

本实验通过直接计算DFT，利用FFT算法思想计算DFT，以及使用MATLAB函数中的FFT命令计算离散时间信号的频谱，以加深对离散信号的DFT变换及FFT算法的理解。

五、实验内容：

a) 计算实数序列x(n)cos516n,0n256的256点DFT。

b) 计算周期为1kHz的方波序列(占空比为50%，幅度取为+/-512，采样频率为25kHz，取256点长度) 256点DFT。

六、实验器材(设备、元器件)：

安装MATLAB软件的PC机一台，DSP实验演示系统一套。

七、实验步骤：

(1) 先利用DFT定义式，编程直接计算2个要求序列的DFT值。

(2) 利用MATLAB中提供的FFT函数，计算2个要求序列的DFT值。 (3) (拓展要求)不改变序列的点数，仅改变DFT计算点数(如变为计算1024点DFT值)，观察画出来的频谱与前面频谱的差别，并解释这种差别。通过这一步骤的分析，理解频谱分辨力的概念，解释如何提高频谱分辨力。

(4) 利用FFT的基本思想(基2-DIT或基2-DIF)，自己编写FFT计算函数，并用该函数计算要求序列的DFT值。并对前面3个结果进行对比。

(5) (拓展要求)尝试对其他快速傅立叶变换算法(如Goertzel算法)进行MATLAB编程实现，并用它来计算要求的序列的DFT值。并与前面的结果进行对比。

(6) (拓展要求)在提供的DSP实验板上演示要求的2种序列的FFT算法(基2-DIT)，用示波器观察实际计算出来的频谱结果，并与理论结果对比。

八、实验数据及结果分析：

程序： (1) 对要求的2种序列直接进行DFT计算的程序

(2) 对要求的2种序列进行基2-DIT和基2-DIF FFT算法程序 (3) 对要求的2种序列用MATLAB中提供的FFT函数进行计算的程序

结果：(1)对2种要求的序列直接进行DFT计算的频域波形

(2)对2种要求的序列进行基2-DIT和基2-DIF FFT算法频域波形 (3)对2种要求的序列用MATLAB中提供的FFT函数计算的频域波形。 (4)(拓展要求)分析利用上面的方法画出的信号频谱与理论计算出来的频谱之间的差异，并解释这种差异。

(5)(拓展要求)保持序列点数不变，改变DFT计算点数(变为1024点)，观察频谱的变化，并分析这种变化，由此讨论如何提高频谱分辨力的问题。

九、实验结论：

十、总结及心得体会：

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：