信号与信息处理领域新技术专题讲座
计算机应用技术(081203)
计算机应用技术（081203）(Computer Application Technology)学科门类：工学（08）一级学科：计算机科学与技术（0812）“计算机应用技术”是“计算机科学与技术”一级学科下属的二级学科，着重研究计算机在国民经济各行业和社会生活各领域应用的理论、方法和技术。
本学科1996年成为水利部重点学科，2005年获得二级学科博士学位授予权，2009年批准设立博士后流动站。
本学科主要在软件工程、数据库、万维网、人工智能、信息安全、信号与信息处理等学科领域开展前沿研究；本学科具有较强的研发实力，承担了国家重点基础研究发展（973）计划、国家高技术研究发展（863）计划、国家和省部级自然科学基金等研究课题，以及三峡工程、数字黄河工程和国家防汛抗旱指挥系统等多项重大研发项目，取得了显著的经济与社会效益，已成为我国（尤其是水利行业）计算机应用研究和创新人才培养的重要基地。
一、培养要求热爱祖国，有较高道德修养和严谨求实的治学精神；掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识，并取得创新性研究成果；具备独立开展科学研究的能力，能胜任高等学校、科研院所及高科技企业的教学、研究、开发和管理工作。
二、主要研究方向1. 软件新技术（Novel Software Technologies）2. 智能信息处理（Intelligent Information Processing）3. 语义网与万维网科学（Semantic Web & Web Science）4. 数据与知识工程（Data & Knowledge Engineering）5. 信息安全与可信计算（Information Security & Trusted Computing）6. 信号与信息处理（Signal & Information Processing）三、学分要求博士生课程总学分为18个学分，其中学位课程为12个学分，非学位课程为6学分；另设教学环节。
视频超分辨率重建
先进技术专题讲座报告题目视频超分辨率重建专业、班级学生姓名学生学号2013 年 12月 01日摘要随着视频和图像处理技术的飞速发展，人们对高分辨率视频和图像序列的需求越来越强烈。
高分辨率图像能提供目标的更多细节信息，对于图像的分析和处理有重要作用。
然而在某些应用场合，由于光学物理器件、处理器性能、信道传输带宽或存储容量等的限制，人们获得图像的分辨率往往较低，并且无法或很难通过直接方式突破这些限制。
因此，如何在现有条件限制下，提高图像和视频序列的空间分辨率，就成为人们研究的重点。
视频超分辨率重建技术是近年图像处理与计算机视觉的研究热点之一,目前,视频超分辨率重建中使用较广的是视频重建模型,但由于该方法未对边界帧进行考虑,不能对视频中的每一帧进行重建。
每一帧图像的超分辨率重建主要包括配准和重建2 个过程,其中配准算法的精度直接关系到重建视频的质量。
配准算法主要包括频率域和空间域两大类,总体而言,空间域方法适用于更为普通的运动模型,但在大运动情况下将会产生较大误差。
重建算法主要包括非均匀内插法、迭代反投影法、集合论方法、最大后验概率估计法和自适应滤波法等。
由于迭代反投影算法具有计算量小、收敛速度快、算法简洁和可自动降噪等优点,被有效地应用于视频超分辨率重建中。
超分辨率重建是采用软件方法对图像或者视频进行一系列的分析处理，提高图像或视频分辨率的一种数字图像处理技术。
利用超分辨率重建技术能够在不升级现有采集设备的情况下，提高采集图像的分辨率；也能够在不增加传输信号带宽的情况下，改善图像或视频的画面质量。
因此，超分辨率重建技术具有良好的研究价值和广泛的应用前景。
在获取视频过程中，有许多因素会导致视频质量的退化，使得视频的空间分辨率降低；而摄像机曝光时间和拍摄帧率又限制了视频的时间分辨率。
视频超分辨率重建是一种能有效提高视频时间分辨率和空间分辨率的方法，已经在计算机视觉和图像处理等领域引起了广泛关注。
详细阐述了视频超分辨率重建研究的概念和必要性，并较全面地回顾了超分辨率技术近年来的发展历程，对视频超分辨率重建中关键问题进行了较为深入的分析，指出了当今研究难点和今后的研究方向，对视频超分辨率重建的应用前景进行了展望。
专题讲座：语音识别与声纹识别
1 语音信号处理基础
1.1 语音信号的产生
load mtlb specgram(mtlb,512,Fs,kaiser(500,5),475) title('Spectrogram')
单词的最小单位为音节，句子的最小单位为单词。
1 语音信号处理基础
1.1 语音信号的产生
2）汉语语音的特点 音系简单，在汉语中一个字就是一个音节，由一般为2～3 个音素组成，而且具有音素少、音节少。英语中一个单词 由若干个音节组成，一般为2～3个，一个音节由若干个音 素组成，一般为1～4个。 清辅音多，在听感上有清亮、高扬和舒服、柔和的感觉。 有鲜明的轻重音和儿化韵，所以字词分隔清楚，语言表达 准确而丰富。
1 语音信号处理基础
对语音的研究
对语音的研究包括两个方面 1) 语音中各个音的排列由一些规则所控制，对这 些规则及其含义的研究称为语言学(linguistics)。 语言学是语音信号处理的基础。例如：可以 利用句法和语义信息减少语音识别中搜索匹配范围 ，提高正确识别率。 2) 语音中各个音的物理特性和分类的研究称为语 音学(phonetics)。它考虑的是语音产生、语音感 知等过程，以及各个音的特征和分类。
人的前方 甲状软骨
声门 声带 环形软骨 喉的生理结构
1 语音信号处理基础
1.1 语音信号的产生
当说话时，声带在软骨的作用下相互靠近但 不完全闭合，声门变成一条窄缝。当气流通过气管 经过咽喉时，收紧的声带由于气流的冲击而产生振 动，不断地张开和闭合，使声门向上送出一连串喷 流。
通信与信息系统专业、信号与信息处理专业
通信与信息系统专业、信号与信息处理专业硕士研究生培养方案（2013版）一、培养目标1．学习和掌握马克思主义基本理论，热爱祖国，遵纪守法，具有良好的道德品质、较强的事业心和健康的体魄，积极为社会主义现代化建设服务；2．树立实事求是、勇于创新的科学思想，系统地掌握信息与通信工程学科（通信与信息系统专业、信号与信息处理专业）的基础理论、专业知识和实践技能，具有较强的独立从事科学研究工作的能力；3．掌握一门外语，并能熟练地运用。
二、学习年限及时间分配1．学习年限：3年。
2．课程学习实行学分制，研究生完成规定的学分要求方可申请论文答辩。
3. 硕士研究生在校培养期间，实行学期注册制度，未注册者终止其下一阶段各培养环节内容的登记备案。
4．硕士研究生的学位论文工作，累计不应少于18个月。
三、课程设置及学分要求1．硕士研究生的课程设置分为必修课和选修课；课程总学分应不低于32学分。
其中必修课按公共课、学科基础课、专业课设置，必修课学分应不低于18学分：（1）马克思主义理论课:60学时，3学分；（2）第一外国语:100学时，3学分；（3）学科基础课和专业课：不少于12学分。
2. 硕士研究生的课程考试实行重修重考制度，成绩合格获得相应学分，在提请答辩前必须获得全部学分。
3. 补修课程是针对跨专业招收的研究生补学本学科本科主干课程而设置的，须考试通过，但不计入学分。
四、培养计划硕士研究生在入学后的一个月内，依照专业培养方案，在导师的指导下制定个人培养计划。
培养计划的制定既要保证研究生具备本领域系统的基础理论和专门知识，又要有利于研究生个性的发挥。
培养计划经导师签字后交院研究生办公室存档备案，中途如需调整，需要到院研究生办公室办理变更手续。
五、文献阅读专业文献阅读及报告是硕士研究生了解学科前沿、掌握学科发展动态的有效手段，是培养研究生独立获取知识能力的重要环节。
中、外文献的阅读数量要求不少于50篇，其中外文文献不少于20篇，在完成阅读后写出阅读报告，经指导教师批阅后给出成绩，合格者获得1个必修学分。
工程硕士专题讲座(认知无线电)
认知无线电定义
（Definition of Cognitive Radio）
• Haykin教授认为：CR是一个智能无线通信系统，它能够感知外界
环境，并利用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变传输参
数，使其内部状态适应无线通信环境统计特性的变化——信号处
循环平稳检测法
（Cyclostationary Detection）
• 循环功率谱的性质 信号的循环平稳特征离散分布在循环频率轴上，即在循环频率处循环
功率谱会出现谱峰，而噪声信号不具有循环平稳性。通信信号的循环
平稳特性具有优良的抗噪性能
循环功率谱还包含了调制信号的相关信息：载波频率、信号带宽、键
• 基本思想：对接收信号实施双门限能量检测，若统计量大于上门限，
判决为“存在”；若统计量小于下门限，判决为“不存在”，若统
计量位于上下门限之间，再进行循环平稳特征检测
• 判决门限Th用期望检测概率回推，引入一个不可靠区范围调整因子k，
上门限为k×Th，下门限为Th/k，k依据实际检测概率自适应步进调整
认知无线电的目标是通过认知功能和重构功能获取通信资源，以提
高频谱利用率
认知无线电基本原理
(Principle of CR)
• 通过分析外部环境提供的激励认识通信任务的内容；通过接收和发 送内容的分析选择解决方式
• 一种目标驱动的框架结构
• 观察-思考-行动：认知环模型（Mitola）
认知无线电网络定义
•
循环相关系数
•
循环功率谱
pd P(Y / H1 ) Qm ( 2 , )
Lecture 1 数字信号处理概述,华工数字信号处理课件,DSP
计算能力（MIPS ）
5，40，200，5000，8000 50000? MIPS: Million Instructions Per Second
计算能力（主频 ）
5MHz，到100MHz、200MHz 、1.1Ghz ?
考核方式
考核方式
期末考试：70％～80％ 平时作业：20％～30％
课程宗旨
突出基本概念及原理算法 清晰理论及关键技术应用背景 强调理论联系实践
结合Matlab或C/C++，加强练习
Practice Makes Perfect
结合学科发展进行有特色的讲座式授课 创新型人才培养
DSP(processing) vs. DSP(processor)
数字信号处理是分析处理数字信号的一门科学， DSP将信号离散数字化表示，通过计算处理设备， 用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息 便于应用的目的。常用的处理方法有：
AD/DA，滤波、检测、变换、编码、压缩、增强、估计、
的定义
A special-purpose CPU used for digital
signal processing applications. It provides ultra-fast instruction sequences, such as shift and add, and multiply and add, which are commonly used in math-intensive signal processing. DSP chips are widely used in a myriad of devices, including cell-phones, sound cards, fax machines, modems, hard disks and digital TVs. The first DSP chip used in a commercial product was believed to be in the very popular Speak & Spell game, introduced by TI(Texas Instruments) in the late 1970s.
构建智慧教育新生态，促进信息化技术与教学深度融合
构建智慧教育新生态，促进信息化技术与教学深度融合发布时间：2022-09-25T02:30:12.157Z 来源：《中国科技信息》2022年10期第5月作者：覃加诚[导读] 本文从分析目前高中教学信息化存在的问题入手，探究借助“智慧教室”实施“智慧教学”，覃加诚广西贺州第一高级中学广西贺州 542899摘要本文从分析目前高中教学信息化存在的问题入手，探究借助“智慧教室”实施“智慧教学”，借助“智慧校园”实施“智慧教育”来构建智慧教育新生态，以促进信息化技术与高中教学深度融合。
关键词智慧教育新生态关键环节保障措施随着我国教育信息化2.0的实施和我国教育信息化“十三五”规划的完成,“三通两平台”已实现，通过信息化扩大优质教育资源覆盖面的机制已基本形成，全国教育基础数据库平台使所有学校实现“一校一码”、师生“一人一号”，网络安全和防护能力显著增强，教师信息技术应用能力得到提升。
进入新时代，随着互联网+、大数据、云计算等现代信息技术广泛应用于教学中,教学中存在有教师信息化教学认识不足、信息技术应用水平偏低、信息化教学资源建设相对滞后等问题也日显突出，我们要积极构建智慧教育新生态，促进信息化技术与高中教学深度融合。
一、目前教学信息化存在的问题1. 教师在信息化教学上认识不足。
目前大多数教师认为信息化教学主要是用PPT课件授课，这是对信息化教学本质上的误解，尽管PPT课件广泛使用图文、图片、视频，使课堂变得生动，教学内容也变得容易让学生理解，但以教师为主的教学方式不变，就是对信息化教学认识的偏差。
在疫情期间的学校进行在线教学，直播教学、录播教学等“云端课堂”使在疫情期间能实现“停课不停学、停课不停教”，有众多教师不适应，众多学生也不适应，“腾讯课堂”、“鹰视教育”等众多“云端课堂”智能化在线教学平台的使用，也发现众多教师信息技术应用能力跟不上。
随着“互联网+教学”使线上线下融合课、慕课、翻转课得以实现，虚拟仿真教学及VR、MR、3D等新技术应用于教学能为学生创设可交互的人机互动式的学习环境，这些线上线下融合课程教学、虚拟仿真教学等现代信息化教学迫切需要我们的教师更新信息化教学理念、改变教学方式，加快提升信息技术应用能力，才能适应信息化技术的快速发展。
高职院校《通信原理》课程教学探讨
理论分析浅 ， 并配有 大量的插 图 ， 结合实 际的通信系统进行理 论分析 ， 对于高职学生 易学易懂 ， 适合高职 院校 《 通信原 理》 课
程教学 。
１２ 教 学 内容 的 选取 ．
时， 以一个 实际的数字通信系统为 一个 项 目， 我们首先对这 个
子； 少用塑料袋 ； 避免浪费粮食 ， 随手切断长 时间不用 的电脑 、 Ｍ ４ 复读机等电子产品的电源 ； Ｐ、 以步行 、 自行车代替乘车或 骑 私家车 ； 少用过度包装的产品 ； 双面打印资料 ； 分类处理垃圾等 。
２ ． 做 节 能环 保 的 倡 导 者 ．２ ２ ，
２１ 倡导绿色办公 ．４ ． 据统计 ， 每生产一张纸大约排放２６ 二氧化碳 ， ．ｇ 并消耗２ ｇ ｋ 木材 ； ｌ 用 封电子邮件代替１ 封纸质信 函 ， 可减排Ｏ０ ３ ｇ ． 二氧化 ５ｋ
新研究。
口， 如果每人减排一点 ， 就能积少成多。有统计资料显示＿少浪 ｌ Ｊ ，
费０ ｇ ．ｋ粮食 ， ５ 可以减排二氧化碳０ ７ｋ 。全 国每人每年减少浪 ． ｇ ４ 费０ ｇ ．ｋ粮食 ， ５ 则每年可减排６ ． １ 万吨二氧化碳 。因此 ， ２ 全体师生
应有保护环境的高度 责任感 ， 从我做起 ， 从细节做起 ， 自觉遵守 各项管理制度 ， 践行节能减排理念。如拒绝一次性碗筷 、 塑料勺
（ 接 第２ ４页 ） 上 ６
『 徐 文钦 ． 姓低 碳 生 活手册 １ 京 ： 国城 市 出版社 ，０ ０ １ １ 百 ． 北 中 ２ １．
［ 彭森 ， 云峰 ， 园． ２ 】 史 董 低碳 校 园建设 的现 状 与 对 策 初 探 ［ ． Ｊ当 ］
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小波的时间和频率特性
时间A
时间B
运用小波基，可以提取信号中的“指定时间”和“指定频 率”的变化。
• 时间：提取信号中“指定时间”（时间A或时间B）的 变化。顾名思义，小波在某时间发生的小的波动。
• 频率：提取信号中时间A的比较慢速变化，称较低频 率成分；而提取信号中时间B的比较快速变化，称较 高频率成分。
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小波基表示发生的时间和频率
傅里叶变换 (Fourier)基
小波基
时间采样基
“时频局域性” 图解：Fourier变换的基（上）小波变换基（ 中）
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和时间采样基（下）的比较
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小波的3 个特点
• 小波变换，既具有频率分析的性质，又能表示 发生的时间。有利于分析确定时间发生的现象 。（傅里叶变换只具有频率分析的性质）
• 小波变换的多分辨度的变换，有利于各分辨度 不同特征的提取（图象压缩，边缘抽取，噪声 过滤等）
• 小波变换比快速Fourier变换还要快一个数量 级。信号长度为M时， Fourier变换（左）和 小波变换（右）计算复杂性分别如下公式：
O f M lo 2M g, O wM
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连续小波函数定义：
• 当a变小时，时域观察范围变窄，但频率观察的 范围变宽，且观察的中心频率向高频处移动；
• 当a变大时，时域观察范围变宽，频域的观察范 围变窄，且分析的中心频率向低频处移动.
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多分辨分析
• 1988年 Mallat 提出的多分辨度分析理 论，统一了几个不相关的领域：包括 语音识别中的镜向滤波，图象处理中 的金字塔方法，地震分析中短时波形 处理等。
信号的突变，不能很好地刻画信息。
202elet)分析发展历史
• 1807年 Fourier 提出傅里叶分析 ， 1822年发 表 “热传导解析理论”论文
• 1910年 Haar 提出最简单的小波 • 1980年 Morlet 首先提出平移伸缩的小波公
式，用于地质勘探。 • 1985年 Meyer 和稍后的Daubeichies提出“
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FT在信号处理中的局限性
• 用傅立叶变换提取信号的频谱需要 利用信号的全部时域信息。
• 傅立叶变换没有反映出随着时间的 变化信号频率成分的变化情况。
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在不少实际问题中，我们关心的是信号在局部范 围中的特征, 例如：
设 L 2 L 1 且 ˆ0 0 ，则下面的函数族a,b
a,bta12tab b R ,a R 0
叫小波分析或连续小波， 叫基本小波或 小波。若是窗函数，就叫为窗口小波 函数，一般我们恒假定为窗口小波函数
。
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t
连续小波函数窗口的“变焦”特性:
• 在音乐信号中人们关心的是什么时刻演奏什么 样的音符；
• 对地震波的记录人们关心的是什么位置出现什 么样的反射波；
• 图像识别中的边缘检测关心的是信号突变部分 的位置，即纹理结构。
这些FT不能完成，需要引入时频局部化分析
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短时Fourier变换
若 gt 是窗函数，
则短时Fourier变换定义为
例如歌唱信号：是高音还是低音，发声时 间长短、起伏、旋律等。从平稳的波形发现突 变的尖峰。小波分析是利用多种 “小波基函数 ” 对 “原始信号” 进行分解。
小波变换及时频分析的目的就是根据实际非 稳定信号的分析特点，结合信号的时、频特性 ，对其信号进行时频分析，以达到最佳的分析 效果。
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正交小波基”，此后形成小波研究的高潮。 • 1988年 Mallat 提出的多分辨度分析理论（
MRA），统一了语音识别中的镜向滤波，子 带编码，图象处理中的金字塔法等几个不相 关的领域。
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小波的特点和发展
“小波分析” 是分析原始信号各种变化 的特性，进一步用于数据压缩、噪声去除、特 征选择等。
信号时频分析的重要性：
• 时间和频率是描述信号的两个最 重要的物理量。
• 信号的时域和频域之间具有紧密 的联系。
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对于各种信号，可以有不同的分类方法，如确定性信 号与随机信号、周期信号与非周期信号、连续信号与离散 信号、平稳信号与非平稳信号等。
所谓信号分析就是在时(间)域或变换域对信号进行分 析处理的过程。信号分析的最直接的方法就是在时域内对 信号进行分析，其突出特点是方法简单、物理概念明确。 然而，对于某些信号在时域很难分析、或特征不明显，需 要进行某种变换，典型的方法是Fourier变换，即在变换域 进行分析。在信号变换域分析中，变换的目的就是寻求对 信号的另外一种表示，使得比较复杂、特征不明显的信号 在变换域更加明显，利于分析。Fourier变换及其反变换建 立了时域信号和频域谱(变换域)的一对一关系，时域和频 域构成了两种不同的分析信号方法。信号时域和频域分析 可以截然分开是以信号的频率特性时不变或统计特性平稳 为前提条件的。
(G ~bf) fteitGtbdt
• 短时Fourier变换也叫窗口Fourier变换 • 短时FT是说明时频局部化分析思想的很好例子
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相空间是指以“时间”为横坐标， “频域”为纵坐标的欧氏空间，而相空 间中的有限区域被称为窗口，沿时间轴 的一段区间被称为时间窗，沿频率轴的 一段区间被称为频率窗。
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t
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实际中信号分析的要求：
• 信号高频部分对应时域中的快变成分，如 陡峭的前沿、后沿、尖脉冲等，分析时对 时域分辨率要求高，对频域分辨率要求低 。
• 信号低频成分对应时域中的慢变成分，分 析对时域分辨率要求低，对频域分辨率要 求高。 因此，短时Fourier变换不能敏感地反映
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实际中的许多信号往往都表现出非平稳性，在
这种情况下，时、频两域的分析便不能截然分开 ，而这种不完全可分性会使得Fourier变换无能为 力。另外Fourier变换在时域中没有任何分辨率， 即)(ωF在任何有限频段上的信息均不足以刻画任 意小范围内的，也就是说经典的Fourier变换分析 法在理论与实际应用中都受到一定的限制。