数字信号处理设计报告

数字信号处理设计报告（精选8篇）

数字信号处理设计报告 第1篇

实验 1

利用 T DFT 分析信号频谱

一、实验目的

1.加深对 DFT 原理的理解。

2.应用 DFT 分析信号的频谱。

3.深刻理解利用 DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。

二、实验设备与环境

计算机、MATLAB 软件环境 三、实验基础理论

T 1.DFT 与 与 T DTFT 的关系

有限长序列 的离散时间傅里叶变换 在频率区间的 N 个等间隔分布的点 上的 N 个取样值可以由下式表示：

212 /0()|()()0 1Nj knjNk NkX e x n e X k k N      由上式可知，序列 的 N 点 DFT ,实际上就是 序列的 DTFT 在 N 个等间隔频率点 上样本。

2.利用 T DFT 求 求 DTFT

方法 1 1：由恢复出的方法如下：

由图 2.1 所示流程可知：

101()()()Nj j n kn j nNn n kX e x n e X k W eN               由上式可以得到：

IDFT DTFT

数字信号处理设计报告 第2篇

专业班级：

指导老师：李 敏

姓 名：

学 号：

实验一 数字基带信号

一、实验目的

1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。

2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。

3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。

4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。

5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。

二、实验内容

1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。

2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。

3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。

三、实验步骤

本实验使用数字信源单元和HDB3编译码单元。

1、熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理。接好电源线，打开电源开关。

2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。

用信源单元的FS作为示波器的外同步信号，示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可，进行下列观察：

（1）示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；

（2）用开关K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。

3、 用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。

仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。 （1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的AMI-HDB3，将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察时应注意AMI、HDB3码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。

（2）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI（3）将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1码和HDB3码。 接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，观察这些信号波形。观察时应注意：

HDB3单元的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）8个码元。

DET是占空比等于0.5的单极性归零码。

BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的准正弦信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的TTL电平信号。

信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），而HDB3码则不存在这种问题。本实验中若24位信源代码中连零很多时，则难以从AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号，因此不能完成正确的译码（由于分离参数的.影响，各实验系统的现象可能略有不同。一般将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察译码输出）。若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。

四、 实验报告要求

1. 根据实验观察和纪录回答：

（1）不归零码和归零码的特点是什么？

（2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？

答：1）不归零码特点：脉冲宽度 τ 等于码元宽度Ts归零码特点：τ ＜Ts

2）与信源代码中的“1”码对应的AMI码及HDB3码不一定相同。因信源代码中的“1”码对应的AMI码“1”、“-1”相间出现，而HDB3码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。

2. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。

答：信息代码 1 11 1111

AMI 1 -11-1 1 -1 1

HDB31 -11-1 1 -1 1

信息代码0 0 0 00 0 0 00 0 0 00

AMI 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00

HDB30 0 0 1-1 0 0 1 -1 0 0 1 -1

信息代码 0 1 1 10 0 1 00 0 0 01 1 0 00 0 1 00 0 0 0

AMI0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0 0 01 -1 0 0 0 0 1 00 0 0 0

HDB3 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0-1 0 1 -1 1 0 0 1 -1 0 0 0 –1 0

3. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。

答：HDB3中不含有离散谱fS(fS在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱fS成分，故可通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。

4. 试根据占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式说明为什么信息代码中的连0码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。

数字信号处理课程的实验教学设计 第3篇

《数字信号处理》课程做为高校电子信息类专业一门重要的专业必修课程，在课程体系中处于承上启下重要位置，具有广泛的应用领域及发展前景。《数字信号处理》课程教学内容具有理论抽象性的特点，课堂讲授内容比较繁琐，学生掌握难度大。因此，实验教学内容部分的设计不应仅仅为了做实验，更应结合理论教学内容，且具有启发性，使得学生在实验的过程中，可以更好的理解理论教学内容，培养学生思考能力和科研能力。本文将基于MATLAB仿真软件，对《数字信号处理》课程的实验教学内容的设计进行探讨。

（二）《数字信号处理》课程教学内容与实验教学内容

由于目前国内外高校所推崇的本课程经典教材：S.K.Mitra的《数字信号处理—基于计算机方法(第三版)》的英文原版，尚未在国内出版，我们选取了电子工业出版社2006年出版的本教材的英文改编版作为我们双语教学的教材。该教材教学内容涵盖广泛，层次清晰，讲授详细，且配有直接针对课程内容的MATLAB验证程序。对于层次低的学生，可以选取该教材的中译本作为参考资料，对照学习。本教材另有配套的实验指导书，非常适合用来做本课程的实验教学指导书。

本课程理论教学部分设置了48个学时，实验教学部分设置了18个学时。18个学时的实验教学时间不多，我们鼓励学生自己课外多练习。对于在教学课时内的实验内容，我们精心设计，使得有限的时间内教学效果达到最大，帮助学生最大可能的理解理论教学内容和提高动手能力，思考和解决问题的能力。根据理论教学内容的难重点，实验教学内容及时间安排设计如下：

时域中的离散时间信号与系统(2学时)

1. 离散时间信号与(LTI)系统的频域分析(4学时)

2. 连续时间信号的数字化处理(2学时)

3. 数字滤波器结构(2学时)

4. FIR滤波器设计(4学时)

5. IIR滤波器设计(2学时)

6. 课程综合实验(2学时)

（三）《数字信号处理》课程实验教学设计

针对以上每一个实验教学内容，我们精心设计具体基于MATLAB仿真软件的实验例题与习题，使知识点覆盖基本完整且重点突出。

在“时域中的离散时间信号与系统”的实验教学中，教学目的着重的放在：序列的产生，运算与显示。在理论课教学的时候，我们会强调“系统与信号一样都可以用序列来表示”。在实验课上我们会重复这点内容，目的是把学生的思维展开，不要局限于他所面对的仅是“离散的信号”。

第2部分内容，“离散时间信号与(LTI)系统的频域分析”的实验教学目的着重放在：序列的离散时间傅立叶变换，序列离散傅立叶变换，系统稳定性。我们在理论课中会详细讲解离散时间傅立叶变换与离散傅立叶变换，z变换之间的关系，并建立如何从零极点图去判断系统稳定性的概念。在实验教学中我们也将主要强调这几种变换的物理意义，而不会过多关注其各种运算性质。这样可以更好的帮助学生通过实验得到直观感受，加强对理论教学内容的理解。

对于所有的实验教学内容，我们都会强调对实验结果的“物理意义”的理解。再例如第5部分实验教学内容“FIR滤波器设计”，我们不仅仅要求学生会采用MATLAB自带函数进行各类FIR滤波器的设计，会更着重强调对设计出来FIR滤波器的频率特性的理解。对于四类线性相位FIR滤波器，强调结合观察零极点图，尤其是特殊零点(z=0或者z=1)，理解低通，高通等滤波器的频率特性。

如图1，这是一个长度为20的FIR滤波器，具有低通性质，因为其在z=1有一个零点，也就是说在w=pi处有零点。从下图还可以看到其零点具有共轭对称和关于单位圆镜像对称的特点，这与在理论教学内容是一致的。

类似的，如下图2中是一个长度为20的FIR滤波器，具有高通性质，因为其在z=0处有零点，即w=0处有零点。

最后在“课程综合实验”环节中，我们安排了“2通道线性相位FIR滤波器组的设计”。滤波器组技术近年来发展迅速，因此在理论教学部分，我们会讲解滤波器组相关概念以及发展状况，教学主要目的将放在对滤波器组的概念和系统完全重构条件上的理解。实验教学里选取的这个综合设计，不仅仅可以帮助学生对该部分理论知识的理解，还可以前面重点章节的实验内容加以综合，例如序列的产生，抽样，滤波器的设计，加噪等。

（四）结语

通过两年的实践，我们精心设计的《数字信号处理》课程的实验教学内容，效果明显，反应良好。学生表现出很大的兴趣，从而也带动了对理论课的学习热情。对于程度较好的同学，我们鼓励他们通过阅读相关内容的科研文献培养其思考能力和一定的科研能力。

参考文献

[1]S.K.Mitra著, 阔永红改编.数字信号处理——基于计算机的方法 (第三版) (英文改编版) [M].北京:电子工业出版社, 2006.

[2]S.K.Mitra著.数字信号处理实验指导书[M].孙洪, 宇翔宇, 等译.北京:电子工业出版社, 2004.

数字图像处理实验平台的设计 第4篇

关键词： 数字图像处理    实验平台    Matlab    GUI

数字图像处理是信息科学中一个发展迅速的研究方向，是模式识别、计算机视觉、图像通讯、多媒体技术等学科的基础，是一门涉及多领域的交叉学科，具有很强的理论性和实践性[1]。该课程的主要任务是通过对数字图像处理基本概念、理论和算法的学习，培养学生对数字图像的实践编程处理能力，为学生从事图像处理工程师工作奠定基础。该课程涉及内容比较宽广，课程起点高，难度系数较大，如何在教学过程中提高学生的学习兴趣和后续实践能力一直是该课程研究的重点[2]。

为促使学生更深入地学习数字图像处理课程，在学习过程中更熟练地掌握数字图像处理的基本理论和基本方法，并有效提高学生的实践动手能力和创新能力。本文利用Matlab的图形用户界面环境（GUI）设计了一个数字图像处理实验平台。该实验平台采用模块化设计的方式，通过对窗口及控件的控制函数的设计，较好地实现数字图像处理算法一体化集成的功能。通过该平台可以实现助教、助学、实践创新及考核等功能，帮助学生理解和掌握数字图像处理的基本技能。

1.数字图像处理实验平台的总体设计

数字图像处理实验平台总体设计如图1所示，在该实验平台上主要集中了数字图像处理中常用的基本操作及算法，通过该平台的窗口界面对象操作就能够实现相应的数字图像处理功能，主要操作包括文件对象操作、图像格式转换、直方图修正、图像转置、图像旋转、空间域图像滤波、灰度图像二值化处理、图像边缘检测、图像变换操作、图像代数运算、亮度对比度调节、图像缩放操作和形态学操作等。该平台可以操作者提供了一个方便快捷的数字图像处理实践环境，适合实现对数字图像进行基本处理[3]。

2.实验平台界面的设计

在数字图像处理系统实验平台的设计过程中，主要利用Matlab提供的GUI向导设计控件而完成，图形用户界面包含的图形对象有图形窗口、菜单、控件、文本等，本文设计改变传统的菜单式设计，将所有的图像处理操作采用窗口或控件的方式直接放于平台窗口界面上。设计时在GUIDE开发环境中设计好GUI后会自动生成相应的FIG文件和M文件，其中在FIG文件中实现数字图像处理窗口界面，包括有图像界面窗口和静态界面中所有序列化的图形对象[4][5]。根据数字图像处理系统的系统框图，将要实现的功能全部集中体现在界面上，进行合理布局，界面设计结果如图2所示：

3.实验平台的模块功能实现

在各平台模块功能实现中，我们主要通过对界面上的相应控件对象编写回调函数，激活相应控件以实现图像处理功能，在GUIDE开发环境中自动生成的M文件中包括界面窗口中自动生成的函数框架、控制函数及自定义图形对象的回调函数。例如在文件操作模块中，设计了载入图像、保存图像、撤销、退出的触控按钮。在设计时，载入图像时采用对话框的方式，uigetfile函数显示一个对话框用选择图像，当前路径下的文件和目录将在带对话框内显示[8];保存图像触控按钮的实现主要应用uiputfile（）标准写盘处理对话框实现，将处理后的图像写入相应路径下的磁盘中;撤销操作是指对当前对象的上一步操作的取消，图像的处理后显示区显示的是原始图像;退出即退出当前操作界面;其他模块的设计方式类似。

如图3所示，我们对输入的lena图像进行了边缘检测，采用的边缘检测算子为canny算子，在图形输出窗口直接看到的输出结果，如果想要改变算子就可以直接点击不同的算子按钮即可实现图像处理。通过验证该实验平台的控件选择方式比菜单式的数字图像处理平台更直观、方便，可以实现教学演示、实训练习等，帮助学生更深入理解和掌握数字图像处理课程的基本知识。

4.结语

本文基于MatlabGUI实现了一个数字图像处理实验平台，该平台将数字图像处理基本算法集成于一个界面中，所有功能实现通过点击界面中相应的控件完成，部分操作还可以自定义参数，经处理的图像能够直观、形象地展示在数字图像处理实验平台上。该平台使得数字图像处理的教学过程更方便、直观，对学生学习了解数字图像处理具有一定的辅助作用，同时也可将该平台应用于学生实践创新能力的培养。

参考文献：

[1]史彩娟，刘利平，李志刚.“数字图像处理”课程多层次实践教学体系研究[J].中国电力教育，2014，（307）：133-134.

[2]杨淑莹，张桦."数字图像处理"教学软件的开发设计[J].天津师范大学学报，2009，（4）：76-80.

[3]梁原.基于MATLAB的数字图像处理系统研究[D].长春理工大学.2008.

[4]陈超等编著.MATLAB应用实例精讲-图像处理与GUI设计篇[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5]邢文博，蒋敬.基于Matlab开发数字图像处理GUI[J]，电气电子教学学报，2013，35（6）：107-108.

数字图像处理实验报告 第5篇

主要是图像的几何变换的编程实现,具体包括图像的读取、改写,图像平移,图像的镜像,图像的转置,比例缩放,旋转变换等.

具体要求如下:

1.编程实现图像平移，要求平移后的图像大小不变;

2.编程实现图像的镜像;

3.编程实现图像的转置;

4.编程实现图像的比例缩放，要求分别用双线性插值和最近邻插值两种方法来实

现，并比较两种方法的缩放效果;

5.编程实现以任意角度对图像进行旋转变换，要求分别用双线性插值和最近邻插

值两种方法来实现，并比较两种方法的旋转效果.

二.实验目的和意义:

本实验的目的是使学生熟悉并掌握图像处理编程环境,掌握图像平移、镜像、转置和旋转等几何变换的方法，并能通过程序设计实现图像文件的读、写操作，及图像平移、镜像、转置和旋转等几何变换的程序实现.

三.实验原理与主要框架:

3.1 实验所用编程环境:

Visual C++(简称VC)是微软公司提供的基于C/C++的应用程序集成开发工具.VC拥有丰富的功能和大量的扩展库，使用它能有效的创建高性能的Windows应用程序和Web应用程序.

VC除了提供高效的C/C++编译器外，还提供了大量的可重用类和组件，包括著名的微软基础类库(MFC)和活动模板类库(ATL)，因此它是软件开发人员不可多得的开发工具.

VC丰富的功能和大量的扩展库，类的重用特性以及它对函数库、DLL库的支持能使程序更好的模块化，并且通过向导程序大大简化了库资源的使用和应用程序的开发，正由于VC具有明显的优势，因而我选择了它来作为数字图像几何变换的开发工具.

在本程序的开发过程中，VC的核心知识、消息映射机制、对话框控件编程等都得到了生动的体现和灵活的应用.

3.2 实验处理的对象:256色的BMP(BIT MAP )格式图像

BMP(BIT MAP )位图的文件结构:

具体组成图: BITMAPFILEHEADER

位图文件头

(只用于BMP文件) bfType=”BM” bfSize bfReserved1

bfReserved2

bfOffBits

biSize

biWidth

biHeight

biPlanes

biBitCount

biCompression

biSizeImage

biXPelsPerMeter

biYPelsPerMeter

biClrUsed

biClrImportant

单色DIB有2个表项

16色DIB有16个表项或更少

256色DIB有256个表项或更少

真彩色DIB没有调色板

每个表项长度为4字节(32位)

像素按照每行每列的顺序排列

每一行的字节数必须是4的整数

倍BITMAPINFOHEADER 位图信息头 Palette 调色板 DIB Pixels DIB图像数据

1. BMP文件组成

BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成.

2. BMP文件头

BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型(必须为BMP)、文件大小(以字节为单位)、位图文件保留字(必须为0)和位图起始位置(以相对于位图

文件头的偏移量表示)等信息.

3. 位图信息头

BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸(宽度,高度等都是以像素为单位,大小

以字节为单位, 水平和垂直分辨率以每米像素数为单位) ,目标设备的级别，每个像素所需的位数, 位图压缩类型(必须是 0)等信息.

4. 颜色表

颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD

类型的结构，定义一种颜色.具体包含蓝色、红色、绿色的亮度(值范围为0-255)

位图信息头和颜色表组成位图信息

5. 位图数据

位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右,扫描

行之间是从下到上.

Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是 4的倍数(即以long为单位),不足的以0填充.

3.3 BMP(BIT MAP )位图的显示:

①一般显示方法:

1. 申请内存空间用于存放位图文件

2. 位图文件读入所申请内存空间中

3. 在函数中用创建显示用位图, 用函数创建兼容DC,用函数选择显示删除位图

但以上方法的缺点是: 1)显示速度慢; 2) 内存占用大; 3) 位图在缩小显示时图形失真大,(可通过安装字体平滑软件来解决); 4) 在低颜色位数的设备上(如256显示模式)显示高颜色位数的图形(如真彩色)图形失真严重.

②BMP位图缩放显示 :

用视频函数来显示位图，内存占用少，速度快，而且还可以对图形进行淡化(Dithering )处理.淡化处理是一种图形算法，可以用来在一个支持比图像所用颜色要少的设备上显示彩色图像.BMP位图显示方法如下:

1. 打开视频函数，一般放在在构造函数中

2. 申请内存空间用于存放位图文件

3. 位图文件读入所申请内存空间中

4. 在 函数中 显示位图

5. 关闭视频函数 ,一般放在在析构函数中

以上方法的优点是: 1)显示速度快; 2) 内存占用少; 3) 缩放显示时图形失真小,4) 在低颜色位数的设备上显示高颜色位数的图形图形时失真小; 5) 通过直接处理位图数据，可以制作简单动画.

3.4 程序中用到的访问函数

Windows支持一些重要的DIB访问函数，但是这些函数都还没有被封装到MFC中，这些函数主要有：

1. SetDIBitsToDevice函数：该函数可以直接在显示器或打印机上显示DIB. 在显

示时不进行缩放处理.

2. StretchDIBits函数：该函数可以缩放显示DIB于显示器和打印机上.

3. GetDIBits函数：还函数利用申请到的内存，由GDI位图来构造DIB.通过该函数，

可以对DIB的格式进行控制，可以指定每个像素颜色的位数，而且可以指定是否进行压缩.

4. CreateDIBitmap函数：利用该函数可以从DIB出发来创建GDI位图.

5. CreateDIBSection函数：该函数能创建一种特殊的DIB，称为DIB项，然后返回

一个GDI位图句柄.

6. LoadImage函数：该函数可以直接从磁盘文件中读入一个位图，并返回一个DIB

句柄.

7. DrawDibDraw函数：Windows提供了窗口视频(VFW)组件，Visual C++支持该

组件.VFW中的DrawDibDraw函数是一个可以替代StretchDIBits的函数.它的最主要的优点是可以使用抖动颜色，并且提高显示DIB的速度，缺点是必须将VFW代码连接到进程中.

3.5 图像的几何变换

数字图像处理读书报告11 第6篇

——图像分割

——钱增磊

前言：由于在图像的应用当中，我们经常要将感兴趣的区域提取出来用来识别等其他用途，这就涉及到一个很关键的一个应用，便是图像的分割。图像的分割方法有很多，本章将通过四种大的分割方法来讲解，分别是基于边缘检测的分割，阈值分割，基于区域的分割和形态学分水岭的分割。然而对于分割算法是基于灰度值的两个不同性质来进行的，第一便是不连续性，根据这个性质主要的方法是基于边缘的检测；另一个便是其相似性原理，后三种方法都是根据一组预定义的准则来进行的相似性分割方法。

一、基于边缘检测的分割

1、点与线的检测

根据灰度级突变的特性，往往我们能够看到图像中的点与线，这放在数学中便是一阶导数和二阶导数的特点。如下式所示：

f2ff(x)f(x1)f(x)f(x)f(x1)f(x1)2f(x)2xx

从中可以得到三个结论：a.一阶导数通常在图像中产生较粗的边缘；b.二阶导数对精细细节有较强的响应；c.二阶导数在灰度斜坡和灰度台阶过渡处会产生双边缘响应；d.二阶导数的符号可用于确定边缘的过渡是从亮到暗还是从暗到亮。

所以我们常用的点与线的检测便对其邻域使用梯度运算和拉普拉斯算子，从而确定点与线的位置。

2、基于边缘的检测

对于边缘模型主要分为三种，分别为台阶模型、斜坡模型和屋顶边缘模型，他们可利用梯度和拉普拉斯算子来区分出来。由于在进行二阶导数变换的时候，常常会出现双边缘响应，那么零灰度轴与二阶导数极值间的连线交点便称为零交叉点，这是个重要特性，对于这个零交叉点可用于寻找到图像的边界。

（1）梯度算子：

罗伯特交叉梯度算子：是最早尝试的具有对角优势的二维模板，对角相减的原理来构建梯度。

Prewitt算子：利用在模板区域中上下、左右邻点的灰度差，在边缘处达到极值来检测边缘。

sobel算子：对于上述的中心系数上使用一个权值2，可以平滑图像，还可以对斜线边缘进行检测，原理与上述相似。

Marr-Hildreth边缘检测器：采用了灰度变化特性“在一阶导数中引起波峰或波谷，或在二阶导数中等效地引起零交叉”来检测边缘的。该检测器采用高斯拉普拉斯算子LoG：

xy22G(x,y)e4222x2y222

将该滤波器与一幅输入图像卷积，寻找其零交叉来确定原图像的边缘位置。

g(x,y)[2G(x,y)]★f(x,y)

坎尼边缘检测器：首先用一个高斯滤波器平滑输入图像，也就是进行卷积，然后对输出的图像进行计算梯度的幅值和角度，这里采用高斯滤波器主要是因为我们发现最佳台阶边缘检测器的一个较好的近似是高斯一阶导数。再者我们队梯度幅值图像应用非最大抑制，将梯度向量分解为8个方向，分别为相隔45度，对任何一个方向都可以归纳到该8个方向中去。最后我们利用双阈值处理和连接分析来检测并连接边缘。因为在单阈值操作中，阈值设高或者设低都将造成伪边缘点或者删除有效边缘点，于是采用一个低阈值和一个高阈值的方法来克服。对阈值操作想象为创建了两幅图像：

gNH(x,y)gN(x,y)THgNL(x,y)gN(x,y)TL

去除包含的元素，可得到强弱边缘：gNL(x,y)gNL(x,y)gNH(x,y)

3、边缘连接

上述都是一些理想状况下产生位于边缘上的像素集合成连续型，实际上总会由于噪声和不均匀光照等原因引起边缘的间断，造成不连续性，有三种连接的方法。

第一种需要边缘点的邻域，给定一个规则强度，如果满足邻域内：

|M(s,t)M(x,y)|E

则将邻域中的点作为边缘点，E值是一个强度阈值，该规则可利用梯度向量的幅度或者角度来规定。

第二种是区域处理，该区域的边界有许多离散的点构成（由于噪声等原因而离散），然后选取两个点，连接线段，求剩下点到该线段的距离，如果大于我们给定的距离，则将该点放入边缘点的序列中，对这些点进行连接，一直到形成闭合的区域而停止。如此便可以得到近似的边界，该方法称为多边形拟合算法。

第三种是使用霍夫变换的全局处理，由于上述方法对每一个点都要进行比较，执行的次数非常大，而基本没有应用价值，于是采用霍夫变换。我们可以利用上述检测原理，将直线方程的x、y变量转化为,变量，是基于式：

xcosysin

那么对于不同的x，y有不同的曲线，当这些曲线相交某一点时，相对于空间坐标中的意义就是不同的点的直线对应于同一条直线方程，也就是有很多点共线。那么我们可以根据所需

要找的边界，给出对应的直线方程，就可以找到对应的,曲线，从而提取出所需要的边界。

二、基于阈值处理的分割

从这一节开始就是根据相似性原理来分割图像了。对于一个表达式：

g(x,y)1,.....f(x,y)T 0,.....f(x,y)T

其中T是一种我们设定的分割图像的灰度阈值，该处理称为全局阈值处理。当对于T值随着图像特征而改变时称为可变阈值处理。我们在前面学过对于灰度值的直方图表示，对于一幅含有不同灰度的图像，针对前景灰度值的不同，在灰度直方图中可以看到明显的波峰与波谷，其中对应的波谷便是我们所要分割的阈值。

1、Otsu方法

该方法在类间方差最大的情况下是最佳的。根据图像的灰度特性，图像分为背景和前景，当背景和前景之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分前景错分为背景或部分背景错分为前景都会导致两部分差别变小，那么对于使雷静方差最大的分割意味着错分概率最小。

2、用图像平滑改善全局阈值处理

由于噪声的存在，如果噪声的比例加大，那么在直方图中感兴趣区域的图像灰度直方图会受到严重的干扰甚至被完全遮盖，无论如何选取阈值都很难进行很好的分割。于是先将对图像进行模糊平滑，去除或减小噪声的影响，使直方图中的波谷重新呈现，在进行Otsu方法进行阈值处理。

3、用边缘改进全局阈值处理

如果需要分割的前景图像过于小的时候，在直方图中没办法超过噪声对直方图的贡献，那我们可以采用计算该图像的梯度或者拉普拉斯来确定。通过将计算后的图像与原图像进行相乘操作，再对其非零元素区域进行直方图的绘制，那么就可以呈现很明显的波谷，其实所呈现的波峰其高灰度段便是图像的边缘特征，然后利用Otsu方法选取阈值，便可得到分割。

4、可变阈值处理

虽然用图像平滑和使用边缘信息用来改善图像凸显边缘，但是仍然会出现无法满足要求的情况，这种时候我们采用一种块分割的办法来求解阈值，将整幅图像分成相同的若干份，对每一份进行求阈值的操作，那么对于每一幅的直方图便可以有很好的体现，从而分割出图像，然后将其合并。该方法的目的就是将感兴趣物体和背景占据的比例大小合适的区域。

三、基于区域的分割

分割的目的就是将一幅图像分割成若干个区域，那么基于区域的分割便是直接以寻找区域为基础的分割技术。

采用的一种技术叫“区域生长”，就是根据预先定义的生长准则将像素或者子区域组合成更大区域的过程。第一个首要过程便是寻找“种子区域”，根据预先定义的性质将一些邻域内像素凡是符合预先定义准则的都将被加入到每个种子上来，从而形成这些生长区域，其实也就是进行不断地迭代，直到不再有像素满足加入某个区域的准则，这样生长就会停止。

那么另一种技术便是首先将一幅图像细分为一组任意的不相交的区域，然后根据分隔条件聚合和/或分裂这些区域。对于一开始的细分操作，是针对每个单独的细分区域进行准则的匹配，如果不匹配，则进行再次细分，即Q(Ri)FALSE，然后依次在进行细分和判断，但是由于是对某个单独的区域进行的匹配，所以细分的过程中所产生的一些区域可能具有相同的属性，那么对于细分后的区域将要进行聚合操作，这样就可以产生最终的区域分割。它的分割精度，关键是在于匹配准则的选取，因为它的选取决定了在细分过程中的细分精细程度。

四、基于形态学分水岭的分割

该分割方法是一种比上述几种方法更稳定的分割技术，它的关键原理就是找到分水线。一幅图像是由一定的灰度级所显现的，那么把它看成一幅三维的山脉图，也就是说灰度越高，海拔越高，灰度越低，海拔越低，这就形成了一幅有山脉、有盆地的一幅山川景图。那么对于此算法，也就是通过在此幅图当中灰度级最低的（也就是海拔最低的）地方戳一个洞，水从这个洞中流出，根据一步步的迭代，水会流出的越来越多，而被淹没的海拔也会越来越高，慢慢的就会淹没一些小的山峰，而这些山峰所形成的便是“分水线”，即分开两个不同水域的界限，这些分水线是不完整的，那么就继续迭代，直到分水线的全部出现，此时分割的任务也就完成了。

然而对于某些噪声和梯度的局部不规则性，该算法会造成过度分割，形成大量的分割无用的分割区域，这时就采用标记的方法来克服。将与感兴趣物体相联系的标记称为内部标记，与背景相关联的标记称为外部标记，我们对内部标记的定义为：a.被更高海拔点包围的区域；b.区域中形成一个连通分量的那些点；c.连通分量中所有的点有相同的灰度值。基于这样的一种标记，可以在分割中去除大量的背景分割区域，从而区分出我们感兴趣的物体。

数字图像处理图像变换实验报告 第7篇

实验一 图象变换实验

实 验

实验名称：图像处理姓名：刘强

班级：电信

学号：

报 告

1102

1404110128

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

实验一 图像变换实验——图像点运算、几何变换及正交变换

一、实验条件

PC机 数字图像处理实验教学软件

大量样图

二、实验目的

1、学习使用“数字图像处理实验教学软件系统”，能够进行图像处理方面的简单操作；

2、熟悉图像点运算、几何变换及正交变换的基本原理，了解编程实现的具体步骤；

3、观察图像的灰度直方图，明确直方图的作用和意义；

4、观察图像点运算和几何变换的结果，比较不同参数条件下的变换效果；

5、观察图像正交变换的结果，明确图像的空间频率分布情况。

三、实验原理

1、图像灰度直方图、点运算和几何变换的基本原理及编程实现步骤

图像灰度直方图是数字图像处理中一个最简单、最有用的工具，它描述了一幅图像的灰度分布情况，为图像的相关处理操作提供了基本信息。

图像点运算是一种简单而重要的处理技术，它能让用户改变图像数据占据的灰度范围。点运算可以看作是“从象素到象素”的复制操作，而这种复制操作是通过灰度变换函数实现的。如果输入图像为A(x,y)，输出图像为B(x,y)，则点运算可以表示为：

B(x,y)＝f[A(x,y)] 其中f(x)被称为灰度变换（Gray Scale Transformation，GST）函数，它描述了输入灰度值和输出灰度值之间的转换关系。一旦灰度变换函数确定，该点运算就完全确定下来了。另外，点运算处理将改变图像的灰度直方图分布。点运算又被称为对比度增强、对比度拉伸或灰度变换。点运算一般包括灰度的线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和均衡等。

图像几何变换是图像的一种基本变换，通常包括图像镜像变换、图像转置、图像平移、图像缩放和图像旋转等，其理论基础主要是一些矩阵运算，详细原理可以参考有关书籍。

实验系统提供了图像灰度直方图、点运算和几何变换相关内容的文字说明，用户在操作过程中可以参考。下面以图像点运算中的阈值变换为例给出编程实现的程序流程图，如下：

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

2、图像正交变换的基本原理及编程实现步骤 数字图像的处理方法主要有空域法和频域法，点运算和几何变换属于空域法。频域法是将图像变换到频域后再进行处理，一般采用的变换方式是线性的正交变换（酉变换），主要包括傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换和小波变换等。正交变换被广泛应用于图像特征提取、图像增强、图像复原、图像压缩和图像识别等领域。

正交变换实验的重点是快速傅立叶变换（FFT），其原理过于复杂，可以参考有关书籍，这里不再赘述。至于FFT的编程实现，系统采用的方法是：首先编制一个一维FFT程序模块，然后调用该模块对图像数据的列进行一维FFT，再对行进行一维FFT，最后计算并显示幅度谱。程序流程图如下：

四、实验内容

图像灰度直方图

点运算：图像反色、灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

均衡

几何变换：图像镜像变换、图像转置、图像平移、图像缩放和图像旋转 正交变换：傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换和小波正反变换

注意：

1、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理，其它格式（如JPG）的图像可以利用系统提供的图像格式转换工具进行转换，再进行处理；

2、本次实验的重点是图像的灰度直方图和点运算，几何变换和正交变换只作一般性了解。

五、实验步骤

以图像灰度阈值变换为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。

1、打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执行文件“图象处理”的图标，进入实验系统；

2、执行文件→打开，在OPEN对话框中选择待处理的图像，按【OK】后系统显示出图像；

3、执行查看→图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

4、执行查看→灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所示；

5、执行图像变换→正交变换→傅立叶变换，查看图像的频率域分布情况，如图所示；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

6、执行图像变换→正交变换→小波变换，查看图像经过小波变换的效果，如图所示；

7、执行图像变换→点运算→阈值变换，修改阈值变换对话框中的阈值参数，如图所示；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

8、设置完阈值参数后按【OK】,系统显示阈值变换后的图像，与原图像进行比较，观察阈值变换的效果，如图所示；

9、重复步骤4，查看阈值变换后图像的直方图分布情况；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

10、重复步骤5，查看阈值变换后图像的频率域分布情况；

11、执行文件→保存或另存为，保存处理后的图像；

12、执行文件→重新加载，重新加载原始图像，但要注意先前对图像的处理将会丢失； 注意：

13、在执行步骤2时可能会出现有些图像文件不能打开的情况，如图所示，此时可以先利用图像格式转换工具将图像文件转换为8位BMP图像，再利用系统进行处理。步骤14和15是使用图像格式转换工具的方法；

14、在桌面上双击图像格式转换工具Jpg2bmp的图标，进入转换工具界面，如图所示；

15、按照界面提示，把JPG格式的图像文件转换成8位BMP图像。

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

步骤13示意图

步骤14示意图

六、思考题

1、图像灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度均衡之间有何区别？

灰度线性变换就是将图像的像素值通过指定的线性函数进行变换，以此增强或者减弱图像的灰度。

灰度的阈值变换可以让一幅图像变成黑白二值图。

灰度的窗口变换也是一种常见的点运算。它的操作和阈值变换类似。从实现方法上可以看作是灰度折线变换的特列。窗口灰度变换处理结合了双固定阈值法，与其不同之处在于窗口内的灰度值保持不变。

灰度拉伸又叫做对比度拉伸，它与线性变换有些类似，不同之处在于灰度拉伸使用的是分段线性变换，所以它最大的优势是变换函数可以由用户任意合成。

灰度均衡是增强图像的有效方法之一。灰度均衡同样属于改进图像的方法，灰度均衡的图像具有较大的信息量。从变换后图像的直方图来看，灰度分布更加均匀。

2、利用图像镜像和旋转变换可以实现图像转置吗？如果可以，应该怎样实现？

可以。进行一次镜像变换，顺（逆）时针旋转两次，再以与第一次相反的方向镜像变换。

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

实验二 图像增强及复原实验

七、实验条件

PC机 数字图像处理实验教学软件

大量样图

八、实验目的

1、熟练使用“数字图像处理实验教学软件系统”；

2、熟悉图像增强及复原的基本原理，了解编程实现的具体步骤；

3、观察图像中值滤波、平滑、锐化和伪彩色编码的结果，比较不同参数条件下的图像增强效果；

4、观察图像退化和复原的结果，比较不同复原方法的复原效果。

九、实验原理

1、图像增强和复原的基本原理

对降质图像的改善处理通常有两类方法：图像增强和图像复原。

图像增强不考虑图像降质的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择地进行突出，并衰减图像的次要信息，改善后的图像不一定逼近原始图像，只是增强了图像某些方面的可读性，如突出了目标轮廓，衰减了各种噪声等。图像增强可以用空域法和频域法分别实现，空域法主要是在空间域中对图像象素灰度值直接进行运算处理，一般包括中值滤波、模板平滑和梯度锐化等，空域法可以用下式来描述：

g(x,y)＝f(x,y)*h(x,y)其中f(x,y)是处理前图像，g(x,y)表示处理后图像，h(x,y)为空间运算函数。图像增强的频域法是在图像的频率域中对图像的变换值进行某种运算处理，然后变换回空间域，系统涉及的各种滤波器属于频域法增强，这是一种间接处理方法，可以用下面的过程模型来描述：

其中：F(u,v)=[ f(x,y)]，G(u,v)= F(u,v)H(u,v)，g(x,y)=1[ G(u,v)]，和1分别表示频域正变换和反变换。实验系统提供了图像增强相关内容的文字说明，用户在操作过程中可以参考。

图像复原是针对图像降质的原因，设法去补偿降质因素，使改善后的图像尽可能逼近原始图像，提高了图像质量的逼真度。关于图像复原的详细原理可以参考相关书籍，这里不再赘述。本系统提供了图像的噪声退化、卷积退化和运动模糊退化操作，并提供了相应的逆滤波复原、维纳复原和运动模糊复原操作。本次

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

实验中图像复原只作一般性了解。

2、编程实现步骤

下面以图像增强中的中值滤波操作为例给出编程实现的程序流程图，如下：

十、实验内容

图像增强：中值滤波、图像模板平滑、理想低通滤波器平滑、巴特沃斯低通滤波器平滑、梯度锐化、拉普拉斯锐化、理想高通滤波器锐化、巴特沃斯高通滤波器锐化和伪彩色编码

图像复原：图像的噪声退化、卷积退化、卷积加噪声退化、运动模糊退化、逆滤波复原、维纳复原和运动模糊复原

注意：

3、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理；

4、本次实验的重点是图像增强中的中值滤波和模板平滑，图像复原只作一般性了解。

十一、实验步骤

以图像中值滤波操作为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。

11、打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执行文件“图象处理”的图标，进入实验系统；

12、执行文件→打开，在OPEN对话框中选择待处理的图像，按【OK】后系统显示出图像；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

13、执行查看→图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示；

14、执行查看→灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所示；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

15、执行图像变换→正交变换→傅立叶变换，查看图像的频率域分布情况，如图所示；

16、执行图像增强→中值滤波，选择或自定义对话框中的滤波器参数，如图所示；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

17、设置完滤波器参数后按【OK】,系统显示中值滤波后的图像，与原图像进行比较，观察中值滤波的效果，如图所示；

18、重复步骤4，查看中值滤波后图像的直方图分布情况；

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

19、重复步骤5，查看中值滤波后图像的频率域分布情况；

10、执行文件→保存或另存为，保存处理后的图像；

11、执行文件→重新加载，重新加载原始图像，但要注意先前对图像的处理将会丢失。

数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

十二、思考题

1、图像中值滤波和模板平滑之间有何区别？

图像平滑处理就是用平滑模板对图像进行处理，以减少图像的噪声。而中值滤波是一种非线性的信号处理方法。

2、图像增强和图像复原之间有何区别？

图像增强：利用一定的技术手段，不用考虑图像是否失真（即原 始图像在变换后可能会失真）而且不用分析图像降质的原因。针对给定图像的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果，满足某些特殊分析的需要。

图像复原：针对质量降低或者失真的图像，恢复图像原始的内容或者质量。图像复原的过程包含对图像退化模型的分析，再对退化的图像进行复原。图像退化是由于成像系统受各种因素的影响，导致了图像质量的降低，称之为图像退化。这些因素包括传感器噪声、摄像机聚焦不佳、物体与摄像机之间的相对移动、随机大气湍流、光学系统的象差、成像光源和射线的散射等。图像复原大致可以分为两种方法：

一种方法适用于缺乏图像先验知识的情况，此时可对退化过程建立模型进行描述，进而寻找一种去除或消弱其影响的过程，是一种估计方法；

另一种方法是针对原始图像有足够的先验知识的情况，对原始图像建立一个数学模型并根据它对退化图像进行拟合，能够获得更好的复原效果。

3、图像维纳复原为什么比逆滤波复原效果好？

维纳滤波复原的原理可表示为

对于维纳滤波，由上式可知，当

时，由于存在 项，所以数字图象处理实验指导书

实验一 图象变换实验

数字信号处理课程虚拟实验室设计 第8篇

数字信号处理(DSP)技术在近30年来得到飞速发展,它在语音、雷达、声纳、图像、通信、遥感遥测、航空航天等众多领域都获得极其广泛的应用。为适应这一发展对人才的需求,许多高校都开设了数字信号处理课程,并且已由过去的面向电子信息类专业逐渐扩展到面向电气工程、仪器仪表、机械制造及生物医学等更多的专业领域。数字信号处理是一门涉及众多学科又应用于众多领域的学科,它既有较为完整的理论体系,又具有实际的应用价值,因此要建设好数字信号处理课程,不仅要有完善的课堂教学,还要强调课外的实验支持。

在我们开设的数字信号处理课程中,除了包含信号与系统的基本知识、DSP构建、计算机算法、有限字长和定点处理器、快速傅里叶变换的应用以及实时多媒体和通讯应用等教学内容,还建立了一个有力的硬件实验支撑。在课程的最后,学生们需要利用DSP开发平台实现对语音信号的采样、滤波、频谱分析及D/A转换,通过对语音信号进行较为完整的处理来加深对课内教学内容的理解。此外,通过使用DSP内部并行的执行单元、硬件循环、以寻址为模,多重DMA和片内存储器,学生将对DSP处理器有深刻的认识,加深对DSP算法的理解,探索DSP处理器相比通用处理器在构建应用系统上的优势。

数字信号处理实验包括八套实验设备,每套实验设备包含两种不同的TI公司DSP开发系统、信号发生器及示波器。DSP开发系统不仅包含DSP处理器,还包括A/D、D/A、SDRAM、FLASH、扬声器等外围设备,可以开展数据采集、滤波、频谱分析等实验。学生以小组的方式开展工作,每个小组三名成员,要在两周内完成每一个实验所要求完成的任务。为了使学生灵活安排实验时间、充分利用实验资源,我们构建了一个小型的“虚拟实验室”,使学生能够通过网络直接使用硬件设备和软件,方便地学习研究DSP的应用。我们采取开放的实验室使用政策,学生们可以24小时以他们方便的途径随意使用实验室,对于在线的学生,采用了类似的“提问-回答”的会议方式,在这个会议上助教回答学生的提问,提供实验指导。此外所有的讲稿笔记、家庭作业和其他分配任务,包括实验室考试都会在网上发送而且也可以在网上上交和批改。

2 虚拟实验室构建

实验室共有12套实验设备,每套设备包括一台Tektronix AFG310函数发生器,一台Tektronix TDS3012B示波器,一个TI的DSK5510的工具包和一个DSK6713工具包。此外,软件工具包括由项目管理人,用户图形界面,编译器,连接器,调试器,源编码浏览器和编辑工具(如TI的Codecomposer)组成的IDE。NI Labview是一个用模块代替代码行来创造应用的图形语言。它用于远程访问来同时和AFG310函数发生器和TDS3012数字滤波器进行通信。此外,执行实验还需要一些附件如扬声器,耳机和网络摄影。虚拟实验室的目标是创造一个和实物实验室尽可能接近的环境,它必须能远程控制,所有的软件硬件工具都能够实时使用,这样在线的学生就可以实现远程连接到实验室并且方便地使用工具和设备。图1(a)展示了虚拟实验室的安装连接。在实验室内,主控计算机通过各种接口和协议与硬件设备的控制端口相连,实现对各种设备的操作,如通过HTTP接口控制TDS3012B示波器,通过GPIB接口控制AFG310函数发生器,通过USB接口控制DSK5510及DSK6713开发平台。这些设备的输入或输出通道通过一个称作“开关矩阵”的设备连接在一起,开关矩阵由主控计算机控制,可以灵活组合成不同的实验平台,其结构如图1(b)所示。学生终端经校园网连接到实验室主控计算机,通过LabviewTM图形用户语言来实现对实验设备的远程操控。

实验设备及开关矩阵的电源都由可远程控制的电源管理单元来供电,在线用户能够独立启动函数发生器、示波器、主控计算机、TDSK5510工具包和DSK6713工具包。实验室使用的是来自Synaccess的NP08,它拥有八个电源控制端口,一个独立的电源控制单元就可以使用八个实验设备。NP08提供三个用户权限级别:

管理员级别:管理系统配置和无限制有权使用所有电源引口和所有串行端口。

用户级别:允许每个用户保留和管理他自己的端口,以及改变大多数系统配置。

匿名级别(客人):用户可以观看所有设置和操作没有限制的电源引口和串行控制台端口。

标记不同级别的权限是非常有用的,例如实验室助教会授予管理员权限以便于控制所有可用的实验台,在线学生会被授予一个用户名/口令和指定的权限访问他自己的实验台。用户可以利用telnet命令发送指令到控制单元,用来重启用户设备、永久打开/关闭用户电源等。此外,系统会周期性地利用Ping指令查询用户的设备,如果用户设备停止应答Ping的请求,该设备将会重启。为了确保电源管理单元的正常工作,用户可以通过网络摄影看见实验台来确保设备正常工作。要注意的是视频只是作为反馈而不是展示工具。视频不是用来读仪器的显示,用户可以使用LabviewTM图形用户界面来显示和控制仪器。

3 在线实验

数字信号处理课程虚拟实验室目前开设了两个实验,一个是语音信号的采集与滤波,另一个是双音多频(DTMF)信号的生成。这两个实验分别基于DSK6713开发平台与DSK5510开发平台进行,实验设备连接如图2所示。

在语音信号处理实验中,主控计算机中保存的语音或音乐信号(已叠加噪声)经扬声器输出端(LINE OUT)进入DSK6713开发板的A/D模块,经采集后得到的数字信号传给TMS320C6713处理器,在那进行低通滤波,之后经DSK6713的D/A模块转变为模拟信号,经主控计算机的麦克风输入端(LINE IN)传入主控计算机。学生可在远程终端上选择源信号,并且可以在远程终端上播放源信号及处理后的结果以进行对比。在第二个实验中,由DSK5510开发板的TMS320C5510处理器根据主控计算机设定的参数生成DTMF信号(多个单频信号的叠加),经开发板的D/A模块转变为模拟信号后送至TDS32012B示波器进行信号时域波形显示及FFT频谱显示。学生可以通过LabviewTM界面操控示波器并看到处理结果。这两个实验都使用TI公司的Code Compser软件进行开发。对虚拟实验室进行测评,结果表明实验步骤简洁清晰,实验所得结果和在实验室中实际进行操作的结果相同。音频流的声音质量也得到所有实验者的满意,远程软件工具Code Composer Studio运行也十分流畅。

4 结论

我们采用了一个简单有效的方法来远程访问硬件和软件,并构建了一个数字信号处理课程虚拟实验室。在线的学生可以通过虚拟实验室开展实时硬件实验,并得到和在实际实验室相同的准确的结果。由此可以采取开放的实验室管理与使用政策,方便学生学习研究DSP的应用。

摘要：本文设计了一个基于校园网的数字信号处理课程虚拟实验室,该实验室可以通过远程控制为各实验设备单独供电,并通过开关矩阵灵活组合连接实验设备。运行表明虚拟实验室构造简便,结果正确,可以为学生提供一个方便的开放实验室。

关键词：数字信号处理,虚拟实验室

参考文献

[1]缪晓芸,吴正明.虚拟实验室的研究与探讨[J].福建电脑,2009,(11):33-35.

[2]陈学军.基于虚拟仪器的网络实验室的研究及实现[J].莆田学院学报,2009,(10):28-30.

[3]洪波.基于Web的高校开放式实验教学系统的设计[D].贵州大学硕士学位论文,2007.