Цифровая и аналоговая обработка сигналов

Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра телевидения и управления (ТУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС (УМК)
дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка сигналов»
для специальности кафедры ТУ
100101 (Сервис)
ТОМСК 2008
Карта УМК
по дисциплине «Цифровая и аналоговая обработка сигналов»
Специальность: 100101 – Сервис
Кафедра: Телевидение и управление (ТУ)
№
Документы,
составляющие
УМК
1 Рабочая программа
2 Базовый учебник,
учебное пособие
3 Практические занятия: Учебное пособие, сборник вариантов заданий, настенные планшеты
4 Учебное пособие к
лабораторному
практикуму
5 Методические
указания по
выполнению
курсового проекта
6 Методические
указания по СРС
(сам. работе
студентов)
7 Материалы для
контроля знаний
8 Экзаменационные
вопросы
Информация
Кейсовый вариант
Есть
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов: Учебное
пособие для вузов с грифом
УМО. – Томск: Томск. гос.
ун-т систем упр. и
радиоэлектроники, 2006. –
175 с.
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов: Учебное
методическое пособие. –
Томск: Томский
межвузовский центр
дистанционного образования,
2002. – 73 с.
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов:
Лабораторный практикум. –
Томск: Томский
межвузовский центр
дистанционного образования,
2002. – 79 с.
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов: Учебное
методическое пособие. –
Томск: Томский
межвузовский центр
дистанционного образования,
2002. – 73 с. (Раздел 5).
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов: Учебное
методическое пособие. –
Томск: Томский
межвузовский центр
дистанционного образования,
2002. – 73 с. (Разделы 1–4).
Двести тестовых контрольных
вопросов
Есть
Электронный
вариант
Есть
Есть
Примечание
Имеются на
кафедре и в
методкабинете
ТУСУРа
Имеются на
кафедре 5 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа –
45 экз.
Есть
Имеются на
кафедре 10 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа.
Есть
Имеются на
кафедре 10 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа.
Есть
Имеются на
кафедре 10 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа.
Есть
Имеются на
кафедре 10 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа.
Есть
Имеются на
кафедре 20 экз.
Имеются на
кафедре.
Есть
9 Рекомендуемая
литература по
дисциплине
(основная – 0,5 экз.
на студента,
дополнительная –
0,25 экз. в учебном
фонде библиотеки)
Курячий М.И. Цифровая
обработка сигналов: Учебное
пособие для вузов с грифом
УМО. – Томск: Томск. гос.
ун-т систем упр. и
радиоэлектроники, 2006. –
175 с.
Есть
Имеются на
кафедре 5 экз.
и в библиотеке
ТУСУРа 45
экз.
Оппенгейм А.В., Шафер Р.В.
Цифровая обработка
сигналов: Пер.с англ. – М.:
Техносфера, 2006. – 855 с.
Нет
Имеются в
библиотеке
ТУСУРа 70
экз.
Зав. кафедрой ТУ: д.т.н., профессор
И.Н. Пустынский
Составители: к.т.н., доцент
М.И. Курячий
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Томский государственный университет систем
управления и радиоэлектроники
(ТУСУР)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
___________ М.Т. Решетников
«_____»_____________ 2005 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине «Цифровая и аналоговая обработка сигналов»
для специальности 100101 – Сервис
Факультет – радиотехнический
Кафедра – телевидения и управления
Курс – четвертый и пятый
Семестр - восьмой (экзамен)
- девятый (диф. зачет)
Учебный план набора 2001 года и последующих лет
Распределение учебного времени (всего часов):
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы
Практические занятия
Самостоятельная работа
Курсовой проект
Всего часов
79
40
16
8
41
15
120
Томск 2005 г.
Рабочая программа составлена в соответствии с ГОС для специальности
100101 – Сервис.
Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры телевидения и
управления (ТУ) – протокол от «____» _________ 2005 г.,
№ ________________.
Разработчик, доцент каф. ТУ
М.И. Курячий
____________________________
(подпись)
Зав. обеспечивающей кафедрой ТУ
И.Н. Пустынский
Рабочая программа согласована
выпускающей кафедрами.
Зав. выпускающей кафедрой ТУ
профессор И.Н. Пустынский
Зав. профилирующей кафедрой ТУ
профессор И.Н. Пустынский
Декан РТФ
Л.А. Боков
____________________________
(подпись)
с
факультетом,
профилирующей
и
____________________________
(подпись)
____________________________
(подпись)
____________________________
(подпись)
1. Цели и задачи дисциплины
Аудио- и видеотехнологии являются доминирующими не только в мире
телекоммуникаций, но и во всех сферах жизни: культуре, науке,
промышленности, повседневной жизни.
Дисциплина предназначена для того, чтобы ознакомить студента с новыми
идеями и технологиями в сфере аудио- и видеотехнологий и научить их
правильно применять на практике и использовать в творческой деятельности.
Особенность дисциплины состоит в объединении новых фундаментальных
фактов таких как одномерная и двумерная фильтрация, дискретные
ортогональные преобразования, включая вейвлет-преобразования, векторное
квантование и линейное предсказание с высокими технологиями обработки
сигналов на основе цифровых процессоров обработки сигналов.
В этой связи цель дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка
сигналов» - дать представление о теоретических основах, принципах
построения и функционирования устройств цифровой обработки сигналов в
области обработки речи, звука и изображений.
Задачей дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка сигналов»
является обеспечение подготовки студентов в области обработки аналоговых и
цифровых сигналов речи, звука и изображений на основе:
- изучения математических методов и алгоритмов, применяемых в
современных и перспективных разработках аудио и видеосистем;
- ознакомления с принципами и средствами реализации алгоритмов ЦОС и
элементами систем проектирования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны
ЗНАТЬ:
- методы и средства дискретизации аудио- и видеосигналов и ошибки,
порождаемые этими процессами;
- методы ортогональных преобразований (разложений) используемые в
задачах компрессии и кодирования;
- основы построения линейных одномерных и двумерных систем
обработки сигналов, характеристики таких систем;
- основы цифрового спектрального анализа;
- принципы построения речевых, звуковых и видеокодеков;
- особенности построения, основные характеристики цифровых
процессоров обработки сигналов и принципы проектирования систем на их
основе.
УМЕТЬ:
- анализировать частотные, временные и точностные характеристики
систем ЦОС;
- рассчитывать передаточные функции фильтров;
- пользоваться пакетами прикладных программ.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Дисциплина изучается в 8-м и 9-м семестрах
№
Виды учебной работы
п/п
1
Общая трудоемкость дисциплины
Всего часов
120
2
Аудиторные занятия
79
3
4
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
40
8
5
Лабораторные работы (ЛР)
16
6
7
8
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Виды итогового контроля (зачет, экзамен)
41
15
экзамен,
диф. зачет
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Номер
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР
Введение. Цифровые цепи и
сигналы.
Дискретное преобразование
Фурье (ДПФ). Zпреобразование. Вейвлет –
преобразование.
Характеристики линейных
цифровых фильтров (ЦФ) с
постоянными параметрами.
Нелинейные эффекты в ЦФ.
Синтез ЦФ для обработки
одномерных данных.
Частотные преобразования,
применяемые при синтезе
ЦФ.
Представление и
преобразование двумерных
сигналов.
Двумерные линейные фильтры
Рекурсивная обработка
изображений
Нелинейная (ранговая)
обработка изображений.
Двумерная децимация и
интерполяция данных.
Специализированные
устройства для цифровой
фильтрации сигналов.
Цифровое сжатие
видеосигналов. Стандарты
MPEG. Заключение.
2
1
1
2
1
1
4
1
1
4
4
1
1
1
2
2
1
2
2
1
2
4
4
1
-
2
1
4
-
1
4
-
1
4
-
1
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Введение. Цифровые цепи и сигналы. Цифровые сигналы. Аналогоцифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Цифровые системы обработки
сигналов. Роль и место речевых (звуковых) и видеотехнологий в современном
мире. Физическое содержание одномерных и двумерных сигналов.
Квантование и дискретизация. Оценка качества цифровых сигналов.
2. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Z – преобразование.
Вейвлет – преобразование. Вычисление спектров Фурье для дискретных
сигналов. Свойства спектров дискретных сигналов. Преобразование Фурье –
метод ортогонального преобразования. Выбор базиса – ключевая проблема при
решении прикладных задач. Ортогональное косинусное преобразование,
свойства, области применения . Понятие о вейвлет - преобразованиях. Выбор
базисов при использовании вейвлет – преобразований. Быстрые алгоритмы
дискретных ортогональных преобразований.
3. Характеристики линейных цифровых фильтров (ЦФ) с
постоянными параметрами.
Алгоритмы функционирования и формы
реализации линейных ЦФ. Системная (передаточная) функция фильтра в Z –
форме. Импульсная и переходная характеристики. Частотные характеристики
ЦФ. Групповое время запаздывания. Устойчивость ЦФ. Точностные
характеристики ЦФ.
4. Нелинейные эффекты в ЦФ. Эффекты квантования. Ошибки
квантования в рекурсивных ЦФ. Методы борьбы с нелинейными эффектами в
рекурсивных ЦФ. Точность и эффективность цифровых вычислений с
сохранением остатков. Особенности построения каналов слежения с
использованием ЦФ.
5. Синтез ЦФ для обработки одномерных сигналов. Синтез ЦФ по
методам инвариантного преобразования импульсной характеристики,
отображения дифференциалов, билинейного преобразования, Z – форм.
6. Частотные преобразования, применяемые при синтезе ЦФ. Методы
частотных преобразований. Общие частотные преобразования ЦФ по
Константинидису. Прямой синтез ЦФ. Методы синтеза фильтров с КИХ. Метод
частотной выборки. Метод временных окон.
7. Представление и преобразование двумерных сигналов. Особые
двумерные последовательности. Многомерные системы. Базовые операции
используемые в многомерных системах. Линейные и инвариантные к сдвигу
многомерные системы.
8. Двумерные линейные фильтры. Двумерные операторы «скользящего
среднего», «лапласиана», «выделения линий (контуров) в изображении»,
«двойного дифференцирования», «малоразмерных объектов из шумов и
фонов», «пространственных градиентов в изображении».
9. Рекурсивная
обработка изображений. Двумерное интервальное
интегрирование.
Двумерное
интервальное
дифференцирование.
Квазиоптимальная фильтрация малоразмерных деталей из шумов.
Трапецеидальная ИХ. Двухкаскадный рекурсивно-сепарабельный ЦФ.
10. Нелинейная (ранговая) обработка изображений. Двумерная
децимация и интерполяция данных. Вариационный ряд двумерных данных.
Гомоморфная фильтрация. Медианный фильтр. Экстремальный фильтр.
Межкадровая обработка с предварительным сжатием данных. Измерение
координат объектов с предварительным сжатием данных.
11. Специализированные устройства цифровой фильтрации сигналов.
Аппаратное построение КИХ и БИХ фильтров. Параллелизм при построении
ЦФ. Цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) и их применение для решения
задач обработки аудио- и видеосигналов. Методика проектирования систем
ЦОС на базе ЦСП. Программные и аппаратные средства проектирования и
отладки систем ЦОС на основе ЦСП.
12. Цифровое сжатие видеосигналов. Стандарты MPEG. Заключение.
Пространственная и временная избыточность. Дискретное косинусное
преобразование. Взвешивание и кодирование с переменной длиной слова.
Внутрикадровое и межкадровое кодирование. Компенсация движения.
Применение стандартов MPEG. Профили и уровни. Двунаправленное
кодирование. Типы данных и структура цифрового потока MPEG. Системный
уровень. Заключение. Перспективы развития аудио- и видеосистем. Роль и
место ЦОС и ЦСП в этом процессе.
5. Лабораторный практикум
Номер
п/п
1.
Номер раздела
дисциплины
1-4
2.
5,6
3.
4.
7,8
9-12
Наименование лабораторной работы
Анализ характеристик цифровых фильтров
для обработки одномерных сигналов
Синтез цифровых фильтров для обработки
одномерных сигналов
Цифровая обработка двумерных сигналов
Цифровая
двумерная
фильтрация
изображений (раздел 1). Цифровая нелинейная
обработка изображений (раздел 2). Цифровые
методы коррекции изображений (раздел 3).
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература:
6.1.1.1
Курячий М.И. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для
вузов с грифом УМО. – Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и
радиоэлектроники, 2006. – 175 с.
6.1.2. Дополнительная литература
6.1.2.1. Курячий М.И. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие. –
Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002. –
175 с.
6.1.2.2. Курячий М.И. Цифровая обработка сигналов: Учебное методическое
пособие. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования,
2002. – 73 с.
6.1.2.3. Курячий М.И. Цифровая обработка сигналов: Лабораторный практикум.
– Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002. –
79 с.
6.1.2.4. Казанцев Г.Д., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Измерительное
телевидение: Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1994. – 288 с.
6.1.2.5. Гольденберг Л.М. , Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка
сигналов: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1990. – 256 с.
6.1.2.6. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для
вузов. – СПб.: Питер, 2002. – 608 с.
6.1.2.7. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций/Авторы: А.И.
Солонина, Д.А. Улахович, С.М. Арбузов, Е.Б. Соловьева, И.И. Гук. – СПб.:
БХВ-Петербург, 2003. – 608 с.
6.1.2.8. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов:
процессоры, алгоритмы, средства проектирования. – 2-е изд., перераб. и доп. –
СПб.: Политехника, 1999. – 592 с.
6.1.2.9. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения : Учебное пособие. –
М.: «Горячая линия - Телеком», 2001. – 224 с.
6.1.2.10. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки
сигналов: Пер. с англ. – М.: Мир, 1978. – 848 с.
6.1.2.11. Оппенгейм А.В. , Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов: Пер. с
англ. – М.: Связь, 1979. – 416 с.
6.1.2.12. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов:
Пер. с англ. – М.:. Мир, 1988. – 488 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Программные пакеты: MATHCAD, MATLAB, Code Composer Studio
(CCS) Texas Instruments.
2. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерный класс с аппаратно-программными отладочными
средствами, представленными фирмой Texas Instruments в рамках
Университетской программы.
3. Самостоятельная работа студентов.
Самостоятельная работа студентов (41 час) включает в себя:
- подготовку и оформление трех контрольных работ – 15 часов;
- подготовка к четырем лабораторным работам и оформление отчетов – 16
часов;
- подготовка к практическим занятиям – 10 часов.
9. Темы курсовых проектов:
- программная реализация КИХ фильтров на базе цифровых сигнальных
процессоров (ЦСП) фирмы Texas Instruments (TI);
- программная реализация БИХ фильтров на базе ЦСП TI;
- программная реализация фильтра (ПРФ) «медиана»;
- ПРФ «минимум модулей первых разностей»;
- обратное вейвлет – преобразование по рекурсивному алгоритму;
- поиск векторов движения в изображении;
- прямое вейвлет – преобразование по рекурсивному алгоритму;
- ПРФ «выделение левой диагонали»;
- ПРФ «выделение правой диагонали»;
-ПРФ «выделение малоразмерных деталей из шумов»;
- ПРФ «минимум первых разностей»;
- арифметический кодер с фиксированной таблицей кодов;
- ПРФ «выделение градиентов в различных пространственных
направлениях»;
- ПРФ «двойное дифференцирование»;
- ПРФ «скользящее среднее»;
- прямое вейвлет – преобразование по методу кодирования без потерь;
- обратное вейвлет – преобразование по методу кодирования без потерь;
- ПРФ «лапласиан»;
- ПРФ «выделение линий в различных пространственных направлениях»;
- ПРФ «ранговый фильтр»;
- ПРФ «двумерный дециматор»;
- ПРФ «двумерный интерполятор».
10. Правила применения рейтинговой системы оценки успеваемости
студентов.
Дисциплина изучается в 8 и 9 семестрах.
В табл. 10.1 и 10.2 даны распределения максимального рейтинга по
элементам контроля в 8 и 9 семестрах, соответственно. Максимальный
рейтинг дисциплины в 8 семестре (экзамен) – 120 баллов. Максимальный
рейтинг дисциплины в 9 семестре (диф. зачет) – 120 баллов.
Табл. 10.1
№
Наименование работ
Макс. балл
Примечание
1 Лекции
20
Посещение, полнота
конспектирования
2 Лабораторные работы
2.1 Лабораторная работа №1
10
Выполнение, отчет, защита
2.2 Лабораторная работа №2
10
2.3 Лабораторная работа №3
10
2.4 Лабораторная работа №4
20
3 Контрольные работы
3.1 Контрольная работа № 1
10
3.2 Контрольная работа № 2
10
3.3 Контрольная работа № 3
10
4 Индивидуальные
20
Начисляется при условии
творческие задания
успешной отчетности по пп.
1-3
Общий итог:
120
Табл. 10.2
№
Наименование работ
1 Контрольное
собеседование
1.1 Контрольное
собеседование 1
1.2 Контрольное
собеседование 2
2 Пояснительная записка
2.1 Содержание
пояснительной записки
2.2 Оформление
пояснительной записки и
чертежей
3 Творческие моменты в
проекте
4 Доклад
5 Ответы на вопросы при
защите проекта
Общий итог:
Макс. балл
Примечание
10
10
50
10
10
15
15
120
Примечание:
1. Срок защиты лабораторных работ – до окончания следующей
лабораторной работы.
2. При невыполнении лабораторной работы в указанные сроки баллы за
данную работ не начисляются.
3. Сдача и защита лабораторных и контрольных работ является
необходимым условием для допуска к экзамену, независимо от
количества баллов.
4. Сроки сдачи контрольных работ:
- контрольная работа 1 – за неделю до 1 контрольной точки;
- контрольная работа 2 – за неделю до 2 контрольной точки;
- контрольная работа 3 – за неделю до окончания семинара.
5. Для получения допуска к экзамену необходимо набрать рейтинг не
менее 60 баллов.
6. При текущем рейтинге ниже 80 баллов сдача экзамена является
обязательной.
7. К экзамену студент допускается при условии выполнения и успешной
защиты лабораторных и контрольных работ.
8. По курсовому проекту дифференцированный зачет выставляется по
системе начисления рейтинговых баллов аналогично дисциплине,
заканчивающейся экзаменом.
Переводная шкала для определения традиционной оценки приведена в
табл. 10.3.
Табл. 10. 3
Текущий
60…79
рейтинг
Экзаменационная оценка
2 («неуд.»)
0
3 («удов.»)
Текущий рейтинг
4 («хор.»)
80
5 («отл.»)
100
80…99
100…120
0
79
Текущий рейтинг
110
0
79
99
120
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
по дисциплине
«ЦИФРОВАЯ И АНАЛОГОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ»
для специальности 100101 – Сервис
1) Определение цифрового фильтра. Стационарность, линейность, физическая
реализуемость, устойчивость. Примеры разностных уравнений и реализации цифровых
фильтров.
2) Базовые операции и сигналы, используемые в цифровых фильтрах. Аналитическая
запись дискретной последовательности через ЕИ. Приведите пример.
3) Прямое и обратное Z-преобразования. Свойства линейности. Теорема о запаздывании.
Примеры Z-преобразований (ЕИ, ЕС, Кn), их физическая интерпретация.
4) Алгоритм функционирования линейного цифрового фильтра. Разностное уравнение и
его свойства. Приведите пример реализации режекторного фильтра и его отклик на
гармоническое воздействие.
5) Основные формы реализации цифровых фильтров (ЦФ). Сравнение реализаций
цифровых фильтров. Показать на примере идентичность прямой и канонической форм
реализации ЦФ.
6) Основные характеристики линейных цифровых фильтров с постоянными
параметрами. Вывести выражение для системной функции исходя из разностного уравнения
для цифрового фильтра третьего порядка.
7) Дискретная свёртка. Формулы дискретной свёртки. Пример вычисления дискретной
свёртки с помощью графического алгоритма. Длина свёртки. Приведите пример
использования дискретной свертки при вычислении отклика цифрового фильтра.
8) Частотная – Н(ехр(jТ)), амплитудно-частотная – А() и фазочастотная – ()
характеристики линейных цифровых фильтров. Особенности характеристик (главный
интервал частот, чётность, периодичность). Примеры частотных характеристик для
цифрового резонатора.
9) Точностные характеристики ЦФ. Общая характеристика погрешностей, возникающих
в ЦФ. Подходы к оценке погрешностей. Приведите пример оценки погрешностей в
выбранном Вами цифровом фильтре.
10) Точки возникновения погрешностей при округлении результатов. Как составляются
локальные передаточные функции? Формулы для вычисления погрешностей (локальных и
суммарной). Приведите пример.
11) Вычислитель первой разности. Структурная схема, системная функция – Н(z),
импульсная характеристика – h (nТ), частотная – Н(ехр(jТ)), амплитудно-частотная – А()
и фазочастотная – () характеристики. Реализация вычислителя N-ой разности.
12) Вычислитель второй разности. Структурная схема, системная функция – Н(z),
импульсная характеристика – h (nТ), частотная – Н(ехр(jТ)), амплитудно-частотная – А()
и фазочастотная – () характеристики. Отклик на гармоническое воздействие.
13) Накапливающий сумматор с ограниченным временем суммирования. Структурная
схема, системная функция – Н(z), разностное уравнение – у(nТ), импульсная характеристика
– h (nТ). Отклик фильтра на гармоническое воздействие.
14) Сглаживающий фильтр. Структурная схема, системная функция – Н(z), разностное
уравнение – у(nТ), импульсная характеристика – h(nТ). Отклик фильтра на гармоническое
воздействие.
15) Универсальная базовая ячейка (интегрирующий выход). Структурная схема,
системная функция – Н(z), разностное уравнение – у(nТ), импульсная характеристика – h
(nТ). Отклик фильтра на гармоническое воздействие.
16) Универсальная базовая ячейка (дифференцирующий выход). Структурная схема,
системная функция – Н(z), разностное уравнение – у(nТ), импульсная характеристика – h
(nТ). Отклик фильтра на гармоническое воздействие.
17) Цифровой рекурсивный фильтр первого порядка с оператором квантования данных.
Режимы округления, усечения, учёта остатков. Сравнение реализаций между собой и с
дискретным фильтром. Предельные циклы (приведите пример).
18) Ошибки, возникающие в цифровых рекурсивных фильтрах из-за квантования
данных. Расчёт ошибок при прямой и канонической формах реализации ЦРФ первого
порядка по вероятностному подходу. Рекомендации по использованию прямой и
канонической форм реализации ЦРФ.
19) Методы борьбы с предельными циклами. Метод вычислений с сохранением
остатков. Математическая модель умножителя с сохранением остатков. Приведите
численный пример, подтверждающий рациональность использования умножителя с
сохранением остатков.
20) Точностные характеристики цифрового рекурсивного фильтра первого порядка с
сохранением и без сохранения остатков. Графики дисперсий и их физическая интерпретация.
21) Точностные характеристики цифрового рекурсивного фильтра второго порядка с
сохранением и без сохранения остатков. Графики дисперсий для заданных Вами
коэффициентов фильтра.
22) Основные этапы проектирования цифровых фильтров. Спроектируйте
сглаживающий фильтр первого порядка.
23) Метод инвариантного преобразования импульсной характеристики. Пример синтеза
цифрового резонатора. Нули и полюса Н(z).
24) Метод инвариантного преобразования импульсной характеристики. Пример синтеза
цифрового режекторного фильтра и его отклик на гармоническое воздействие.
25) Метод отображения дифференциалов. Пример синтеза цифрового режекторного
фильтра.
26) Метод билинейного преобразования (БЛП). Связь аналоговых и цифровых частот.
Пример синтеза цифрового интегратора и дешифратора.
27) Пример синтеза цифрового ФНЧ методом билинейного преобразования. Указание:
для аппроксимации АЧХ используется фильтр Баттерворта 3-го порядка.
28) Частотные преобразования по Константинидису. (ФНЧ  ФНЧ1, ФНЧ  ФВЧ,
ФНЧ  ПФ, ФНЧ  РФ). Особенности использования преобразований покажите на
примере.
29) Метод синтеза цифровых фильтров с использованием z-форм. Пример синтеза
цифрового режекторного фильтра и его отклик на гармоническое воздействие.
30) Метод синтеза цифровых фильтров с использованием временных окон. Типы
временных окон. Приведите пример фильтра и обработки выбранного Вами тестового
сигнала.
31) Базовые операции и сигналы, используемые при обработке изображений.
Обработайте базовые сигналы, используя базовые операторы.
32) Линейные и инвариантные к сдвигу системы цифровой обработки изображений
(ЦОИ). Примеры линейных и нелинейных, инвариантных и неинвариантных к сдвигу систем
ЦОИ, а также физически реализуемых и физически нереализуемых систем.
33) Алгоритм двумерной линейной фильтрации. Разностное уравнение – у(n1,n2),
импульсная характеристика – h(n1,n2), системная функция – Н(z1,z2). Приведите пример
двумерного полосового фильтра.
34) Структурная схема двумерного нерекурсивного фильтра. Приведите пример
реализации двумерного режекторного фильтра.
35) Наиболее распространённые типы «масок» и соответствующие им двумерные
цифровые фильтры.
36) Интервальное интегрирование в системах цифровой обработки изображений.
Приведите пример обработки выбранного Вами тестового изображения.
37) Интервальное дифференцирование в системах цифровой обработки изображений.
Приведите пример обработки выбранного Вами тестового изображения.
38) Рекурсивная обработка изображений в неортогональных (наклонных)
направлениях. Примеры построения рекурсивных апертур и результат обработки выбранного
Вами тестового изображения.
39) Ранговая обработка изображений. Медианный фильтр. Приведите пример
обработки выбранного Вами тестового изображения.
40) Одномерный экстремальный фильтр для выделения малоразмерного объекта из
фона. Приведите пример обработки выбранного Вами тестового изображения.
41) Двумерный экстремальный фильтр с апертурой 77 для выделения малоразмерного
объекта из фона (вар. 1 – по минимуму первых разностей). Реализация фильтра и пример
обработки выбранного Вами тестового изображения.
42) Двумерный экстремальный фильтр с апертурой 77 для выделения малоразмерного
объекта из фона (вар. 2 – по минимуму сигнала). Приведите вариант реализации фильтра и
пример обработки выбранного Вами тестового изображения.
43) Пространственная и временная избыточности в видеоматериале и способы её
устранения. Приведите пример работы алгоритмов устранения избыточности.
44) Внутрикадровое сжатие видеоданных. Схема внутрикадрового кодека. Приведите
пример кодирования и декодирования видеоданных для выбранного Вами тестового
изображения.
45) Межкадровое сжатие видеоданных. Схема межкадрового кодека. Приведите пример
кодирования и декодирования видеоданных для выбранного Вами тестового изображения.
46) Компенсация движения при кодировании видеоданных. Обоснуйте необходимость
на примере и оцените потенциально возможный выигрыш при кодировании видеоданных.
47) I и P – видеокадры. Внутрикадровое и межкадровое однонаправленное
кодирование. Пример кодирования выбранного Вами тестового изображения.
48) В-видеокадры. Межкадровое двунаправленное кодирование. Приведите пример.
49) Стандарты MPEG. Профили и уровни. Рекомендации и примеры по выбору
проекций и уровней для практического использования.
50) Структура цифрового потока MPEG. Типы данных. Приведите пример
«видеопоследовательности».
Составитель: доцент каф. ТУ
/М.И. Курячий/