6.Построить график зависимости СКО от коэффициента сжатия. Отложить на графике оценки критических коэффициентов сжатия, рассчитанные в п. 3.
7.Вычислить для каждого изображения пиковое отношение сигнал/шум
(PSNR), дБ
PSNR = 10 lg |
|
|
|
g max2 |
|
, |
|
M |
N |
|
|
||
1 |
′ |
2 |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ ∑ [g(m, n) − g (m, n)] |
||||
|
MN m=1 n=1 |
|
|
|
||
где g max – максимальное значение яркости.
8.Построить график зависимости пикового отношения сигнал/шум (PSNR), дБ от коэффициента сжатия. Отложить на графике оценки критических коэффициентов сжатии, рассчитанные в п. 3.
9.Сделать вывод о характере зависимости СКО и пикового отношения сигнал/шум от коэффициента сжатия и сравнить его с идеальной кривой.
Содержание отчета
1.Исходное изображение.
2.График зависимости СКО от коэффициента сжатия.
3.График зависимости пикового отношения сигнал/шум от коэффициента сжатия.
4.Выводы.
5.Код программы.
Контрольные вопросы
1.Что такое кодирование источника?
2.На какие виды делится кодирование источника?
3.При каком условии возможна передача с нулевой ошибкой?
4.Как вычисляется эпсилон-энтропия при отсутствии и наличии входного шума?
6
Практическая работа
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИМАЛЬНЫХ КОДИРУЮЩИХ ФИЛЬТРОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ С ДВУМЯ ИСТОЧНИКАМИ ШУМА
Цель работы: исследовать влияния на форму оптимальных спектральных характеристик кодирующих фильтров априорной информации, критерия качества, типа и численного значения ограничения, а также спектральных характеристик фильтров, обеспечивающих безусловный и условный максимум качества информации.
Подготовка к выполнению работы
1. Изучить по конспекту лекции (или электронным раздаточным матери-
алам) § 5. Линейная фильтрация по критерию минимума среднеквадратической ошибки. Фильтр Винера, энергетические и информационные показатели; § 6. Линейное кодирование в гауссовском канале по критерию минимума среднеквадратической ошибки при ограничении мощности в канале; § 7. Линейное кодирование в гауссовском канале по критерию максимума пропускной способности при ограничении мощности в канале; § 8. Линейное кодирование в гауссовском канале по критерию минимума среднеквадратической ошибки при ограничении широкополосности кодера. § 9. Линейное кодирование в гауссовском канале по критерию минимума среднеквадратической ошибки при совместном ограничении мощности и широкополосности кодера. § 10. Линейное кодирование в гауссовском канале по критерию максимума взаимной информации при совместном ограничении мощности и ши-
рокополосности кодера. Перед выполнением лабораторной работы также рекомендуется изучить работу [2, стр. 107–112].
2. Ответить на вопросы.
Порядок выполнения работы
1.Построить на отдельном графике согласно номеру варианта (см. таблицу ниже) спектр полезного сигнала, спектральную характеристику искажающего фильтра, спектральную характеристику фильтра Винера, спектр оценки сигнала на выходе фильтра Винера, дисперсию входного шума.
2.Построить на другом графике спектр оценки сигнала на выходе фильтра Винера, спектральную характеристику кодирующего фильтра, спектральную характеристику кодера в целом (спектральная характеристика
7
фильтра Винера, умноженная на спектральную характеристику кодирующего фильтра), дисперсию шума канала.
|
|
|
|
Априорная информация |
|
|
Ограничение: |
|||||||||
|
|
Спектр полезного |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Спектральная ха- |
на мощность сиг- |
|||||||||||||
|
|
|
|
сигнала: |
||||||||||||
|
|
|
|
нала на выходе |
||||||||||||
|
Критерий ка- |
λ(k) = λ0 |
|
K |
2n |
рактеристика ис- |
||||||||||
|
|
кажающего филь- |
кодирующего |
|||||||||||||
|
чества: |
|
|
|
|
. |
фильтра P , на |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
№ |
|
|
|
K 2n |
+ k 2n |
|
тра: |
|
|
|||||||
|
min СКО (1); |
|
Входной шум: |
B(k) = |
|
|
F |
2m |
широкополосность |
|||||||
|
max I(X, Z) (2). |
|
|
|
кодирующего |
|||||||||||
|
белый гауссовский с |
|
|
|
|
. |
||||||||||
|
F |
2m |
|
|||||||||||||
|
|
дисперсией σ2 . |
|
+ k 2m |
фильтра E , их |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
совместное огра- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
λ0 |
|
K |
|
n |
|
σ12 |
B |
|
|
m |
ничение P, E. |
|||
1 |
1 |
1 |
|
200 |
|
1 |
|
0,1 |
|
100 |
|
|
|
1 |
|
E |
2 |
1 |
1 |
|
450 |
|
2 |
|
0,05 |
300 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
3 |
1 |
1 |
|
235 |
|
3 |
|
0,1 |
|
100 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
4 |
1 |
1 |
|
210 |
|
4 |
|
0,04 |
150 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
5 |
1 |
1 |
|
300 |
|
1 |
|
0,03 |
70 |
|
|
|
1 |
|
E |
|
6 |
1 |
1 |
|
115 |
|
5 |
|
0,06 |
50 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
|
7 |
1 |
1 |
|
120 |
|
4 |
|
0,05 |
60 |
|
|
|
1 |
|
E |
|
8 |
1 |
1 |
|
135 |
|
3 |
|
0,04 |
70 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
9 |
1 |
1 |
|
140 |
|
2 |
|
0,1 |
|
70 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
10 |
1 |
1 |
|
100 |
|
2 |
|
0,2 |
|
70 |
|
|
|
1 |
|
P |
11 |
2 |
1 |
|
250 |
|
1 |
|
0,3 |
|
200 |
|
|
|
1 |
|
P |
12 |
1 |
1 |
|
240 |
|
3 |
|
0,1 |
|
150 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
13 |
2 |
1 |
|
230 |
|
3 |
|
0,1 |
|
150 |
|
|
|
1 |
|
P |
14 |
1 |
1 |
|
50 |
|
1 |
|
0,2 |
|
30 |
|
|
|
1 |
|
P |
15 |
2 |
1 |
|
70 |
|
1 |
|
0,1 |
|
30 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
16 |
1 |
1 |
|
100 |
|
1 |
|
0,05 |
50 |
|
|
|
1 |
|
E |
|
17 |
1 |
1 |
|
250 |
|
1 |
|
0,1 |
|
150 |
|
|
|
1 |
|
P |
18 |
2 |
1 |
|
65 |
|
4 |
|
0,1 |
|
30 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
19 |
2 |
1 |
|
75 |
|
5 |
|
0,15 |
45 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
20 |
1 |
1 |
|
75 |
|
1 |
|
0,2 |
|
15 |
|
|
|
1 |
|
E |
21 |
2 |
1 |
|
90 |
|
3 |
|
0,2 |
|
45 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
22 |
1 |
1 |
|
95 |
|
5 |
|
0,1 |
|
50 |
|
|
|
1 |
|
P |
23 |
2 |
1 |
|
150 |
|
1 |
|
0,2 |
|
130 |
|
|
|
1 |
|
P |
24 |
2 |
1 |
|
450 |
|
1 |
|
0,5 |
|
30 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
25 |
1 |
1 |
|
150 |
|
1 |
|
0,3 |
|
100 |
|
|
|
1 |
|
P |
26 |
2 |
1 |
|
350 |
|
1 |
|
0,3 |
|
200 |
|
|
|
1 |
|
P |
27 |
1 |
1 |
|
320 |
|
1 |
|
0,35 |
150 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
|
28 |
2 |
1 |
|
300 |
|
2 |
|
0,25 |
100 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
29 |
2 |
1 |
|
300 |
|
3 |
|
0,25 |
200 |
|
|
|
1 |
|
P |
|
30 |
1 |
1 |
|
250 |
|
2 |
|
0,4 |
|
200 |
|
|
|
1 |
|
P, E |
Примечание. Не заданные в задании параметры выбираются студентом самостоятельно таким образом, чтобы кодирующий фильтр и, следовательно,
8
кодер в целом усекал те спектральные составляющие в спектре оценки сигнала, которые меньше дисперсии белого гауссовского шума в канале.
3. Построить на отдельном графике спектр полезного сигнала, спектр оценки сигнала на выходе фильтра Винера, дисперсию шума канала и спектральные характеристики кодирующих фильтров, обеспечивающих безусловный и условный максимум качества информации при условии отсутствия искажающего фильтра при двух значениях дисперсии шума источника, различающихся в 10 раз.
Содержание отчета
1.Модель системы связи с двумя источниками шума.
2.График, полученные в пп. 1–3.
3.Выводы.
Контрольные вопросы
1.Какую спектральную характеристику имеет фильтр Винера для для случая искаженного и зашумленного входного сигнала?
2.Как связан спектральная характеристика ошибки при винеровской фильтрации со спектральной оценкой полезного сигнала на выходе фильтра Винера и спектральным отношением сигнал/шум на входе фильтра Винера?
3.Как связана спектральная оценка полезного сигнала на выходе фильтра Винера со спектром полезного сигнала и со спектральным отношением сигнал/шум на входе фильтра Винера?
4.Как вычисляется количество информации в оптимальной оценке при использовании фильтра Винера?
5.Какова постановка задачи линейной фильтрации при ограничении мощности в канале по критерию минимума СКО? Какую спектральную характеристику имеет такой фильтр?
6.Какова постановка задачи линейной фильтрации при ограничении мощности в канале по критерию максимума взаимной информации? Какую спектральную характеристику имеет такой фильтр?
7.Какова постановка задачи линейной фильтрации при ограничении широкополосности кодера по критерию минимума СКО? Какую спектральную характеристику имеет такой фильтр?
8.Какие спектральные характеристики имеют фильтры, обеспечивающие безусловный и условный максимум качества информации? В чем их различие?
9
Темы рефератов для самостоятельного изучения
Тема 1. Разведывательные космические телевизионные системы. [1, c. 184–191, выборочно].
Тема 2. Землепользовательские космические телевизионные системы. [1, c. 184–191, выборочно].
Тема 3. Метеорологические космические телевизионные системы.
[1, c. 178–184].
Тема 4. Космические телевизионные системы оборонного назначения.
[1, c. 194–212].
Тема 5. Исследовательские космические телевизионные системы (на примере первой космические телевизионные системы наблюдения обратной стороны Луны).
[1, c. 166–168].
Тема 6. Исследовательские космические телевизионные системы (на примере исследования Луны с помощью спускаемых аппаратов).
[1, c. 168–170].
Тема 7. Исследовательские космические телевизионные системы (на примере исследования Марса и его спутников).
[1, c. 170–172].
Тема 8. Исследовательские космические телевизионные системы (на примере наблюдения кометы Галлея).
[1, c. 172–174].
Тема 9. Исследовательские космические телевизионные системы (на примере исследования Юпитера с помощью космических аппаратов «Во- яджер-1» и «Вояджер-2»).
[1, c. 174–178].
10