数字处理器（精选12篇）
数字处理器 篇1
1 数字音频技术
声音是人类进行信息传递的一种重要形式, 它主要依靠声波进行描述。在数字音频技术中, 由于计算机本身的处理特点, 在进行声音处理时, 需要将声音转换成数字信号。转换的过程如图1.1所示, 首先需要对声音信号进行采样, 然后将采样信息进行归一化处理并分为几个量化等级, 最后将量化后的信号进行二进制转码, 转码后就能成为数字信号, 此时计算机就可以对这个信号进行处理了。
声音信号不同时, 其数字化过程也会存在一定的差异。数字化效果的差异主要体现在采样率、通道数、采样位宽及编码方式等参数上, 我们可以通过控制这些参数来实现不同的数字化效果。同时, 还可以借这些参数来描述其数字化情况。
2 数字音频实时延时处理器
数字音频实时延时处理器是在数字技术及计算机技术发展的基础上产生的, 它通过利用计算机对数据的高速计算能力来实现对音频数据的各种操作变换。
数字音频实时延时处理器采用模块化结构构成, 所有的数字音频输出信号都是由一个相对应的输入信号通过数字音频实时延时处理器转换而成的, 而具体的输出信号则有转换参数进行控制, 参数不同则输出信号不同。通过利用数字音频实时延时处理器可以对数字音频信号进行实时延时控制、变换采样率以及进行压缩解压操作等。同时可以通过多种方式的组合来实现对同一信号的多种转换。
数字音频实时延时处理器主要被应用于广播电视的节目制作、管理、存储和播出的各个方面, 对音频信号进行多种处理, 有很强的实用性。通常, 实时性与延时性是两个相互对立的概念, 很难被同时应用到一种事物的处理中。但是在广播电视领域, 常常会同时对这两种特性产生需求。比如很多需要进行直播多节目, 就需要信号具有实时性;而很多节目为了保证播出过程中的质量, 就需要信号具有一定的延时性。比如在节目录播的过程中, 其中出现了一些因各种原因而无法播出的内容, 这时就需要利用延时的特性将这部分内容剪掉, 保证节目能够正常播出。另外, 还可以利用数字音频实时延时处理器对节目数据进行压缩和解压缩, 这样可以使节目的存储占用更小的空间、更加方便。同时可以让受网络带宽限制无法正常播出的节目能够通过网络进行正常播放。
3 实时延时功能的实现
实时延时是数字音频实时延时处理器最重要的功能, 它能够在对数字信号进行动态延时控制的同时, 保证信号的实时性。
输入和输出功能是基于声卡的底层波形音频函数实现的。数字音频实时延时处理器所采样的音频信号底层波形处理函数主要包含在System.dll中, 其函数的种类较多, 其中以Wave In为词头的函数主要负责对波形音频进行录制, 以Wave Out为刺头的函数主要负责实现波形音频的播放功能。
实时延时的功能则是使用算法完成的。所谓实时性, 主要是指输出的数字信号与当前所输入的信号应该保持一致, 但由于处理机制的原因, 并不能达到真正的实时, 这只是一种相对的状态。我们所说的实时性是通过建立一个缓冲区对对输入信号与输出信号进行交换, 并利用处理器的多线程同步机制来对实现两种数据之间的瞬时交换。比如利用录音线程实现连续的录音功能, 这里需要至少三个基本线程, 分别实现数据的采样、处理及播放功能, 这三个线程对数据进行同步处理, 最终实现音频信号从采集到播出的实时性, 其中对数据的处理线程并非出于一种运行的状态。
这里的延时性, 包括增大延时时间的变化和减小延时时间的变化, 分为延时建立阶段和延时阶段, 延时阶段的时间则是最终要延迟的时间t。对于具体的延时系统, 它采用了一大小固定的延时缓冲区, 并建立两数据指针分别对应数据的存储和读取。如图3.1所示:
延时缓冲区中所存储的数据量大小与具体的延时时间有关, 其具体数据量大小为t秒钟的数据录入量, 该数据量也是存放指针域读取指针之间的差量。当延时时间增大时, 延时缓冲区及数据存放读取指针间的差量也会随之增加;反之, 则减少。因此, 通过对延时时间进行调整, 即可实现动态延时转换功能。
4 结束语
目前, 数字音频实时延时处理器已被广泛应用到广播系统中, 而且随着数字化广播的覆盖范围不断扩大, 将会对数字音频实时延时处理技术提出更高的要求, 需要数字音频实时延时处理器具有更高的控制精度极易压缩速度。在此基础上, 还可以将数字音频实时延时处理器应用到视频领域中。总之, 基于数字信号处理的实时延时处理器对推动广播视频领域的发展具有重要意义。
摘要：近年来, 随着数字技术、计算机技术以及网络技术的不断发展, 数字音频技术也迅速发展, 并且在广播电视领域获得了极为广泛的应用。在广播电视节目的 制作管理过程中, 数字音频实时延时处理技术起到了较大的作用, 通过它的应用可以有效完成某些数字音频信号的处理要求。
关键词：数字音频技术,采样,实时延时
数字处理器 篇2
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1、数字图像处理的内容：
（1）图像获取、表示和表现（图像的数字化和图像变换）（2）图像增强（3）图像复原（4）图像重建（5）图像压缩编码（6）图像分割（7）图像分析（8）模式识别（9）图像理解
★
2、数字图像处理的层次关系（P 3）：
狭义图像处理-------图像分析-----------图像理解。
抽象程度
低
高
数据量
大
小
语义
低层★编码效率 = 熵 /平均码长
★
4、霍夫曼（Huffman）编码的特点和步骤（P 118）：
思想：在信源数据中出现概率越大的符号（灰度值），编码以后相应的码长越短
步骤：
（1）把输入符号按出现的概率从大到小排列起来,接着把概率最小的两个符号的概率求和；（2）把它（概率之和）同其余符号概率由大到小排序,然后把两个最小概率求和；（3）重复（2）,直到最后只剩下两个概率为止
（4）在上述工作完毕之后，从最后两个概率开始逐步向前进行编码。对于概率大的消息赋予0，小的赋予1。特点：
（1）编码是唯一可译码。短的码不会成为更长码的启始部分；
（2）编码的平均码长接近于熵；编码效率略高于费诺仙侬Fano-Shannon编码。
5、算术编码的特点：
（1）码字本身定义一个介于0和1之间的实数区间，该区间中的任何一个实数就代表要编码的消息序列。（2）信源符号与码字之间不存在一一对应的关系。一个码字不是赋给某个信源符号，而是赋给整个消息序列。（3）当消息中的符号数目增加时，用于描述消息的间隔变得更小，而表示间隔所需要的信息单元（如编码位数）变得更多了。
第七章
图像分割
1、图像分析的步骤：
（1）把图像分割成不同的区域或把不同的对象分开（2）找出分开的各区域的特征
（3）识别图像中要找的对象或对图像进行分类
（4）对不同区域进行描述或寻找出不同区域的相互联系，进而找出相似结构或将相关区域连成一个有意义的结构
2、图像分割的基本策略
（1）分割算法基于灰度值的两个基本特性：不连续性和相似性
（2）检测图像像素灰度级的不连续性，找到点、线（宽度为1）、边（不定宽度）。先找边，后确定区域。
（3）检测图像像素的灰度值的相似性，通过选择阈值，找到灰度值相似的区域，区域的外轮廓就是对象的边
★
3、图像分割的方法
（1）基于边缘的分割方法：先提取区域边界，再确定边界限定的区域。（2）区域分割：确定每个像素的归属区域，从而形成一个区域图。（3）区域生长：将属性接近的连通像素聚集成区域
（4）分裂－合并分割：综合利用前两种方法，既存在图像的划分，又有图像的合并。
4、边缘检测算子：
基本思想：计算局部微分算子
一阶微分：用梯度算子来计算
特点：（1）对于阶跃状变化，会出现极大值（两侧都是正值，中间的最大）
（2）对于屋顶状变化，会过零点（两侧符号相反）不变部分为零。用途：用于检测图像中边的存在 二阶微分：通过拉普拉斯来计算
特点：（1）对于阶跃状变化，会过零点（两侧符号相反）
（2）对于屋顶状变化，会出现负极大值（两侧都是正值，中间的最大）不变部分为零。用途：用于检测图像中边的存在
★
5、几种常用的边缘检测算子：
梯度算子：仅计算相邻像素的灰度差，对噪声比较敏感，无法抑止噪声的影响。Roberts算子：与梯度算子类似，效果略好于梯度算子 Prewitt算子：在检测边缘的同时，能抑制噪声的影响 Sobel算子：（1）对4邻域采用带权方法计算差分
（2）能进一步抑止噪声，但检测的边缘较宽
Kirsch算子（方向算子）： 在计算边缘强度的同时可以得到边缘的方向，各方向间的夹角为45º
用法：取其中最大的值作为边缘强度，而将与之对应的方向作为边缘方向（共8个模板）★Laplacian算子：
优点：（1）各向同性、线性和位移不变；
（2）对细线和孤立点检测效果较好。
缺点：（1）对噪音的敏感，对噪声有双倍加强作用；
（2）不能检测出边的方向；（3）常产生双像素的边缘。
注意：由于梯度算子和Laplace算子都对噪声敏感，因此一般在用它们检测边缘前要先对图像进行平滑。
Marr算子：马尔算子是以拉普拉斯算子为基础，首先用一个二维高斯函数对图像卷积以减低图像噪声的影响（平滑）；再用二阶导数差分算子（拉普拉斯算子）计算 优点：是快速，能得到一个闭合的轮廓。缺点：由于使用二阶导数，对噪声敏感。
曲面拟合法：求平均后再求差分，因而对噪声有抑制作用
5、单方向锐化处理：
定义：单方向的一阶锐化是指对某个特定方向上的边缘信息进行增强。因为图像为水平、垂直两个方向组成，所以，单方向锐化实际上是包括水平方向与垂直方向上的锐化。
特点：处理结果对于人工设计制造的具有矩形特征物体（例如：楼房、汉字等）的边缘的提取很有效。但是，对于不规则形状（如：人物）的边缘提取，则存在信息的缺损。后处理：这种锐化算法需要进行后处理，以解决像素值为负的问题
方法1：整体加一个正整数，以保证所有的像素值均为正。
这样做的结果是：可以获得类似浮雕的效果。
方法2：将所有的像素值取绝对值。
这样做的结果是，可以获得对边缘的有方向提取。
方法3：为了检测边缘点，选取适当的阈值T，对梯度图像进行二值化
这样形成了一幅边缘二值图像g(x,y)
6、交叉方向锐化处理：
特点：这类锐化方法对边缘的方向没有选择，又称为无方向的锐化算法。交叉Priwitt锐化算法：与Sobel相比，有一定的抗干扰性。图像效果比较干净 交叉Soble算法：锐化的边缘信息较强
7、Canny边缘检测算子：
定义：Canny边缘检测——最优的阶梯型边缘检测算法
原理：图像边缘检测必须满足两个条件：一能有效地抑制噪声；二必须尽量精确确定边缘的位置。根据对信噪比与定位乘积进行测度，得到最优化逼近算子。这就是Canny边缘检测算子。
★最优边缘检测算子应有的指标：
（1）低误判率
（2）高定位精度
（3）抑制虚假边缘
8、边缘跟踪：
出发点：由于噪音的原因，边界的特征很少能够被完整地描述，在亮度不一致的地方会中断。因此典型的边检测算法后面总要跟随着连接过程和其它边界检测过程，用来归整边像素，成为有意义的边
概念：将检测的边缘点连接成线就是边缘跟踪（线是图像的一种中层符号描述）由边缘形成线特征的两个过程：
（1）可构成线特征的边缘提取（2）将边缘连接成线
连接边缘的方法：
（1）光栅跟踪：一种采用电视光栅行扫描顺序，结合门限检测，对遇到的像素进行分析，从而确定是否为边缘的跟踪方法（2）全向跟踪：跟踪方向可以是任意方向，并且有足够大的跟踪距离的跟踪方法
特点：全向跟踪改进了光栅扫描跟踪法，跟踪时把初始点的八邻点全部考虑进行跟踪
9、阈值分割法：
基本思想：确定一个合适的阈值T，将大于等于阈值的像素作为物体或背景，生成一个二值图像，在四邻域中有背景的像素，既是边界像素。特点：（1）适用于物体与背景有较强对比的情况，重要的是背景或物体的灰度比较单一
（2）这种方法总可以得到封闭且连通区域的边界。通过交互方式得到阈值： 实施方法：（1）通过光标获得样点值f（x0,y0）
（2）选取容忍度R（3）if（|f（x,y）–f（x0,y0）| R）
set 255 通过直方图得到阈值：
基本思想：边界上的点的灰度值出现次数较少
取值的方法：取直方图谷底，为最小值的灰度值为阈值T 缺点：会受到噪音的干扰，最小值不是预期的阈值，而偏离期望的值；
改进：取两个峰值之间某个固定位置，如中间位置上。由于峰值代表的是区域内外的典型值，一般情况下，比选谷底更可靠，可排除噪音的干扰
else
set 0
10、复杂图像区域分割的主要步骤：
（1）自动直方图平滑（2）确定区域分类数（3）自动搜索阈值
11、特征空间聚类的步骤：
（1）任意选K个初始聚类中心值
（2）使用最小距离判别，将新读入的像素分到k类中的某一类（3）重新计算中心值，中心值等于这类中元素的平均值（4）当新旧差异不大时停止
12、质心区域增长法
（1）选择一个为划分类型的像素作为起点（2）起点周围未被划分的点与起点所在区域的灰度平均值差异小于阈值合并为一区域，并标记
（3）从新合并来的像素开始，反复进行第（2）步
（4）反复进行（2）（3），直到不能合并
（5）对图像中所有未被划分的像素反复（1）—（4）步
第八章 二值图像处理与形状分析
★
1、如何判断像素是否可删除：
二值图像上改变一个像素的值后，整个图像的连接性不改变，则这个像素可删除
★
2、腐蚀算法的思想和步骤：
思想：设计一个结构元素，结构元素的原点定位在待处理的目标像素上，通过判断是否覆盖，来确定是否该点被腐蚀掉。步骤：（1）扫描原图，找到第一个像素值为1的目标点；
（2）将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原点移到该点；
（3）判断该结构元素所覆盖的像素值是否全部为1：
如果是，则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为1；
如果不是，则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为0；
（4）重复（2）和（3），直到所有原图中像素处理完成。
作用：腐蚀处理可以将粘连在一起的不同目标物分离，并可以将小的颗粒噪声去除。
★
3、膨胀算法的思想和步骤：
思想：设计一个结构元素，结构元素的原点定位在背景像素上，判断是否覆盖有目标点，来确定是否该点被膨胀为目标点。步骤：（1）扫描原图，找到第一个像素值为0的背景点；
（2）将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原点移到该点；
（3）判断该结构元素所覆盖的像素值是否存在为1的目标点：
如果是，则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为1； 如果不是，则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为0；（4）重复（2）和（3），直到所有原图中像素处理完成。
作用：膨胀处理可以将断裂开的目标物进行合并，便于对其整体的提取。
4、图形线性化：
思想：图像压缩或是图像分析的过程中需要用图形部分像素来代表整个图形，因此提出图形线化的思想 方法：图像线化通常使用骨架法和图形细化两种方法 骨架法：（1）骨架是从距离变换图得来，是距离变换图中灰度值最大的像元集合，（2）即使是无空洞的连通图像它的骨架不一定连通。
（3）骨架可看作是图像压缩表示之一，对骨架图经过加粗运算（加粗量=骨架像元灰度值-1）可近似恢复成原图像。
细化：（1）细化是从二值图像中提取线宽为1像素的中心线的操作。
（2）细化与骨架化不同，只要原图像连通（不管有无空洞），细化的结果总是连通的。
5、边界跟踪法：
理论基础：先根据某些严格的“探测准则”找出目标物体轮廓上的像素，再根据这些像素的某些特征用一定的“跟踪准则”找出目标物体上的其他像素。
跟踪准则：边缘跟踪从图像左上角开始逐像点扫描，当遇到边缘点时则开始顺序跟踪，直至跟踪的后续点回到起始点（对于闭合线）或其后续点再没有新的后续点（对于非闭合线）为止
实现步骤（1）获得原图像的首地址，及图像的高和宽。
（2）开辟一块内存缓冲区，初始化为255。
（3）将图像进行二值化处理。
（4）跟踪边界点，找到1个边界点，就将内存缓冲区中该点相应位置置0。（5）按照跟踪准则，重复执行（4），直到回到初始点。
无线电数字信号处理 篇3
【关键词】无线电;软件无线电;数字信号处理技术
在无线电通信飞速发展的今天，数字无线电信号处理技术也有了新的要求。为了满足新的技术标准和要求，推广无线电技术的发展和应用，进一步加强研究无线电数字信号处理技术显得尤为重要，其成为了业界广泛关注的焦点，是目前针对数字信号处理技术研究方向中的一个重要课题。
一、无线电、软件无线电、数字信号处理技术的概念
1.无线电的概念介绍
早在1893年，无线电便被国外科学家尼古拉·特斯拉发明，这是无线电通信技术第一次被公开展示。那么，所谓无线电，是指在所有自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一，在各种射频规范书里，常见的有3KHz～300GHz（ITU-国际电信联盟规定），9KHz～300GHz，10KHz～300GHz。
2.软件无线电的概念介绍
软件无线电的发明起源于20世纪90年代，是目前较为流行并被广泛应用的新型无线电通信技术，可以把它看做作是具有智能化的无线电。软件无线电是指一种无线电广播技术，它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。其英文缩写为SDR。换句话来讲，频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。同时，软件无线电具有随环境变化参数，更有效、智能的利用资源的优势。
3.数字信号处理技术的概念介绍
回顾数字信号处理技术的发展历程，它已经历了五个不同的发展时期。从上个世纪70年代到如今的21世纪，数字信号处理技术在经历了漫长的演变和研究探索之后，终于变得逐渐成熟，被广泛应用到人们的日常生活当中，具有广阔的市场前景。那么，何为数字信号处理技术呢？它被定义为是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理均是新号理的子集。通俗来讲，数字信号处理技术，就是一种采用数值计算方式来对信号进行加工的理论与技术，其英文简称为DSP。
二、数字无线电与软件无线电的关联性
无线通信的发明与发展，对人类文明和信息技术的进步起到了重大的作用。通信系统通常被分为两大类，模拟和数字。其中，信息的传递和描述是通过模拟形式来实现的。所以模拟通信技术便应运而生，广泛被应用到了电视、广播等领域里。而由于数字信号在理论上存在着一定优势，所以信息数字化成为了一种趋势，数字通信技术迅速兴起，为多媒体通信的实现，提供了有力的保障。其实，数字通信技术已经具备了数字无线电的特征，数字无线电技术由于自身包括多项技术，其更多的旨在为数字信号处理、基带信号处理、调制与解调等进行服务。从另一种程度意义上来讲，是数字信号处理理论上的提高推动了数字无线电技术的发展，而数字无线电技术的他、日渐成熟又为新型的软件无线电的提出和应用做了铺垫。
软件无线电早年一直应用于各国的军事建设领域，在不断研究发展后，被应用到了民间的通信领域。它的迅速发展很好的解决了目前通信系统技术标准复杂多样，难以兼容统一的难题，并且由于其本身具有可编程的特性，很好地实现了老旧设备也能经济升级的愿望。那么，从数字无线电到软件无线电，前者成为了后者发展实行的前提与基础，而后者变成了前者最终的演变趋势。数字无线电作为一种技术手段，更倾向于对无线通信系统实施描述;软件无线电则让数字无线电技术变得更抽象，是一种全新的无限通信系统，可称为数字無线电的升级版。
三、数字信号处理技术与软件无线电结构的特点
数字信号处理技术由于具备很强的稳定性，并对环境中的温度、噪音有着很强的适应性，所以得到了广泛的发展和应用。其实质上就是通过对数据的变换和提取，进而转换，变为能让机器与人识别的形式。鉴于其可以利用软件来对参数实行修改处理，不难看出它有着很强的灵活性。
软件无线电的结构有着开放性与可编程性的特点，非常有益于硬件设备的升级、扩展。这种种优势必将使无线电通信系统更具备可靠性、灵活性、兼容性。软件无线电的结构特点，还能减少无线电设备维护费用，节约成本。
四、软件无线电数字信号处理技术
1.对数字信号的高速处理
利用软件无线电技术来对基带、调制解调和数字上下变频等问题进行处理。基于其本身结构特性，更好地把各个器件结合在一起，提高单片的可编程性，从而完成解扩和解跳的工作部分，实现更多的功能效果。此外，还可以采用多芯片同时并用的方法来避免出现单编程器件无法满足处理能力的情况。
2.A/D与D/A转换器件的应用
软件无线电本身的结构特点对于A/D和D/A转换器件的要求很高，采样速率和采样精度成为了关键因素。其中，影响采样速率的是信号带宽，在实际中一般取信号带宽的2.5倍，同时必须注意转换器件的范围值符合软件无线电的标准要求。例如：某A/D转换器件，其动态范围在100-120dB之间，输入信号频率的最大范围在1～5GHz，这种情况就符合无线电的标准。
3.DSP与FPGA技术的结合
所谓DSP，是一种数字信号处理器，被广泛应用到无线电技术当中。通过对DSP进行改制、制造出专用芯片，并做成集成电路，进而做到降低功耗、减小尺寸、提高处理数字信号技术的性能。而FDGA作为现场可编程的逻辑门阵列，拥有着DSP的所有优势，并且在性能上已超过了它。那么如果将DSP与FPGA技术相结合，必定会实现无线电与硬件的完美结合。运用FPGA对接口的处理，更好地与DSP有效连接，从而达到提高系统效率降低经济成本的目的。
五、总结
总之，在信息网络迅猛发展的今天，数字信号处理技术必将朝着性能更强、更专业化、标准化的方向发展，通过利用无线电通信技术，将会大大促进数字信号处理能力的发展，从而被广泛的应用到实际生活当中，更好地满足社会的发展和人民的需求。
参考文献
[1]李宏俊.数字信号处理技术的发展趋势分析[J].电子制作，2013，14：101.
[2]谢佑兴.数字信号处理的基本内容、应用及其发展动向[J].军事通信技术，1982，01：42-61.
数字处理器 篇4
本设计是采用先进DSP技术开发的数字音频处理平台, 可以自动处理各类不同的音频信号, 经过处理后的音频信号峰值电平对称, 有效电平平稳, 可以实现用户需求的处理结果, 可以提升节目信号的指标, 避免终端设备产生过调, 从而保证了设备的安全, 同时可以明显提高播音的效果。可广泛应用于各种中、短波调幅发射机系统。其实现的功能可分为幅度处理、节目处理和采样率及精度处理四大方面。
2 数字音频处理器的主要功能介绍
音频处理分为电平处理和能量处理。电平处理的目的是为了使处理后的节目电平在基本上保持原来动态范围的条件下, 维持输出电平恒定 (在某一范围内保持) 。这种处理常用在调频广播和电视广播处理中。
电平处理起到自动调节电平的作用, 但是对节目的动态范围不会产生很大的影响, 而能量处理的特点就是可以压缩信号的动态范围, 降低峰平比, 调制发射机后表现为平均调幅度的提高, 提升发射的边带能量。能量的处理在调幅广播中应用很广泛。
(1) 自动增益控制 (电平处理)
使用自动增益控制 (AGC) 模块来均衡输入音频信号的总电平 (浮动电平) , 达到控制节目信号平均调幅度的目的。AGC具有一个噪声门限比较功能, 如果输入信号没有达到门限, AGC将不会动作, 这样可以避免在无信号时出现噪声突然增大的情况。AGC可将音频信号调整到-26db到+26db的动态范围。
(2) 安全限幅以及过调压缩功能 (能量处理)
音频处理器能够对数字音频进行幅度检测, 它会对过调峰值电平进行压缩处理, 这样减缓了过调峰值电平的动态范围, 在进行限幅, 切掉峰值电平超出标准的部分, 这样保证了音频在最小失真的前提下进行限幅 (切削) 。这样可以保证发射机永远不会出现过调的情况, 避免发生损坏。
3 音频处理器系统设计
3.1 硬件设计
数字音频处理器系统硬件结构如图1所示, 系统由数据通路和控制通路组成。其中, 数据通路兼容模拟和数字音频格式, 用户可选择对模拟输入或数字输入进行处理, 输入的音频信号由DSP做数字信号处理之后同时输出到数字接口和模拟接口。当系统供电突然中断的意外情况出现后, 由继电器将输入的模拟或数字信号直接送到输出端, 保证播音任务的持续不中断。
控制通路以单片机为核心, 通过按键选择液晶显示屏的菜单进行参数设置, 也可以通过上位机的串口或者网口进行参数设置, 然后由SPI总线将参数传送到DSP, 控制处理算法的选择及参数配置。看门狗电路保证系统能够在有静电或者电压不稳的情况发生时, 自行复位电路。
3.2 软件设计
系统软件设计分为DSP和单片机两个芯片的程序编写, 其中DSP为音频信号处理的主要部件, 单片机用于人机接口和系统异常复位控制。本文以DSP程序为例, 如图2所示, 来说明主要音频处理算法的应用。
音频处理算法主要包括低通滤波器、高频预加重、输入增益、AGC (自动增益控制) 、削波五大部分。
低通滤波器的截止频率可以根据需要设置为5k Hz (调幅短波用) 、9k Hz (调幅中波用) 或者15k Hz (调频广播用) , 如图3所示。
高频预加重也可以根据需要设置为调幅预加重, 或者国标50us的调频预加重。国标50us预加重曲线设计如图4所示;调幅预加重可分为5d B、10d B、15d B和20d B可调曲线, 如图5所示。
AGC曲线结构可以根据调幅或调频的不同需求, 进行相应的调整, 权衡平均调幅度和动态范围两方面的制约因素, 选择不同的曲线类型和参数;AGC的静态曲线参数由限幅门限、限幅斜率、压缩门限、压缩斜率、向下扩展门限及向下扩展斜率构成, 动态参数由跟踪时间和释放时间构成。如图6所示, 曲线1和曲线2由不同的参数组成, 并且曲线2的输入端有10d B的增益, 使得音频信号更多的集中在-30d BFs之上, 获得更大的响度, 更高的平均调幅度。一般来说, 曲线1更多的用于调频广播, 曲线2更多的用于调幅广播。
输入增益用于调节整个频段的音频大小, 可以对全频段音频信号进行放大或缩小;削波是为了防止音频瞬时值过大而引发射机过调;末级低通滤波器的截止频率和前级一致, 主要用于带外噪声的抑制。
结论
通过多次试验证明, 该系统可以有效地抑制瞬时峰值, 防止发射机过调, 同时通过AGC压缩音频信号的动态范围, 使得能量更加集中, 达到提高平均调幅度的目的。该系统使用DSP编程实现数字信号的处理, 可以灵活进行模拟数字音频的切换, 并满足调幅调频广播的不同带宽要求。
参考文献
《数字图像处理》实验教案 篇5
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）
xy 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:
数字信号处理的发展与应用 篇6
关键词：数字信号处理技术；发展历程；应用
中图分类号：TN911.72 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0086-01
目前，我国数字信号处理技术不断应用到数据信号处理中来，对数据信号处理技术的发展与应用进行研究符合我国数字信息处理技术发展的需要。
一、数字信号概述
（一）数字信号处理技术的含义。数字信号处理技术（英文称Digital Signal Processing，数字信号处理技术）是指通过采用数字信号芯片，以数字计算的方式对信号进行分析和处理的技术，数字信号处理技术具有处理速度快、运作灵活，处理结果准确和抗干扰能力强的特点。数字处理信号技术的应用和发展，受硬件、算法和理论三方面的影响。其中硬件是指用大规模的集成电路实现通用和专用芯片，芯片的运算速度快了，价格也在大幅度的降低。在数字处理信号技术中，算法种类非常丰富，如压缩和编码、信号的解调加密、噪声的消除等。
（二）数字信号处理技术的特点。处理范围广，数字信号的处理范围要比传统模拟信号的处理范围大，处理范围增大会使数字信号处理技术的精度更高。不易产生噪声，数字信号处理技术在进行信号处理时只受到量化误差和有限字长的影响，所以处理过程中不易产生噪声。处理速度快，数字信号处理技术可以对数据进行分组快速的处理，而且可以对系统参量和处理方式进行改变，实现对信号的快速处理。
二、数字信号的发展历程
上个世纪七十年代，数字信号处理技术是在数字滤波和快速富立叶变换的基础上进行的，整个数字信号处理系统是有多个集成电路组成，有些系统是运用计算机编程实现数字信号处理的功能，不过在七十年代计算机的运行速度和存储能力都受到限制，一般只有在医疗、生物、物理等信号处理方面使用[1]。上个世纪八十年代，数字信号处理技术有了快速发展，数字信号的理论和技术转变成FFT（即快速富立叶变换）为主体信息处理阶段，通用数字信号处理芯片被广泛使用，但是数字信号处理芯片价格昂贵，一般公司很难承担。到了九十年代，数字信号处理技术发展速度十分惊人，数字信号的理论和技术发展成为非线性编辑的为代表的信号处理阶段，能够用高速的数字信号处理技术提取到更多的信息，硬件运用高速的数字信号处理技术，能够及时的完成巨大的运算量。
三、数字信号的应用
（一）数字电视。1983年德国ITT公司研制出了数字信号处理2000系列芯片，能够实现对电视信号的数字化处理，在当时这类电视机被称为数字电视机，1995年该公司又推出了2001系列芯片，芯片的数据处理性能有所改进，但是这个时期的电视机使用的信号仍然是模拟信号，1992年英国MAK公司研制出了高清电视机，提出了视频信号和音频信号用数字信号处理技术进行压缩编码，传输信道用调制和纠错技术，从此数字电视机广泛使用。1995年11月20日，美国电信委员会批准了ATSC格式的数字电视标准；1997年5月开始了用数字电视进行广播；美国于2005年停止以模拟信号进行广播，全部采用数字信号进行电视广播。欧洲发展数字电视的DVB计划也积极进行，1997年4月，英国开始使用数字信号进行广播。到了2000年欧洲各国已开始卫星数字电视广播。日本于2005年开始数字电视地面广播。2001年我国开始引进美国BBQ公司的设备，先后在全国多个省区使用MPEG-2压缩技术进行卫星数字电视广播，我国的数字电视广播正在迅速普及[2]。
（二）数字化音响设备。早期的唱片是根据声音进行模拟振动形成音槽纹道而制成的。录音机是用磁头在磁带上进行模拟信号记录。1985年CD盘问世，人们开始用磁盘记录数字信号，从此数字信号处理技术取代了模拟信号处理技术，使人们能够享受高质量的数字录音。
（三）数字化的电脑。随着数字技术的发展和全球信息化浪潮的推动，目前有众多厂商适应了未来家庭网络化和多媒体化的消费潮流，推出了信息家庭化产品，其中电脑电视（PC-TV）就是引人注目的一种数字化产品。PC-TV是以PC为主流配置又能收看电视、能用遥控键盘或鼠标进行PC操作，具有高速回放MPEG-1或MPEG-2的图像，采用带视频输出的显示卡，把VGA信號变成视频信号，兼容普通电视机和PC的显示器。另一种新的信息化家电，称为电视电脑（TVB）也称电视脑，在PC-TV的配置基础上，采用先进的电子硬盘及系统集成技术，使其具有无软件故障、不怕病毒、操作简单、成本较低等优点，为家庭提供了通过电视机浏览Internet的方便途径，并兼有CD、VCD、CD-ROM等多项娱乐功能。我国有5000万台电视机，若有条件配上TVB，投资不大而增加了电脑功能，可能会有巨大市场[3]。
四、结束语
我国的数字信号处理技术，随着科学技术的迅速发展，也进步很快。目前，我国的数字信号处理技术还处在发展时期，从军用到民用，在计算机、通信和消费电子领域也已开始了一场以数字信号处理技术为基础的数字化变革，国内已有许多单位在应用数字信号处理技术方面取得了初步的成果，国内也有自行研制的数字信号处理技术开发系统上市，还出现了数字信号处理技术培训中心，这些都对推动国内数字信号处理技术时代到来做出了重要贡献。我国的数字信号处理技术，在芯片研制方面与欧美芯片研制技术差距很大，国外不断进行芯片的更新，我国可以选择新技术应用，给我国数字信号处理技术发展提供了优良的硬件条件。我国应加快形成自己的数字信号处理技术高技术产业核心，我国的数字信号处理技术将有更广阔的市场和发展空间。
参考文献：
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[3]孙金林.数字信号处理技术的发展与思考[J].赤峰学院学报（科学教育版），2011（09）：104-105.
数字处理器 篇7
数字波束形成 (DBF) 是在原来模拟波束形成原理的基础上、引入数字信号处理方法后建立的一门雷达新技术。DBF的出现和发展既是现代电子战对雷达需要牵引的结果, 也是雷达技术和其它相关领域技术进步的产物。先进的自适应信号处理和阵列信号处理方法既为DBF的研究与实现提供了强有力的手段, 也为DBF的实用拓广了应用领域。本文基于DBF体制的某三坐标雷达, 对DBF技术的原理, 工程应用做了详细的介绍。
1 基本原理
(k=0, 1, …, M-1)
参数说明:Si为第i阵元的输入信号;N为阵元个数;d为阵元间距;θ为入射信号和阵元之间的夹角;λ为发射机发射载波所对应的波长;k为波束的序列号, 空间上共形成M个波束。Wi为第i阵元的加权系数。通过改变加权因子 (系数) Wi, 就可以控制波束的指向和形状, 以及副瓣电平。需要指出的是, 加权系数在实际应用中还可能包含各种校正系数, 如对各通道之间的幅度相位不一致校准, 甚至于对每一通道内的I/Q信号的幅度相位误差的校正和信号零漂的校正。回波信号经天线送至多路合一的DAM, 经DAM产生I/Q信号, 通过光纤按照约定协议送至信号处理数字波束形成 (DBF) 模块。DBF硬件平台接收来自于前端的N路阵元信号, 合成M个波束。
接收数字波束形成的原理框图如图1所示:
2 NIOS II软核SOPC系统及组件
NIOS II处理器系统包含一个或多个可配置NIOS II CPU软核、与CPU相连接的片内存储器、以及与片外存储器和外设相连的接口等。所有的组件在一个FPGA芯片上实现。所有NIOS II处理器系统使用统一的指令集和编程模型。
一个典型的NIOS II处理系统如图2所示。
图2中, CPU、外设、外设接口, 如SDRAM控制器、片内ROM /RAM、三态桥、UART、定时器、LCD显示驱动电路、通用I/O、以太网接口和Compact Flash等都是牺牲FPGA内部的逻辑资源为代价的。因此, 在进行具体的软核架构时, 可对不必要的外设进行裁减, 以满足低成本的小型系统设计。
3 基于NIOS的数字波束形成工程实现
3.1 硬件平台
数字波束形成的硬件部分主要由FPGA (EP4SGX230) 、EPCS128配置芯片和两片外挂SRAM存储芯片 (GSI公司产品) 构成的系统, 板卡包含了标准的CPCI接口、自定义的高速ZD、以太网口、4路高速光纤接口以及两路SMA接口, 一路用于模拟时钟输入, 一路用于数模转换输出。FPGA (EP4SGX230) 为ALTERA公司四代器件, 片内具有丰富的存储以及逻辑单元。功能强大的四代器件使得在单片FPGA上实现小阵列的数字波束形成系统成为可能。本文所要介绍的片上NIOS核主要完成DBF系数的运算、对FPGA的写系数操作;而FPGA主要完成NIOS的外部地址总线译码, 产生NIOS所需的分时读写波。其原理框图如图3所示。
3.2 软件设计
3.2.1 FPGA模块设计
EP4SGX230器件, 内部包括:14, 625, 1792bits RAM, 161个DSP模块, 24对高速收发器Transceiver。EP4SGX230内部逻辑设计的数据流向为:1) 将打包好的串行数据 (其中包括字头、各种控制代码) 通过光纤送入收发DAM模块;2) 接收DAM经光纤送至信号处理的串行数据、串转并、时钟域转换、收NIOS写入的DBF系数、然后对齐累加合成多个波束。最后将多个波束按照约定的光纤协议进行打包, 送至信号处理下一级进行数字脉压 (DPC) 以及滤波等处理。
3.2.2 NIOS设计
NIOS设计包括软核构建以及源码设计
下面做分别介绍。
1) NIOS软核构建
通过quartsu设计软件进入sopc构建界面, 我们需要添加cpu, 定时器、调试用jtag uart、sram、epcs控制器、cfi模块等, 注意sram、epcs、cfi模块需要添加三态桥Avalon-mm Tristate Bridge和cpu进行桥接。同时, 需要添加一定数量的pio, 设置为沿触发, 作为cpu的外部中断输入, 从而执行对应的中断服务程序。本设计的软核构建如下:
2) NIOS软件设计
本软件基于Eclipse环境下用C语言编写。软件设计流程图如下: (本软件有多个任务, 这里只介绍DBF系数计算的部分) :
软件流程大致为:上电系统初始化, 进入DBF系数计算任务 (Task) 。计算出所有频点、波束、阵元的波束形成系数, 然后根据模式字, 将对应的系数写入FPGA。在fpga内部逻辑中, 自动判别不同重复周期工作状态是否改变, 若改变, 将产生一沿触发信号给NIOS, NIOS收到后, 再一次计算DBF系数。如此循环重复。
3.3 设计结果
假设接收波束为十个波束, 覆盖空域0~20°。利用计算机MATLAB仿真可以模拟出十个接收波束的理论波形。图6为十个交叠接收波束的仿真结果。
3.4 试验结果
试验中采用了-45°~+45°的扫角数据, 利用QUARTUS集成的软环境逻辑分析仪可以采集到对应空域不同方向的接收波束波瓣图, 图7为单个仰角接收波束测试结果, 与仿真结果保持一致。
4 结语
本文比较详细的介绍了在单片FPGA上建立NIOS软核来实现数字波束形成的原理、工程实现方法以及试验结果。此设计方法的优点在于减少了设备量, 降低了硬成本, 同时也便于后期的维护。本平台已经成功应用于某型号地面雷达产品中, 性能稳定, 可靠性高, 在工程应用中具有一定的参考价值。
参考文献
[1]李兰英, 等.Nios II嵌入式软核SOPC设计原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.11
数字处理器 篇8
以Cortex-M3为内核的处理器由于其低功耗以及低成本并且是32位处理器,越来越多的研究人员已经从51处理器、AVR等处理器开始转移到这个领域。数字PDA系统设计采用的是以Cortex-M3的内核STM32ZET6控制器,但是由于STM32ZET6内部没有MMU,不能移植WinCE,Linux等操作系统,故只能应用ucLinux,μC/OS-Ⅱ等实时操作系统[1]。传统的操作系统ucLinux,μC/OS-Ⅱ在微控制器中移植后,应用程序就开始了与操作系统、以及硬件驱动之间的交互,一旦要添加新的应用程序或者对应用程序的更改,代码的修改量以及整个操作系统的稳定性都会收到影响。这时就需要一种新的机制,能够在保证系统稳定性的基础上快速设计应用程序,也正是基于这种思想,数字PDA系统将实时操作系统、硬件驱动、FATFS进行统一的封装,并给出一种基于页的机制,每一页就是一个线程,利用μC/OS-Ⅱ操作系统进行任务间的切换[2],而应用程序只需要按照页的设计规则,进行应用程序页设计即可,设计最终证明是合理可靠的。
1数字PDA系统原理框图说明
数字PDA系统的硬件电路部分由微控制器STM32F103ZET6、16 Mb NOR FLASH存储器、液晶显示LCD控制电路、USB接口电路、VS1003B MP3解码芯片电路、2 Gb misroSD卡接口电路、以及2.5～5 V电源电路组成。它的结构图如图1所示。
2数字PDA系统硬件电路设计
2.1 微处理器MCU
微处理器MCU采用STM32F103ZET6 ARM芯片,其特点是低功耗、价格低、具有丰富的外设资源如FSMC控制器、USB、多路SPI和USART,并且有MDK编程手册,易于上手[3]。
2.2 NOR FLASH存储器
NOR FLASH采用M29W128芯片,NOR FLASH的作用是存储页面资源、GUI资源、以及各种字库资源。数字PDA系统硬件电路使用微控制器的FSMC控制器对M29W128 NOR FLASH进行读写操作,主要是为了提高对M29W128 读写速度。M29W128 NOR FLASH中的存储的数据,也可以通过从microSD卡中读取并进行存储。
2.3 TFT液晶显示电路
数字PDA系统硬件电路使用以HX8312为主控芯片的液晶控制电路和主控制器连接。主控制器和液晶控制电路之间的数据通信也使用主控制器的FSMC接口,目的是进行快速传输数据,避免液晶显示刷屏现象的产生。
2.4 VS1003音频解码电路
VS1003是音频解码芯片[4],它支持Mpeg1和Mpeg2,WMA,MIDI,MP3解码,同时支持IMA ADPCM(单声道)、麦克风和线入等编码.VS1003具有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP,0.5 KB数据RAM。数字PDA系统使用VS1003音频解码芯片,实现PDA的音乐MP3的播放功能。
2.5 USB接口电路和microSD卡接口电路
STM32微控制器具有1个USB接口,该USB接口主要实现数字系统PDA在和PC机连接时的USB通信,当然也能为数字系统PDA系统供电。microSD实现了数字PDA系统的大容量数据的存储[5,6]。
2.6 PDA内部USB转串口电路
PL2303遵循USB协议,并且支持到RS 232的转换。PDA数字系统通过PL2303电路实现主控制器的串口和PC之间的串口通信,这个电路主要用于系统调试[7]。
2.7 电源电路
电源电路包括锂电、5 V外接电源滤波电路、5 V转3.3 V、3.3 V转2.8 V、3.3 V转2.5 V五个电路,它们主要负责分别给主控制器、解码芯片、SD、NOR FLASH提供电源。
3数字PDA系统软件系统设计
3.1 软件系统总体介绍
相比较硬件电路来说,硬件电路一旦确定并且电路正确,基本上没有大的变化,而软件部分则会出现非常大变化,因为应用的程序是多种多样的。但是STM32微控制器没有像PC处理器那样含有MMU,不能运行Linux和WinCE操作系统,但是在很多情况下,PDA数字系统是要实现多任务操作的,或者说多线程操作,所以在这种条件下,PDA数字系统采选用μC/OS-Ⅱ进行多任务之间根据优先级别的调度,而应用程序又是基于操作系统和硬件的,为了提高操作系统的稳定性和减少在数字PDA添加应用程序时代码的修改了,所以数字PDA系统将操作系统、GUI、硬件驱动程序、文件系统FATFS进行整合,采用一种页机制,每一页就是指一个TFT LCD显示的页,每一页就是一个线程,当页切换时,底层操作系统就实现任务的切换。
3.2 FATFS文件系统的移植
由于PDA数字系统使用SD卡作为大容量数据的存储,虽然主控制器STM32含有SDIO接口,硬件驱动程序只要进行相应的配置就能实现SD的读写操作,但是这种操作时基于扇区的,而上层应用程序操作的是文件,所以必须移植文件系统。移植步骤就是将SD的读写扇区函数和文件系统的底层接口函数想关联。数字PDA系统使用FATFS文件系统,当然也可以使用FAT32文件系统,FATFS文件系统中diskio.c中提供五个接口函数,如图2所示。
将microSD卡驱动函数的SD扇区读函数、扇区写函数、以及SD初始化的函数和图中的disk_read,disk_write,disk_initialize[8]进行对接,当让还要在FATFS文件系统中数据类型integer.h中包含stm32f10x.h 以及将integer.h中的数据类型进行更改,只需要更改文件系统中BOOL类型数据和stm32f10x.h中的bool类型一致即可,文件系统就移植完了。移植了FATFS文件系统后,数字PDA系统在读取SD卡时,就可以按照大家常用的文件格式进行读取数据。
3.3 μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植
μC/OS-Ⅱ为PDA数字系统的操作系统提供多线程操作,任务的调度。由于系统需要多线程的调度,需要为数字PDA系统移植μC/OS-Ⅱ。数字PDA系统使用信号量和邮箱机制进行多任务的调度。μC/OS-Ⅱ是用标准C语言和汇编语言来写的,只有与微处理器相关的是由汇编指令写的,所以在STM32F103ZET6上中移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统,只需要更改或者重写处理器相关文件OS_CPU.H和OS_CPU_C.C,汇编文件OS_CPU_A.ASM,系统配置文件OS_CFG.h[8]。
3.4 硬件驱动程序
数字PDA系统在调用微控制器的各种外设接口资源、以及各种硬件资源时需要调用这些硬件资源的驱动程序。数字PDA系统的硬件驱动程序由串口打印输出驱动程序、SD卡驱动程序、VS1003B硬件驱动程序、TFT LCD液晶显示器驱动程序、3个SPI串行通信口的驱动程序、NOR FLASH 和STM32 FSMC接口驱动程序、触摸屏TSC2046驱动程序组成。以上的驱动程序保证了各个模块硬件资源的正常工作。作为最底层驱动程序,这些程序保证了整个数字PDA系统能够实现各种应用程序。
3.5 页与GUI图形界面接口
数字PDA系统要在TFT LCD液晶显示器中的进行图形界面的显示,需要GUI的支持,数字PDA系统采GUI设计没有移植uCGui,而是根据液晶控制器重写的GUI,由于STM32F103ZET6微控制器的时钟为72 MHz,这样写的好处在于提高液晶页面显示的速度,减少刷屏现象的产生,提高PDA液晶画面显示的质量[5,6]。
数字PDA系统将以上的所有软件进行了整合,将液晶屏显示一个页作为一个线程,页面进行切换就实现了任务的切换,任务的切换由操作系统实现。通过页机制的框架,在应用程序进行修改或者添加新的应用程序时,减少了代码的修改量,保证系统的稳定性。
数字PDA系统启动后就进入主页线程,操作系统系统根据硬件中断和信号量邮箱机制,进行也切换,页切换的时候,会调用文件系统或者硬件驱动程序,这就是PDA系统的工作原理。
4结语
数字PDA设计是在硬件电路设计上移植文件系统、操作系统上完成的,整个系统不仅要求硬件电路的兼容正确,同时也要求FATFS文件系统和μC/OS-Ⅱ操作系统的移植正确,整个系统基于页的机制进行任务切换,经过实际证明页机制可以进行快速严谨的应用程序开发。
摘要：数字PDA系统整体由硬件电路和软件系统2部分组成,硬件电路由低功耗ARM微控制器STM32ZET6控制的PDA外围电路组成,软件系统则由硬件驱动程序、μC/OS-Ⅱ实时操作系统、FATFS文件系统、GUI等部分组成。数字PDA系统将整个软件系统进行了整合,提供一种基于页的机制方法,即每页都是一个线程,利用μC/OS-Ⅱ的信号量、邮箱机制实现多线程之间的任务切换。PDA系统采用页机制的设计,旨在减少增加应用程序时代码的修改量和提高整个PDA软件系统的稳定性,以及提高应用程序的开发速度。
关键词：STM32,μC/OS-Ⅱ,数字PDA系统,页机制,ARM
参考文献
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数字音频调度系统故障处理 篇9
随着数字技术不断的成熟 , 节传机房在音频传输方面采用了数字音频调度系统软件 , 基本上实现了数字自动化 , 质量可靠 , 运行安全 , 大大提高传输给发射机房的音频质量 , 能满足未来数字广播的需要。但是由于新设备、新软件 , 运行过程还会出现这样或那样的问题 , 需要加强维护和应用 , 才能保证高质量的传输和监听。数字音频调度系统由接收系统、数字音频调度系统、电源系统、监听系统和网管系统组成。实时监视数字音频调度系统各个设备的运行状况及信号传输情况 , 出现异常现象时提供报警。节目运行图在节传网管计算机运行图编辑界面编辑好后 , 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。本文结合工作实际 , 对数字音频调度系统GPS时钟与本地时钟时间不一致产生的问题及处理进行探讨。
1 故障现象
数字音频调度系统监视屏出现GPS时钟与本地时钟时间不一致。框图出现 :中央五套1主 , 设备通信故障 ;中央五套2备 , 设备通讯故障 ;省台 , 设备通讯故障 ;音频选择控制模块有告警指示 ;TX指示灯会闪 , RX指示灯不会闪 ;数字音频调度系统与pc机交互出现故障 , 不能交换以致串口服务器不工作 , pc机闪烁灯不闪 , 不能接收和发送数据。机器其他的设备一切正常 , 节目源正常输出到发射机房。正常情况是设备显示正常 , 数字音频调度柜中四选一数字接口模块正常 , 电源模块正常。
2 故障判断
产生这种问题 , 主要有七种可能 :数字音频调度系统监控软件出故障 ;音频调度系统与pc机之间的数据传输线故障 ;pc交换机故障 ;音频选择控制模块损坏 ;数据接口模块损坏 ;网线接触不良 ;串口服务器出问题。
3 故障处理
首先 , 保障节目信号正常输送到发射机房。由于运行图在节传网管计算机运行图编辑界面编辑好后通过监控软件编辑完成后提前下载到接收机存储器中。当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。这样在保障节目信号正常输出到发射机房 , 确保安全播出情况下 , 作应急处理。
其次 , 在音频调度系统监控软件上校对GPS时钟与本地时钟。发现校对不了 , 数字音频调度控制模块还不停地报警 , 可能是该模块损坏。在主用优先且C波段正常播音情况下 , 对该模块进行更换 , 发现仍不能解决出现的问题 , 情况照旧。这种情况 , 只能待节目播出完检修处理。
然后 , 在第一次播音结束后重启起电脑。当前播音任务完成后 , 及时重启监控软件 , 看是否能正常。虽数字接收机可存储运行图且能自动播出节目 , 为了保障其它节目可靠和准确 , 在重启电脑时 , 仍然要注意做好数字与模拟节目源倒换工作 , 以防万一。同时让发射机房也做好数字与模拟信号源的转换工作 , 目的是确保其它节目播出万无一失。因为 , 在这当前节目播音结束时间一到 , 不知道数字接收机时间与GPS时钟是否相一致。如果不一致 , 当前节目就不能按照运行图自动切断节目源 , 仍有当前信号播出 , 照成人为多播事故。只有一到关机时间在音频四选一上执行应急操作 , 立即切断当前节目源 , 并通知发射机房关机 , 然后关机重启电脑和监控软件。一般情况下 , 重启电脑和监控软件后 , 故障会消除 , 只要再重新校验接收机运行图和同步接收机时钟即可。
最后 , 如果重启电脑和监控软件 , 故障仍不能消除 , 就要再续查是不是网线或交换机有故障等其他原因。
4 故障原因
数字音频调度系统的监控软件有问题 , 引起系统时间无法校对 , 接收机时钟和GPS时钟不一致 , 要执行的运行图不能按当前运行图运行时间运行。会照成人为多播 , 少播或停播事故。
处理完故障后 , 认真分析 , 可以发现采用数字音频调度系统的优点较多 , 更能保证节目安全播出。一是具有广播级音频指标。可同时进行多路专业音频的处理 , 拥有多种功能模式 , 面板标识清晰 , 操作简单 , 直观易于维护。二是质量可靠 , 运行稳定。采用数字音频电缆传输信号 , 抗干扰能力强 , 设备运行出现异态可通过声音和指示报警 , 让人很直观知道故障的出处。三是具有直观的网管系统 , 使用方便。可实时监控各个设备的运行状态 , 同时网管系统能自动上载运行图至各个设备 , 接收设备一旦被上载运行图后 , 整个调度系统即可脱离网管独立运行 , 任何时候都有传输音频信号的能力 , 节目传输有保障。四是节目运行图是通过监控软件编辑完成已提前下载到接收机存储器中 , 数字接收机是按预先存入接收机中的节目运行图自动播出节目。主要是由于数字接收机具有存储功能, 可存储已编制的节目运行图, 即使断电也不会丢失 , 不受干扰的准确执行。同时 , 数字接收机本身内部有高精度时钟 , 不需要外部电源具有实时性 , 时钟不会因为断电而丢失。
即便这么先进的数字音频调度系统 , 但也会出现使GPS时钟与本地时钟不一致问题 , 可能导致多播或少播问题。在实践中 , 为了保证播出准确和可靠 , 还必需通过系统给它校时。数字音频调度系统的监控软件出问题, 使GPS时钟与本地时钟不一致 , 而且不可以校正 , 分析这个故障产生的原因是接收机的时钟是本地时间 , 而本地时间存在与GPS时间不一致的可能 , 势必影响运行图运行时间。
5 故障防范
为了杜绝这种情况发生 , 一方面 , 值班员在上班时就要查看接收机内部的时钟和当前运行图 , 若发现时钟或运行图不正确 , 就应执行同步接收机时钟或校验接收机运行图。平时开展应急演练 , 提高操作技能 :一是熟练音频调度系统电脑操作 , 定时给电脑系统监控刷新 ;二是熟练设备运行不正常倒换备份操作 ;三是熟悉接收机可通过串口进行设置 , 也可通过面板手动设置操作。此外 , 值班员要加强巡视 , 做到看、听、闻 , 及早发现及时处理保证节目不间断的播出。
另一方面 , 数字音频调度系统生产商对软件进行改进 , 使显示器上能出现两个小指示 :一个是显示数字接收机的时间 , 如有与GPS时间不同可快速校对 , 就像校对GPS与本地时间一样 ;另一个是显示在播音当中 , 数字接收机按预先存入运行图运行与现在正常播音的运行图是不是相一致。有了这样的指示 , 值班员巡视设备的时候就可迅速发现和处理 , 在播音中发现不是当前的运行图也可立即校验接收机运行图 , 同步接收机时钟 , 保障节目源的可靠性和准确性。
摘要：本文结合工作实际, 对数字音频调度系统GPS时钟与本地时钟时间不一致产生的问题及处理进行探讨。
数字处理器 篇10
1 总体启动流程
1.1 启动方式设置
DM355的ARM可以从异步外部存储器接口(AEMIF)上的One NAND或者从ARM的内部ROM启动,这是由管脚BTSEL[1:0]的配置决定的[5]。BTSEL[1:0]也可以进一步设置ROM启动方式,即在芯片重置之后,除了当BTSEL[1:0]=01表明AEMIF已启动外,ARM一定从内部ROM的0x00008000处开始启动,ARM内部ROM中的这部分程序称作ROM Boot Loader(简称RBL)。因是TI公司嵌在DM355的内部ROM里面的,用户不能更改。
BTSEL[1:0]共有如下4种设置[6]:
(1)BTSEL[1:0]=01时,为AEMIF启动方式,这种模式由硬件控制,启动不包含ARM内部ROM(即RBL不运行)。在由One NAND启动的情况下,用户必须自己在One NAND的启动页中放入必要的启动代码,这些代码必须为One NAND设备设置AEMIF模块。在AEMIF被设置之后,启动会紧跟One NAND启动页中的AEMIF管理页而继续。
(2)BTSEL[1:0]=00时,RBL运行,NAND启动。
(3)BTSEL[1:0]=10时,RBL运行,MMC/SD启动。
(4)BTSEL[1:0]=11时,RBL运行,UART启动。
由此可见,不经由RBL的启动方式只有BTSEL[1:0]=01一种,而经由RBL的启动方式有3种(此时BTSEL[10]≠01)。
当芯片被设置成NAND启动模式时,如果启动失败,则DM355会尝试MMC/SD启动;如果MMC/SD启动失败,则DM355会再次尝试这种启动方式;如果UART启动失败,DM355会再次尝试这种启动方式。
DM355的总体启动流程如图1所示。
NAND启动与One NAND启动适用于系统参数和功能固定的应用场合,二者在价格和读写速度上的差异也使得设计者可以根据需求做出权衡。而MMC/SD启动适用于系统参数和功能经常需要改变的场合。UART启动一般应用于调试阶段而非实际应用。
在设计系统选择启动方式时,可以根据各种方式的特点,选择合适的方式启动系统。
1.2 启动中的状态标志
DM355的RBL会用GIO61来指示启动状态(可以用来驱动LED),这可以帮助开发者更直观地观察系统的状态。重启之后,GIO61被初始化为低电平。
(1)如系统上电时通过NAND启动,未成功后会尝试通过MMC/SD启动,在此期间GIO61以4 Hz的频率切换高低电平。
(2)如系统被上电时通过MMC/SD启动,在尝试启动期间GIO61以4 Hz的频率切换高低电平。
(3)如系统上电时通过UART启动,在尝试启动期间GIO61以2 Hz的频率切换高低电平。
当启动成功之后,在程序被移交给UBL之前,GIO61被设置为高电平。其过程如图2所示。
总之,RBL在BTSEL[1:0]≠01时运行的情况下,控制权被交给RBL,待读取BTSEL[1:0]的状态之后,RBL才执行合适的代码。
2 NAND启动流程
NAND Flash存储器具有容量较大、擦写速度快等优点,适用于大量数据的存储,但不支持片内执行(XIP)。NOR Flash支持片内执行,读速度稍快于NAND Flash,但写入速度远落后于NAND Flash,且二者接口不同,这就决定了NAND Flash适用于大规模数据存储而NOR Flash适用于小量代码存储的特点。另外,接口的特点也决定了NAND Flash的读写更复杂,必需要驱动。
当BTSEL[1:0]被设置为00时,NAND模式将启动,NAND启动模式默认NAND位于EM_CE0接口,这个接口的总线设置由管脚AECFG[3:0]确定。AECFG[3:0]必须被正确地设置,EMIF的信号才能被NAND器件采用。
NAND启动流程如下:
(1)RBL执行,初始化0x4000~0x7FFF(2 KB)的空间作为堆栈,最后32 bit(0x7FFC~0x8000)闲置,因为这里会被写入找到的UBL的块号。此时会禁止所有中断、中断请求和快速中断请求。
(2)NAND器件的设备ID被从NAND读出来,然后从RBL的信息表中读取出一些必要的信息(如页大小和块大小)。信息表是DM355所支持的NAND设备的列表;然后,RBL在NAND的block 1中的page 0寻找UBL的描述符。
(3)如果有效的UBL没有被找到(这取决于是否读到了正确的魔幻数),下一个块会继续被寻找,最多连续搜寻24个块,这是为了防止NAND中的坏块,搜寻24个块足够应付绝大部分NAND中的错误。
魔幻数是基于在一个块的第0页的前32 bit读取0x A1ACEDxx而探测到的,只有块1~块24的page 0将会被读取和寻找魔幻数。
(4)当一个有效的UBL标识符被找到之后,这个块的号码被写在ARM内部RAM的最后32 bit,即0x7ffc~0x8000。这种特性是为了调试方便,通过读这32 bit(例如通过JATG),可以知道UBL在哪一个NAND块读到了有效的UBL标识符,如果在搜寻完24个块之后还没有找到有用的标识符,则DM355将会尝试通过MMC/SD启动。
(5)当有效的UBL被找到之后,RBL会处理UBL描述符,描述符给出了装载UBL和移交UBL控制权所需要的信息。接下来UBL被读取和处理,RBL首先可能会根据魔幻数所提供的信息启用一些与快速EMIF和高速缓存相关的操作。此外,描述符提供了在UBL的拷贝期间是否应用DMA的信息。一但启动条件确立了,RBL拷贝UBL到DM355的内部RAM,起始地址为0x00000020,开始的32 B是ARM的系统中断向量表(8个向量,每个4 B)。UBL的拷贝始于这32 B的中断向量表之后,提供了用户装载程序的必要的细节。表1为UBL描述符的格式。
魔幻数的最后两位决定了NAND的启动模式,如表2所示。
NAND RBL应用4 bit ECC校验来确定在将UBL读取到内部RAM时是否有错误发生。假如4 bit ECC校验探测到了错误,则UBL会通过ECC修正算法来修正错误。如果由于其他原因读取UBL失败,则拷贝过程会因为需要魔幻数而立即暂停,然后RBL会从找到魔幻数的那一块继续寻找相邻的块,以找寻另一魔幻数。当找到下一魔幻数时,将重复这一过程。利用这种机制,魔幻数和UBL可以被复制达24次,给予NAND读取错误以足够的冗余和错误恢复能力。
如果在搜索了24个块之后没有找到有效的UBL描述符,则RBL会转向去通过MMC/SD启动。
(6)将UBL读取到内部RAM之后,RBL将控制权交给UBL。
(7)UBL开始扫描NAND以寻找ABL(Application Boot Loader)描述符的魔幻数,如果找到了描述符,则UBL将ABL装载进DDR,并跳转到ABL的入口地址。TI公司的UBL在8和9两个NAND块中找寻ABL的描述符,如果找不到,则屏幕会显示以下信息:
UBL:Failed to read app descriptor
UBL:NANDBoot()failed
类似于UBL的描述符和魔幻数,ABL的描述符和魔幻数分别如表3、表4所示。
NAND启动的总体流程如图3所示。
3 嵌入式目标板
基于DM355处理器的目标板原理框图如图4所示。
目标板上主要资源包括:(1)TMS320DM355处理器,可工作在216/270 MHz;(2)512 MB的NAND Flash,型号为Sumsang K9F4G08U0A,包含4 096个块,每块含64个页,页大小为2 048 B。芯片ID为0x DC[7];(3)128 MB DDR2,主频为533 MHz。
4 通过CCS烧写UBL及ABL
(1)CCS的配置
安装TDS510驱动,连接TDS510仿真器、DM355及PC机,打开CCS的配置程序,配置好DM355的JATG仿真环境[8],使CCS可以识别目标板。
(2)烧写UBL及ABL(U-Boot)
在CCS下打开TI公司的DVSDK中的NAND_programmer.pjt,这是一个向NAND中写入UBL及ABL的CCS工程。打开nand Prog.c可以看到下面定义好的UBL及ABL魔幻数:
在开发时可以根据开发需要对其进行改动,但要注意UBL及ABL的大小对其中一些参数的影响。
(3)编译NAND_programmer.pjt并运行,根据提示输入编译好的UBL与U-Boot二进制文件。DVSDK开发包中有利用CCS编译UBL的工程,可以根据需求对其进行改动,但要注意其生成.BIN文件的大小,因为U-Boot在Lunix环境下进行编译也生成一个.BIN格式的文件。
(4)用串口线连接DM355与PC机,启动DM355目标板,登录到U-Boot。此时可以通过U-Boot的指令来查看位于NAND中的UBL与RBL描述符[9],并证实修改的有关UBL和UBL的参数。
实验表明,系统能依照设定的方式从NAND启动,并成功登陆U-Boot命令行,而且可以通过指令来查看魔幻数与描述符。下一步的工作是建立操作系统内核,并下载到存储器,建立文件系统,从而建立完整的开发环境。
参考文献
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[3]刘继超.基于DM355的嵌入式网络视频监控系统设计[D].青岛:青岛科技大学,2009.
[4]王薇薇.基于DM355的视频监控系统的设计与实现[D].武汉:武汉理工大学,2010
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[6]Texas Instruments.TMS320DM355 DMSoC ARM subsystemreference guide.2007.
[7]Samsung Group.K9F4G08U0A datasheet.2005.
[8]Texas Instruments.Code composer studio development toolsv3.3 getting started guide.2006.
浅析数字城市基础数据处理 篇11
关键词：数字城市 地理数据 处理
1 概述
在数字城市建设采集的基础地理数据一般包括多种比例尺、地貌、水系、居民地、交通、地名等基础地理信息，这些信息数据量大，如何融合和处理关系到数字城市系统后期的使用和维护、更新。因此，对其基础地理数据的采集处理显得尤为重要，本文就是针对这问题通过对基础地理数据采集、处理进行了论述和分析，希望对于我国数字城市提供一个思路。
2 基础地理数据采集原则
基础地理数据采集原则有以下几方面内容：
①现势性，所有地理数据均为目前最新的数据，以保证数据的真实性。
②统一性，所有数据均采用统一的坐标系、投影方式以及编码标准。
③精度以国家基础测绘成果精度要求为标准，数据格式为ArcGIS的GeoDatabase数据格式。
④数字线划图、数字高程模型、数字航摄正射影像都经过配准和融合。
⑤空间数据、属性数据按照统一的数据建库要求处理完成，编码设计合理，无冗余数据。
3 数据处理
一般对于矢量形式的数据，需进行拓扑化处理、拼接处理、实体化处理等重组工作，以适应数字城市建设应用要求。
①拓扑化处理
拓扑化处理涉及重复点、伪节点、冗余点的判别和删除操作，同时囊括了悬线、重复线的判别及处理。
②拼接处理
拼接处理涵盖了两项内容，一是不同比例尺之间数据的一致性匹配集成处理，二是同一比例尺内数据的图幅拼接。其中，前者须参考高精度数据进行数据拼接，后者可通过强制法、平均法、优化法（或三者结合）完成数据图幅数据的拼接。将数据按设计要求拼接后，接边对象几何与属性信息应该保持一致。
4 数据检查
为了确保数据的整体质量（主要是数据的完整性）及实体元素符合设计要求，处理后必须进行数据检查。其中，数据整体质量的检查基本包括以下内容：
①检查数据层及其所包含的数据和配套的属性文件是否完整。
②属性项：检查属性文件中属性项的顺序和完整性是否符合设计要求。即使某一图幅中不存在须采集的属性数据，相对应的属性项也应该是整齐排列的。
③实体元素的质量：检查点、线和面目标的属性精度、逻辑一致性及接边质量是否达到要求。
④属性精度：检查并确认属性项中属性值或属性代码是否准确。
⑤逻辑一致性：检查属性项定义、属性项之间关系、属性值逻辑和属性代码的一致性。
⑥格式一致性：检查上交数据的数据格式是否符合设计要求。参考系统的总体要求，保留各种数据格式的字体、属性、线型和颜色后转入本系统。
⑦数据分层一致性：检查各数据层的名字及要素是否达到要求。
⑧拓扑一致性检查：包括线拓扑、面拓扑和点拓扑的检查，及编辑后是否重建拓扑关系。
⑨要素空间关系：要素之间如等高线与水系、等高线与高程点、居民地与道路、面状居民地与其几何中心点、境界与河流、道路等，应有合理的空间关系。
⑩位置接边：各层数据的每一接边的线状要素是否严格与理论图廓吻合，与邻图接边是否良好，被分割在两幅图上的线是否能坐标相连，面目标被分割在两幅图上的部分是否能坐标相连；检查两幅接边图廓边上的点目标是否重复；对原图不接边的地方处理是否合理。属性接边检查：检查相邻图幅接边要素的属性是否一致。
5 数据入库
经检查无误后，可以通过数据入库工具完成基础地理矢量数据的入库工作。
6 结束语
基于基础地理数据建立的数字城市，用户不仅可以图文并茂地查询信息，获得最为直接的结果。系统中还可以能够三维可视、属性数据查询、动态监控等功能，给管理者提供了一个信息展示发布的窗口，以及能更加及时、完善、直观辅助决策平台。现今，数字城市已经走进了我们的生活。
参考文献：
[1]http：//gts.sbsm.gov.cn/article/jcch/gjjcdlxxxt/200709/20070900000441.shtml.
[2]赵峰.上海地理信息公共服务平台及在智慧城市中的应用[J].上海国土资源，2013（34）：63-65.
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[4]闯少铭，苏义坤.关于数字化城市的探讨[J].情报科学2003（4）：413-414.
[5]黄解军，潘和平，万幼川.数字地球战略与数字城市建设[J].中国软科学，2007（2）：85-88.
[6]周安发，邵军，王华，卢少雄.“数字城市”建设中的基础地理信息数据更新[J].地理空间信息，2013（11）：23-25.
“数字图像处理”课程教学实践 篇12
关键词：数字图像处理,教学内容,教学方法,科研创新能力
数字图像处理是当今信息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科,已经渗透到计算机、通信、医学、生物学、军事等各个领域,甚至与人们的生活也紧密相关。数字图像处理是理论性和实践性都很强的学科,是许多高等学校信息类专业的重要专业课程其教学目的是使学生了解和掌握数字图像处理的主要方法与技术,为今后的深入研究和开发工作打下良好的基础。然而,由于数字图像处理技术涉及的知识面广,理论较深奥,同时其内容也在不断丰富之中,如何保证和提高数字图像处理课程的教学质量是值得认真思考的实际问题。
1 制定科学的教学目标和教学内容将Matlab仿真实验引入课堂
我校的“数字图像处理”课程制定了科学、合理的教学目标和循序渐进且兼顾相关学科的教学内容。由于数字图像处理融合了数学、电子、计算机软硬件、智能系统集成等众多先进技术,体现了诸如计算机技术、自动化技术、光学工程等学科相互交叉和融合的综合运用,内容丰富,应用广,因此本课程在教学内容上既要重点介绍数字图像处理的基本理论、方法,又要介绍当今图像处理的重要应用领域以及与其他学科之间的内在衔接与融合,使教学内容具有系统性、完整性、科学性和先进性。在教学内容的选取上,继续深化重概念、重基础、重实验、重综合的“四重”教学,突出学以致用的观念,使学生通过课程学习掌握解决具体问题的方法。以能让学生较深入地理解数字图像处理的基本概念、基础理论以及解决问题的基本思想方法,熟练地掌握数字图像处理的基本过程为目的,使学生在有限的学时内有最大的收获。例如,“图像变换”是“数字图像处理”课程的核心内容,是理解后续的“图像增强”、“图像复原”等内容的基础,因此我们重点讲述了“傅立叶变换”和“小波变换”,将Walsh变换作为学生自学内容。这样选择教学内容的目的,是要使学生明白“图像变换”的目的在于使我们所更关心的一些原始图像的特征更加明显,变换手段不同导致了不同的变换结果。此外,《数字图像处理》课程是一门利用计算机进行图像处理的学科,许多算法最终要在计算机上实现。而现代多媒体计算机中又采用了许多数字图像处理技术,如图像压缩技术、图像处理技术等,因此《数字图像处理》课程教学不能脱离计算机,仅仅纸上谈兵是不够的。将MATLAB仿真研究引入课堂,并贯穿始终,可以化过去的“耳听为虚”为现在的“眼见为实”。在教学中,除了采用普通的多媒体教学手段以外,每次讲到一个知识点时,随时演示一下它的MATLAB仿真程序,把该门课程在现时生活中的应用引入到课堂,以便用来增强学生对抽象的理论原理与实际仿真效果相结合的理解力。讲到利用直方图变换增强图像时,可以给学生演示利用直方图均匀化增强的计算步骤及实例的演示结果。
2 根据专业特色和课程特点,采用先进的教学方法和手段
在“数字图像处理”课程的教学过程中,为提高教学质量,在教学中采用了多种教学方法和教学手段,注重采用多种教学方式调动学生学习的主动性和积极性,加强学生获取知识能力和创新精神的培养,这也是深化教学改革的重要内容。根据“数字图像处理”课程的特点,我们在教学方法和教学手段方面进行了以下的探讨尝试,并取得了一定的成效。
2.1 教学方法研究
在采用课件教学过程中,注重现代化教学手段与传统教学的结合,教学内容与教学方法的优化组合,以启发式教学法为主,贯彻“少而精”的原则,结合具体应用实例,提高学生学习兴趣,激发学生自主探索与研究的积极性。再者,这门课程的内容很多是大串的枯燥繁冗的公式推导,因此在授课的过程中注意对公式原理的总结和归纳是重要的,并且通过黑板板书进行简单实例计算演示(如模版运算、傅立叶变换计算),使得学生易于理解和掌握。
2.2 更新教学手段,采用现代化手段教学
根据数字图像处理课程理论知识比较深奥,实践性强、应用领域广的特点以及现有教学设备、环境的改善,采用Power Point技术制作教学课件。这样能缩短学时,提高教学效果;促进教改,优化教学过程;提高学生自学和动手能力,增强信息素养;大大提高实验效果和学生的兴趣,获得优良的教学效果。课程的教学大纲、授课教案、教学课件、习题、实验指导、参考文献目录等均上网,从而为实现教学资源共享、开展多种形式的教学奠定基础。
2.3 教案电子化和网络化
我们已经整合各类课程教学资源,如课程介绍、主讲教师介绍、教学大纲、授课教案、作业习题、实验指导、参考文献目录、课程考试考核办法、授课实况录像等资源全部上网,建成“数字图像处理”的网络课堂,应用该系统开展网络化辅助教学。例如在“电子教案”栏目中,我将数字图像处理的PPT放置在这里,学生课后可以结合该PPT对课堂知识进行消化吸收,加深对课堂内容的理解。借助网络,学生的学习和与教师交流可以跨越时空。通过网络课堂,既能实现以教师为中心向以学生为中心的转变,为增强学生的信息意识、综合素质、创新能力和个性发展奠定坚实的基础,又能获取同行和学生的反馈信息,促进教学经验交流、教学资源共享甚至教学成果推广应用。
2.4 加强实践教学
数字图像处理是一门关于如何用计算机对图像进行处理的学科。为了使学生系统掌握该学科的基本原理和和典型算法,特别强调通过编程实践,即采用计算机语言进行数字图像处理编程,并上机实现。换言之,数字图像处理是门对学生的动手能力要求很高的课程。
为了使学生在学习数字图像处理基本原理的同时尽快掌握典型算法,我要求学生采用MATLAB语言进行编程。这主要出于两方面的考虑:第一,学生虽已学习过C++语言,但由于图像处理算法的C语言实现的复杂性(例如,读写BMP格式图像文件的C++语言程序代码就有数十行之多),对于C++语言编程不熟练的人很难完成,因此容易使学生产生畏难情绪;第二,由于近年来MAT-LAB编程语言在高校教学中的普及,不少学生在大学二年级通过选修课和数学建模已学习了MATLAB语言,并掌握了MATLAB的一些基本编程能力,因此在学MATLAB图像处理工具箱中的函数时不难上手。
实验内容注重选择该门课程的核心知识点内容,而且又与现实生活中的应用联系密切部分作为实验内容。实验内容主要有:各种图像增强算法的设计与实现、图像边缘检测的设计与实现、图像变换的算法实现、图像分析以及图像恢复等。通过实验练习和指导,学生加深了对课堂教学内容的理解,提高了学习兴趣,大大增强了学生的实践能力。
实验的内容也不仅仅局限于上面提到的几个实验,学生可以自己提出问题,自己设计实验内容,经过编程分析实验,自己解决问题,并以实验报告的形式写清楚实验的原理、过程及解决的现实问题。通过这种方法可以使学生用所学理论解决实际问题,又可使学生有了总结归纳的能力,培养了学生养成主动探究的态度和批判、创新的精神,适应了知识经济时代对人才素质的需求.
3 结束语
针对目前《数字图像处理》课程教学的现状,本文根据《数字图像处理》课程的具体特点,结合教学实践,提出了一系列改善教学效果的思路举措。实验结果表明,这种改革方法不但加强了学生理论知识的学习,还突出了学生的工程意识、创新意识与综合设计能力,使学生的信息综合设计能力和创新能力、科学研究能力都有了明显的提高,从而提高了该门课程的教学效果。
参考文献
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