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Übungen zu Multimediale Signal- und Bildverarbeitung SS 2011

Die Übungen finden jeweils Montags, um 16:30-18:00 Uhr in LMS2 - R.Ü3 statt.



Übungsserien


Schriftliche Aufgaben werden in der Übung abgegeben.

Programmieraufgaben bitte per E-Mail an miv-uebung[at]mip.informatik.uni-kiel.de schicken und einen Ausdruck der Programme und Plots in der Übung abgeben.

Abgabefrist für die Programmieraufgaben ist jeweils am Montag um 16:00 Uhr vor der nächsten Übung.

Übungsserie Abgabe weitere Dateien Musterlösungen/Wiederholungen
Serie 1 18.04.2011 - Folien Matlab-Einführung, Matlab-Tutorium
Serie 2 02.05.2011 - Folien zur Übung am 18.04. (komplexe Funktionen, akustische Signale)
Serie 3 09.05.2011 - Folien zur Übung am 02.05. (LTI-Systeme, Faltung)
Serie 4 16.05.2011 - Folien zur Übung am 09.05. (Fouriertransformation)
Serie 5 23.05.2011 Image aufgabe9.zip Folien zur Übung am 16.05. (Kodierverfahren), Musterlösung Serie 5 - Aufgabe 10 (Huffman-Kodierung)
Serie 6 30.05.2011 Image aufgabe12.zip -
Serie 7 06.06.2011 Image aufgabe15.zip Folien zur Übung am 30.05. (Diskrete Fouriertransformation)
Serie 8 20.06.2011 Image Audiodateien zu Serie 8 Folien zur Übung am 06.06. (Filtersysteme)
Serie 9 27.06.2011 Image aufgabe18.zip Folien zur Übung am 20.06. (JPEG-Kodierung)
Serie 10 04.07.2011 Image aufgabe20.zip Folien zur Übung am 27.06. (Audio-Subbandkodierung)
Prüfungsvorbereitung 11.07.2011 - Folien zur Übung am 04.07. (MPEG-Videokodierung)

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Java-Applets zur Vorlesung


Die Applets zur Bildverarbeitung können auch direkt unter diesen Links gestartet werden: JPEG-Codec und 2D-DFT/DCT von Bildern

Image

Die Applets zur Signalverarbeitung (Visualisierung der Fouriertransformation, Faltung und Fensterung von Signalen und Simulation von signalverarbeitenden Systemen) können hier als jar-Archiv heruntergeladen werden:

Image apps.jar
(2.06 MB)


Die Applets können auch direkt unter diesem Link gestartet werden (Appletversion ohne Laden/Speichern von Dateien):

Neu hinzugekommen ist ein Tool zur Simulation von signalverarbeitenden Systemen. Die Tools werden mit dem folgenden Befehl gestartet (ohne Aufrufparameter erscheint ein Auswahlfenster, mit fft, conv, wind und sys werden direkt die Tools zur Fouriertransformation, Faltung, Fensterung und der Systemsimulator aufgerufen):

java -jar apps.jar [fft|conv|wind|sys]


Bedienung des Faltungs-Tools:

  • Im oberen linken Auswahlbereich kann das Signal s(t) ausgewählt werden, das oben in der Mitte angezeigt wird. Über die Parameter lässt sich das gewählte Signal skalieren, verschieben und beschneiden.
  • Im unteren linken Auswahlbereich lässt sich die Funktion h(t) auswählen, mit der das Signal gefaltet werden soll. Die Funktion wird oben rechts angezeigt.
  • Es können ebenfalls Signale aus wav-Dateien oder Textdateien geladen werden.
  • Im rechten unteren Fenster erscheint das Faltungsergebnis (s*h)(t).
  • Mit den Buttons "Schritt!" und "Faltung animieren" kann die Faltung schrittweise bis zum Zeitpunkt ? berechnet werden. In der Mitte erscheinen die Funktionen s(t), h(?-t) und das Produkt s(t)*h(?-t), die zur Berechnung des Faltungsergebnisses (s*h)(?) integriert werden. Im rechten unteren Fenster ist das Faltungsergebnis bis zum aktuellen Zeitpunkt ? zu sehen.
  • Das Ausgabesignal lässt sich als wav- oder Textdatei exportieren.


Bedienung des Fouriertransformations-Tools:

  • Im oberen linken Auswahlbereich kann das Signal s(t) ausgewählt werden. Das Signal kann wie in der Faltungsanwendung verändert und im-/exportiert werden.
  • Auf der rechten Seite erscheinen das Signal (bzw. das durch eine endliche Fourierreihe approximierte Signal), sowie das Frequenzspektrum S(f), wahlweise in Real-/Imaginärteil oder Phase/Amplitude-Darstellung.
  • Das dargestellte Signal lässt sich über die Optionen "diskret" und "periodisch" diskretisieren oder periodisch wiederholen. Die Periodendauer ist dabei durch die Signalbreite (rechte - linke Grenze) bestimmt.
  • Mit dem Schieberegler unten links kann die Anzahl der Koeffizienten für die Approximation durch eine endliche Fourierreihe eingestellt werden.

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Bedienung des Tools zur Simulation signalverarbeitender Systeme:

  • In der oberen Leiste können signalerzeugende Komponenten, signalverarbeitende Komponenten und Fensterkomponenten erzeugt werden, indem die entsprechende Komponente in der Drop-Down-Liste ausgewählt und dann der Button "Komponente hinzufügen" angeklickt wird.
  • Signale werden durch Verbindungen der Ein- und Ausgänge zwischen Komponenten ausgetauscht, indem auf den Ausgang (rechte Komponentenseite) der ersten Komponente geklickt wird und danach auf den Eingang (links) der zweiten Komponente geklickt wird. Eine rote Linie kennzeichnet Verbindungen, über die Signale ausgetauscht werden, eine blaue Linie kennzeichnet FFT- und DCT-Koeffizienten, d.h. Frequenzspektren, die ausgetauscht werden.
  • Klickt man auf eine aktive Komponenten, wird in der unteren Hälfte das Ausgangssignal sowie dessen Frequenzspektrum angezeigt. Bei Komponenten, die eine Spektrum als Ausgangsdaten haben (z.B. die FFT- oder DCT-Komponenten) erscheint nur das Ausgangsspektrum.
  • Durch Rechtsklick auf Komponenten oder Verbindungen lässt sich ein Kontextmenü öffnet, über das Elemente gelöscht oder Eigenschaften eingestellt werden können.
  • Signale können durch Verwendung der Abtastungs-Komponente gesampelt werden. Alternativ kann man auch in den Eigenschaften die Option "kontinuierlich" deaktivieren und danach die gewünschte Abtastrate einstellen.
  • Es können wie in der FFT-Anwendung Wavedateien und Textdateien geladen werden. Achtung: Die Abtastrate von Wavedateien wird nicht aus der Datei gelesen, sondern ist standardmäßig auf 44.100 Hz gesetzt und muss eventuell manuell geändert werden, wenn andere Abtastraten gewünscht sind!
  • Bei Komponenten, die mehrere Eingänge besitzen (Addition, Multiplikation, Faltung, gefensterter Bandpass/Tiefpass) ist darauf zu achten, das beide Eingangssignale kontinuierlich ODER beide Signale diskret mit derselben Abtastrate sind!
  • Die gefensterten Bandpass- und Tiefpasskomponenten erwarten als erste Eingabe ein Signal (oben links) und als zweite Eingabe eine Fensterfunktion (unten links), die zur Fensterung der Impulsantwort verwendet wird.

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Frequently Asked Questions


Ein Überblick über häufig gestellte Fragen zur Vorlesung und zu den Übungen kann hier heruntergeladen werden.
Die Liste wird bei Bedarf aktualisiert, Fragen am besten in der Übung stellen oder per E-Mail an Sandro Esquivel.

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Matlab

Die Übungsaufgaben bestehen aus theoretischen und praktischen Aufgaben. Die praktischen Aufgaben sollen mit Matlab bearbeitet werden. Dazu kann ein Account im Grundausbildungspool (Institut für Informatik, Hermann-Rodewald-Str. 3, Raum 105, Keller) verwendet werden. Dieser Zugang kann bei der Rechnerbetriebsgruppe der Informatik beantragt werden. Dort erhält man auch den Transponder für den Zugang zu diesem Raum.

Matlab starten

Nach dem Einloggen auf einem Rechner im Grundausbildungspool startet man Matlab aus der Konsole durch "/home/matlab/bin/matlab".

Alternativ kann der Pfad "/home/matlab/bin" auch in die Umgebungsvariable PATH aufgenommen werden. Dazu fügt man einfach die Zeile

export PATH=$PATH:/home/matlab/bin

zu der Datei "~/.bashrc" hinzu. Danach kann das Programm einfach durch Eingabe von "matlab" in der Konsole gestartet werden.

Erste Schritte

Als erstes sollte man Matlab starten und das Arbeitsverzeichnis, in dem man seine eigenen Matlab-Programme speichern will, zum Matlab-Pfad hinzufügen. Dazu im Menü "File - Set Path..." auswählen, das Arbeitsverzeichnis mit "Add Folder..." hinzufügen und anschließend mit "Save" speichern.

Zur Einführung ist es hilfreich, sich die Demos

  • Mathematics - Basic Matrix Operations
  • Mathematics - Matrix Manipulations

anzusehen. Dazu auf "Help - Demos" gehen, in der Baumstruktur links die entsprechenden Demos auswählen und anschließend rechts oben "Run this demo" wählen.

GNU Octave

Alternativ zu Matlab kann man auch die freie Software GNU Octave verwenden, deren Funktionsumfang größtenteils mit Matlab identisch ist. Für GNU Octave steht die grafische Benutzeroberfläche QtOctave zur Verfügung, die an die Matlab-GUI angelehnt ist. GNU Octave und QtOctave können zum Beispiel verwendet werden, um Aufgaben auch auf dem eigenen Rechner zu bearbeiten.

Die Software kann unter den folgenden Links heruntergeladen werden:


Tutorial und Folien zu Matlab


Links

Hier sind Links zu weiteren nützlichen Tutorials für Matlab:

  • Ein weiterer kurzer Überblick über Matlab-Grundlagen.
  • Sehr einfaches Tutorial (unter anderem zum Windowlayout) von der Universität Indiana.
  • Einfaches Tutorial der Universität New Hampshire.
  • Diverse Tutorials direkt von MathWorks.

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Kontakt:

Dipl.-Inf. Sandro Esquivel



Created by sandro. Last Modification: Wednesday 14 of March, 2012 15:24:02 CET by sandro.