电信综合实验指导书-信号处理.doc

电子信息工程专业综合实验指导书山东建筑大学信息与电气工程学院电子信息工程教研室2009年3月实验一、基于嵌入式的车载信息系统设计一、实验目的1理解和掌握嵌入式系统的设计理念与设计方法。2掌握Protel 原理图设计方法。二、实验说明车载信息系统功能说明1固定信息显示及重要信息语音提示功能此系统可以通过车辆信号采集模块将车辆信息采集上来以汉字点阵的形式显示在LCD液晶显示模块上。并具有重要信息的语音提示功能。2移动信息显示功能接受来自指定寻呼台（固定频率）发送的相关信息（包括交通信息、气象信息等）并将所接收的信息显示在LCD液晶屏上。3刷卡功能乘客乘车可用随身携带的公交IC卡刷卡乘车。4GPS定位功能车辆装备全球卫星定位系统后，可实现GPS定位导航，使出租车调度科学化，大大提高车辆利用率。5黑匣子功能车辆上装备有记录车辆行驶情况的黑匣子，可以记录出租车的行车速度、刹车、汽油消耗等数据。因此可以出现事故后用来分析事故原因。6信息传输功能（USB与RS232串口）车辆信息可以通过USB接口或者RS232串口下载到存储器中。7LED显示和键盘功能三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用12ARM试验箱13Protel 99 软件四、实验内容1嵌入式最小系统设计 根据实验说明选定嵌入式CPU主芯片，掌握芯片的功能，各管脚功能并根据所选芯片选择设计嵌入式最小系统。包括电源电路、时钟电路（晶振）、复位电路等电路。如图1所示。2存储器扩展电路设计 根据实验说明选择至少两种功能进行设计，根据选择的设计功能选择存储器芯片，并设计CPU芯片与存储器连接电路。 3自选功能电路设计根据实验说明，选择至少两种功能进行设计，根据选择功能选择各功能芯片包括显示（LCD）功能、语音功能、数模转换功能（ADC）、LED显示与键盘输入功能、USB传输、UART通信串口功能、IC卡读写器设计（基于I2C）、GPS接收器设计等如图2所示。晶振电路CPU芯片复位电路电源 图1 最小系统电路信息接收机液晶显示屏语音电路操作键盘UART通信接口CPU芯片Flash存储器IC卡读写器数据存储器GPS模块行车记录信号采集模块USB/RS232接口 图2 功能结构图4根据所选功能电路，在Protel画出车载系统的硬件设计电路。五、预习思考题 根据嵌入式系统设计，复习各种硬件设计，分析车载系统功能，预习Protel设计软件。六、实验报告1分析基于嵌入式车载系统的功能实现。2简述并画出设计功能结构图，并用Protel实现硬件设计图纸。3心得体会及其他。附录：嵌入式设计图纸实例实验二、建筑物与建筑群结构化综合布线系统安装与测试一、实验目的与要求结构化综合布线系统如今已是智能建筑电气工程设计必不可少的内容之一。对于毕业设计选择建筑工程类电气设计特别是弱电系统设计题目的学生，在开始毕业设计工作之前，通过本实验，使学生加深对建筑物及建筑群弱电布线和计算机通信工程相关知识的理解和掌握，提高设计的基本技能及分析、解决实际工程问题的能力，更好地完成毕业设计任务。实验基本要求： 1提高学生综合运用知识的能力，通过独立思考，深入钻研有关问题，学会独立分析、解决实际问题的方法。 2通过实际安装和操作，培养学生动手能力。 3通过实际操作，加深学生对综合布线系统各子系统及相关各种材料的认识。4通过实际操作，让学生初步掌握基本的工程安装规范。二、实验内容在系统学习综合布线系统基本理论及相关标准和规范的基础上，学习并掌握一般布线系统的安装技术1配线架的辨识、布置与安装认识机柜式配线架、普通安装配线架、110系列配线架、RJ45配线架。了解机柜式配线架的安装方法。了解普通配线架的安装方法。了解线缆管理器或过线槽的作用、配置及安装方式。2水平电缆的辨识与卡接认识水平电缆，掌握电缆各种标示的含义。掌握电缆在配线架内的走线方式和卡接顺序。掌握常用卡接工具的功能和使用方法。掌握水平电缆的卡接规范。3垂直电缆的辨识与卡接认识大对数电缆的标识。掌握电缆在配线架内的走线方式和卡接顺序。掌握常用卡接工具的功能和使用方法。掌握垂直电缆的卡接规范。4信息插座的辨识与安装认识常用的各种信息插座面板。掌握一般信息插座模块的接线规范和线序排列。掌握信息插座模块的卡接技术。掌握信息插座的和面板的安装。5设备子系统、管理子系统的维护了解配线架的标识方法。了解跳线的作用、种类和使用方法。6链路测试理解链路和信道的概念。掌握基本链路的测试方法。掌握一般常用测试仪表的使用方法。了解综合测试仪的测试功能和使用方法。三、实验报告要求1对所有实际动手操作完成的实验内容，要求写出实验步骤；2对测试结果进行完整记录，写入实验报告；3对异常测试结果进行分析，在报告中写明原因。4对本实验项目提出意见和建议。四、成绩评定1考核依据1）学生在实验期间的实际表现及工作能力。2）实验报告质量。2评分方式实验成绩按百分制计分，系统安装占本实验总成绩的60%，实验报告占本实验总成绩的40%。五、时间安排 本实验计划学时为25天。实验三、数字图像的退化与复原一、实验目的1掌握数字图像的存取与显示方法。2理解数字图像运动模糊、高斯模糊以及其他噪声引起模糊（图像降质现象）的物理本质。3掌握matlab的开发环境。4掌握降质图像的逆滤波复原和维纳滤波复原方法。 二、实验原理此实验是对数字图像处理课程的一个高级操作。在深入理解与掌握数字图像退化的基础理论上，利用逆滤波与维纳滤波方法对数字图像进行复原。1 图像的退化 数字图像在获取过程中，由于光学系统的像差、光学成像衍射、成像系统的非线性畸变、成像过程的相对运动、环境随机噪声等原因，图像会产生一定程度的退化。2 图像的复原 图像复原是利用图像退化现象的某种先验知识，建立退化现象的数学模型，再根据模型进行反向的推演运算，以恢复原来的景物图像。因而图像复原可以理解为图像降质过程的反向过程。3 图像降质的数学模型图像复原处理的关键问题在于建立退化模型。输入图像f(x,y)经过某个退化系统后输出的是一幅退化的图像。为了讨论方便，把噪声引起的退化即噪声对图像的影响一般作为加性噪声考虑。原始图像f(x,y)经过一个退化算子或退化系统H(x,y)的作用，再和噪声n(x,y)进行叠加，形成退化后的图像g(x,y)。图1表示退化过程的输入和输出关系，其中H(x,y)概括了退化系统的物理过程，就是要寻找的退化数学模型。f(x,y)H(x,y)+n (x,y)g(x,y)图1 图像的退化模型数字图像的图像恢复问题可以看作是：根据退化图像g(x,y)和退化算子H(x,y)的形式，沿着反向过程去求解原始图像f(x,y)。图像退化的过程可以用数学表达式写成如下形式： g(x,y)=Hf(x,y)+n(x,y) (1)在这里，n(x,y)是一种统计性质的信息。在实际应用中，往往假设噪声是白噪声，即它的频谱密度为常数，并且与图像不相关。在对退化系统进行了线性系统和空间不变系统的近似之后，连续函数的退化模型在空域中可以写成：g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y) (2)在频域中可以写成：G(u,v)=F(u,v)H(u,v)+N(u,v) (3)其中，G(u,v)、F(u,v)、N(u,v)分别是退化图像g(x,y)、原图像f(x,y)、噪声信号n(x,y)的傅立叶变换；H(u,v)是系统的点冲击响应函数h(x,y)的傅立叶变换，称为系统在频率域上的传递函数。可见，图像复原实际上就是已知g(x,y)求f(x,y)的问题或已知G(u,v)求F(u,v)的问题，它们的不同之处在于一个是空域，一个是频域。4 逆滤波逆滤波是非约束复原的一种。非约束复原是指在已知退化图像g的情况下，根据对退化系统H和n的一些了解和假设，估计出原始图像，使得某种事先确定的误差准则为最小。由于g = Hf + n (4)我们可得：n = g - Hf (5)逆滤波法是指在对n没有先验知识的情况下，可以依据这样的最有准则，即寻找一个，使得H在最小二乘方误差的意义下最接近g，即要使n的模或范数（norm）最小： (6)上式的极小值为： (7)如果我们在求最小值的过程中，不做任何约束，由极值条件可以解出为： (8)对上式进行傅立叶变换得： (9)可见，如果知道g(x,y)和h(x,y)，也就知道了G(u,v)和H(u,v).根据上式，即可得出F(u,v)，再经过反傅立叶变换就能求出f(x,y)。 逆滤波是最早应用于数字图像复原的一种方法，并用此方法处理过由漫游者、探索者等卫星探索发射得到的图像。5 维纳滤波维纳滤波是最小二乘类约束复原的一种。在最小二乘类约束复原中，要设法寻找一个最有估计，使得形式为的函数最小化。求这类问题的最小化，常采用拉格朗日乘子算法。也就是说，要寻找一个，使得准则函数 (10)为最小。求解得到 (11)式中，。如果用图像f和噪声的相关矩阵Rf和Rn表示Q，就可以得到维纳滤波复原方法。具体维纳滤波复原方法的原理请参考相关图书。三、实验仪器和设备PC机1台，原始Lena图像文件，matlab编程软件四、预习要求1复习matlab编程软件的使用方法；2复习数字图像处理的一些相关知识；3复习数字图像退化与复原的基本原理；4学习在matlab中如何进行数字图像的退化与复原操作。五、实验内容及步骤1安装Matlab6.x软件实验平台 （如系统已安装Matlab 6.软件 ，直接进第二步）。 2. 读取Lena图像并显示。 3. 设计运动滤波器、设计高斯模糊噪声滤波器。 4. 生成退化或降质图像并显示。 5. 修改相关滤波器参数，观察图像退化或降质程度。 6. 设计逆滤波器，并对降质图像进行复原，比较复原图像与原始图像。 7. 设计维纳滤波器，并对降质图像进行复原，比较复原图像与原始图像。 8. 计算退化图像、不同方法复原后图像的信噪比。六、实验报告要求1. 要求写出上述8个步骤的原代码。 2. 对上述现象进行分析，并得出相关结论。七. 思考题1. 在运动模糊中，图像退化与哪些因素有关？2. 描述无约束图像复原的病态性质。3. 说明噪声对图像复原的影响实验四、网络视频监控系统实验一、实验目的1掌握网络视频监控系统设计原则和设计方法。2掌握几种典型网络视频服务器的配置方法和系统连接方法。3掌握基于网络视频服务器的远程监控软件开发步骤，熟悉其开发环境。4掌握几种典型的视频采集卡和摄像头的使用方法。 5掌握通过电视录放卡和摄像头的安装和使用来掌握视频的录制，通过超级门卫视频监控软件的安装和配置结合USB摄像头的使用掌握组建小型监控系统的方法。二、实验原理此实验是对数字图像处理、嵌入式系统原理与应用、DSP原理与应用数据通信与计算机网络、WINDOWS编程、程序设计等课程的知识要点进行提取而设计的一个实验。要求建设一个网络视频监控系统，该系统可以通过互联网进行远程的视频监控，掌握操作流程，理解工作原理，熟悉其开发环境。作为监控服务器，首先要有视频采集设备，单机使用可以选用PCI电视录放卡。RITEK幻影王数字电视录放卡为PCI介面之双频道电视卡,它是一套多功能高质感的数码影音系统，它集完全解码、预约录影、时光平移、遥控录影、红外线遥控关机等新技术为一体，采用软体解码模式及实时采集视频图像MPEG-1/MPEG-2压缩格式，并可搭配视频会议软体，例如：Vocal Tec I-phone4.5使用。网络使用需要采用网络视频服务器。SV-2200网络视频服务器是用于数字音视频在以太网实时传输的设备。采用特别针对多媒体处理而设计的可编程高速数字信号处理器（DSP）,结合高性能的操作系统和音、视频压缩算法，使得图像传输更加流畅并且显示更加清晰细腻；它内置WEB服务器,可以增强传统监视系统的性能，并为在一个安全的局域网或互联网上发布监控图像提供网络连通性。视频摄像机的管理、配置和监控 所有这些都很容易通过浏览器（Internet Explore）来完成,操作简单方便。具体功能为： 标准MPEG-4视频压缩格式，实现在保持低码率基础上还原高清晰度的图像质量。标准MP3音频压缩格式。 同时支持D1、HALF-D1、CIF，各种画面尺寸和图像精度 。内置Web Server，全部操作通过浏览器实现，操作简单、方便。Dynamic Stream Control 保证Internet上音频实时传输。 双向语音对讲让您的交流随心所欲。用户管理采用3级密码。 移动侦测/日期/时间/事件触发报警输入输出。 支持本地录像 (文件直接由Microsoft MediaPlayer播放，无须安装其他软件)。 支持图像屏蔽。 图像抓拍。三、实验仪器和设备1. SV-2200两路视频服务器 每组一台2. 普通室内壁装云台TYHO WL-3938 每组两台3. TYHO 220C一体化摄象机 每组两个4. USB摄像头 每组一个5.视频压缩卡 每组一块6.计算机 每组一台四、预习要求1复习TCP/IP协议的原理，复习多媒体通信的基础理论。2复习智能建筑和网络布线的相关知识。3复习VC开发开发环境，学习在VC