МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по развитию образования

_Е.В.Сапир "_"2012 г.

Рабочая программа дисциплины послевузовского профессионального образования (аспирантура) Цифровая обработка мультимедийной информации по специальности научных работников 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Ярославль 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Цифровая обработка мультимедийной информации» в соответствии с общими целями основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) являются:

изучение математического аппарата вейвлет-методов обработки, спектральной теории двумерных цифровых сигналов, теории улучшения и восстановления изображений;

систематическое изучение теории и методов цифровой обработки изображений, аудио и видеоданных.

2. Место дисциплины в структуре ООП послевузовского профессионального образования (аспирантура) Данная дисциплина относится к разделу обязательные дисциплины (подраздел дисциплины по выбору аспиранта) образовательной составляющей образовательной программы послевузовского профессионального образования по специальности научных работников 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения».

Дисциплина «Цифровая обработка мультимедийной информации» обеспечивает приобретение знаний и умений, формированию мировоззрения и развитию логического мышления. Полученные знания образуют фундамент, на котором базируется профессиональная творческая деятельность будущего специалиста в области перспективных систем обработки и передачи мультимедийной информации.

Для изучения данной дисциплины необходимы «входные» знания и умения, полученные в процессе обучения по программам специалитета или бакалавриатамагистратуры, в частности в курсах «Цифровая обработка сигналов», «Технологии программирования», «Цифровая обработка изображений», «Информационные технологии», «Моделирование цифровых систем».

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины «Цифровая обработка мультимедийной информации»

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

основы теории многомерной цифровой обработки сигналов;

современную методологию анализа-синтеза двумерных цифровых фильтров в пространственной и частотной областях;

основные методы кодирования изображений и видеоданных с потерями и без потерь;

основные методы кодирования аудиоинформации и речевых данных с потерями и без потерь.

уметь:

составлять математические модели двумерных цифровых фильтров как элементов систем цифровой обработки изображений;

проводить анализ различных алгоритмов обработки статических и динамических изображений в пространственной и частотной областях;

интерпретировать основные результаты, полученные при решении задач улучшения, восстановления и сжатия цифровых изображений.

владеть:

навыками составления математических моделей линейных и нелинейных систем для обработки и передачи мультимедийной информации;

навыками компьютерного моделирования мультимедийных систем;

навыками компьютерного проектирования мультимедийных систем;

навыками компьютерной обработки многомерных цифровых сигналов.

4. Структура и содержание дисциплины «Цифровая обработка мультимедийной информации»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

Курс № Раздел Виды учебной работы, Формы текущего Неделя п/п Дисциплины включая самостоятельную контроля успеваемости 5. Образовательные технологии В преподавании используются мультимедийные презентации, иллюстрации, таблицы, методические пособия.

В преподавании курса используются активные и интерактивные технологии проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся В качестве средств текущего контроля используются 2 контрольные работы, индивидуальных задания. Итоговая форма контроля (зачет) дает возможность выявить уровень профессиональной подготовки аспиранта по данной дисциплине.

Контрольная работа № Вариант 1. Метод гистограмм.

Вариант 2. Медианная фильтрация.

Вариант 3. Двумерная цифровая фильтрация.

Контрольная работа № Вариант 1. Кодирование изображений с преобразованием.

Вариант 2. Стандарт сжатия JPEG.

Вариант 3. Стандарт сжатия JPEG Примеры индивидуальных заданий 1. Проанализировать степень влияния на критерий УИК процедуры добавления различных моделей аддитивного шума. Постараться подобрать одинаковые PSNR и сравнить УИК.

2. Проанализировать работу медианного фильтра и его модификаций при модели шума вида «salt-and-pepper». Использовать критерии PSNR и УИК.

3. Проанализировать работу усредняющих и max-min фильтров согласно книге Гонзалеса.

Критерий PSNR.

4. Проанализировать работу фильтра Винера для Гауссовского шума. Попробовать удалять такой шум другими фильтрами. Сделать выводы.

Вопросы к аттестации (зачету) 1. Практические задачи, решаемые в цифровой обработке изображений, аудио и видео: обработка (улучшение, восстановление, сжатие), анализ, распознавание образов, семантическое описание. Методы решения таких задач. История развития дисциплины, краткий обзор последующих лекций. Связь с другими изучаемыми дисциплинами.

2. Векторная и растровая графика: достоинства и недостатки. Цветовые системы:

RGB, CMYK, Lab, HSV, YCbCr. Области использования различных цветовых систем. Типы изображений: бинарные, палитровые, полутоновые, полноцветные.

Математические модели шумов. Понятие энтропии, энтропийное кодирование.

3. Основные форматы графических файлов. Оценка качества изображений:

объективные и субъективные методы. Рекомендация ITU-T. R.500 на проведение визуальных оценок.

4. Линейная и нелинейная фильтрация. Основные классы нелинейных фильтров для обработки изображений.

5. Классификация методов обработки цифровых изображений: улучшение и восстановление. Улучшение изображений в пространственной области:

градационные преобразования, метод гистограмм, сглаживающие фильтры, выделяющие фильтры.

6. Улучшение изображений в частотной области: двумерное ДПФ, основные методы синтеза двумерных цифровых фильтров, примеры низкочастотных и высокочастотных фильтров.

7. Общая схема искажения/восстановления изображений. Восстановление изображений с помощью усредняющих фильтров. Фильтры на основе ранговой 8. Медианный фильтр. Статистические и детерминированные свойства медианного фильтра. Модификации медианного фильтра: адаптивный и взвешенный медианный фильтр. Медианный фильтр с предварительным детектированием 9. Оптимальные методы восстановления изображений: инверсный фильтр, фильтр Бакуса-Гильберта, фильтр Винера. Проблемы практической реализации оптимальных фильтров, пути их разрешения.

10. Классификация методов сжатия изображений. Алгоритмы сжатия без потерь:

алгоритм RLE, алгоритм LZW, алгоритм Хаффмана, арифметическое кодирование.

11. Алгоритмы кодирования с преобразованием. Типы преобразований.

Преобразование Карунена-Лоэва. Вейвлет-преобразование. Области применения вейвлетов. Потенциальные преимущества алгоритмов на основе вейвлетпреобразования. Алгоритм SPIHT.

12. Стандартизация методов сжатия мультимедийной информации. Обзор существующих стандартов. История создания и развития стандарта JPEG. Режимы стандарта JPEG: без потерь, базовый, прогрессивный, иерархический. Стандарт JPEG-LS. Общая схема кодирования в JPEG. Достоинства и недостатки JPEG.

13. Дальнейшее развитие алгоритмов сжатия – стандарт JPEG2000. Части стандарта JPEG2000. Общая схема кодирования в JPEG2000.

14. Основы видеокодирования. Стандарт сжатия видеоинформации: MPEG-2, MPEG-4, 15. Субъективные методы оценки качества речевой информации. Объективные методы оценки качества речевой информации.

16. Алгоритм PESQ. Стандарты кодирования аудиоинформации. Стандарты кодирования речевой информации.

17. Передача речевой информации по IP-сетям.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература:

1. Приоров А.Л., Хрящев В.В. Обработка и передача мультимедийной информации.

Ярославль: ЯрГУ, 2010. 188 с.

2. Приоров А.Л., Апальков И.В., Хрящев В.В. Цифровая обработка изображений:

учеб. пособие для вузов. Ярославль: ЯрГУ, 2007. 235 с.

б) дополнительная литература:

1. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – М.: Техносфера, 2005.

2. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. Вильямс, 2004. 992 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. Компьютерные программы моделирования систем цифровой обработки сигналов.

Сайт www.piclab.ru.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины - компьютер и мультимедийный проектор.

Программа составлена в соответствии с федеральными государственными требованиями к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (приказ Минобрнауки от 16.03.2011 г. № 1365) с учетом рекомендаций, изложенных в письме Минобрнауки от 22.06.2011 г. № ИБ – 733/12.

Программа одобрена на заседании кафедры динамики электронных систем.

_15._10.20_12 (протокол № _2_)