پایان نامه ارتقای فشرده سازی سیگنال با استفاده از چندی کننده های برداری عصبیی
چکیده
پارامترهای کدکردن براساس پیشبینی خطی یا ضرایب LPC بطور گسترده در فشرده سازی سیگنال گفتار مورد استفاده قرار میگیرد. از سوی دیگر، شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان سیستم هوشمندی هستند که میتوانند در سیستمهای خطی و غیرخطی مانند کدینگ گفتار و تصویر بکار روند. در این تحقیق دو نمونه از شبکه های عصبی مبتنی بر تکنیک چندی سازی برداری به نامهای شبکه کوهنن و ARTMAP معرفی میشوند، که از آنها برای دسته بندی بردارهای حاصل از پردازش سیگنال گفتار ورودی استفاده میشود، در این تکنیک با استفاده از زوجهای خط طیفی (LSP) بعنوان یک پارامتر قابل جایگزینی بجای ضرایب LPC میتوان نرخ بیت را کاهش داد در حالیکه کیفیت گفتار سنتز شده تقریباً حفظ میشود و این بدلیل این است که وقتی از پارامترهای LSP استفاده میشود، فرکانس های فرمنت (Formant) خوبی بدست می آید که مشابه فرکانسهای اصلی سیگنال گفتار میباشد. با این روش، نرخ بیت با توجه به واکدار یا بی واک بودن قاب گفتار مربوطه بین 2 تا 33 درصد کاهش می یابد. همچنین در این تحقیق شبکه های عصبی کوهنن و نظریه تشدید تطبیقی به عنوان دو شبکه عصبی بدون سرپرست و روش چندی سازی بردارهای یادگیری به عنوان یک شبکه عصبی با سرپرست معرفی و نتایج حاصل از هریک با هم مقایسه میشوند. نمونه های صوتی بکار رفته نیز به زبان فارسی میباشند.
مقدمه
اخیراً اکثر تکنیک هایی که برای فشرده سازی سیگنال گفتار بکار میروند، براساس پیش بینی خطی ساختار یافته اند. سیگنال گفتار بعنوان یک ابزار مهم در ارتباطات انسان در فناوری های دیجیتالی مورد توجه خاص قرار گرفته است. نرخ بیت سیگنال گفتار ارسال شده باید کاهش یابد. سیگنال گفتار یک سیگنال پیوسته و غیرخطی بوده که بصورت فیزیکی توسط لوله صوتی انسان تولید و شکل داده میشود، بنابراین ویژگی های سیگنال گفتار به حرکات لوله صوتی در طول زمان و همچنین مشخصات گوینده بستگی دارد. تبدیل پارامترهای LPC به LSP کارایی کدکننده های با نرخ بیت کم را بهبود میبخشد.
پارامترهای LSP فرکانس های فرمنت لوله صوتی را بصورت ریاضی مدلسازی میکنند. ازسوی دیگر شبکه های عصبی به عنوان ابزاری موفق تاکنون در کاربردهای گوناگونی از پردازش گفتار و زبان مورد استفاده قرار گرفته اند. در این راستا کاربردهای بازشناسی خودکار گفتار (ASR)، سنتز گفتار طبیعی و پردازش زبان طبیعی (NLP) به عنوان نمونه هایی که توسط مؤلف برای زبان فارسی تجربه شده اند، قابل ذکر است. برای کدکننده های گفتار نیز شبکه های عصبی در حوزه کاری مورد استفاده قرار گرفته اند: پیش بینی کننده های نورونی برای بهبود کیفیت و کاهش پیچیدگی محاسباتی در کدکننده ها. در این تحقیق یک روش جدید برای کد کردن گفتار با نرخ بیت کم معرفی میشود که از پارامترهای LSP برای استخراج و نگاشت ویژگیهای سیگنال گفتار با استفاده از نوعی شبکه عصبی مصنوعی بنام شبکه خود سازمانده (SOM) استفاده میکند. استفاده از این روش نرخ بیت گفتار بازسازی شده را کاهش می دهد، در حالی که کیفیت سیگنال تفاوت آشکاری با گفتار اصلی ندارد. برای اندازه گیری کیفیت گفتار سنتز شده از معیار میانگین امتیاز آرا داده شده (MOS) استفاده می شود.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
یکی از ابزارهای ارتباطی انسان، گفتار است. سیستمهای ارتباطی نوین و پیشرفته بطور گستردهای براساس پردازش و ارسال گفتار بنا نهاده شده اند. خطوط تلفن دیجیتال، شبکه های اینترنت، ویدیو کنفرانسها و پیام های صوتی تنها تعدادی از کاربردهای روزمره چنین سیستمهایی است. با وجود چنین کاربردهای وسیعی، ناگزیر نیاز به گفتاری باکیفیت بالا در پهنای باند ارسال کمتر وجود دارد. کار اصلی کدکننده های گفتار پیشرفته، رقمی کردن سیگنال گفتار آنالوگ با استفاده از فرآیند نمونه برداری است. بنابراین یک کدکننده برای تولید شکل کدشده از یک سیگنال گفتار، یک دنباله ی عددی را پردازش میکند. گفتار کد شده بسته به کاربردی که دارد، ارسال یا ذخیره میشود. کار هر واکدکننده نیز بازسازی گفتار اصلی از دنباله های کدشده است. کد کردن گفتار یک فشرده سازی همراه با اتلاف است، یعنی مقداری از کیفیت سیگنال گفتار اصلی در طی عملیات فشرده سازی به ازای کاهش حجم اطلاعات و افزایش سرعت ارسال، کاسته میشود. برای بهبود کیفیت گفتار فشرده شده روشهای مختلفی وجود دارد، در این تحقیق، از یک شبکه عصبی با قابلیت خودسازماندهی برای این کار استفاده شده است. از این شبکه عصبی مصنوعی همان گونه که توضیح داده خواهد شد، برای دسته بندی بردارهای حاصل از پردازش گفتار استفاده میشود. دسته بندی بردارهای بدست آمده از پردازش و چندیسازی گفتار باعث کاهش بیت های بکار رفته در گفتار کد شده و در نتیجه فشرده سازی بیشتر آن میشود، در حالی که کیفیت گفتار حاصل بر اساس معیارهای MOS حفظ می شود.
پایان نامه طراحی وساخت دستگاه ثبت کننده سیگنال الکترومایوگرام دو کاناله
چکیده
هدف از این پروژه ساخت امپلی فایر دو کاناله EMG و مدلسازی فعالیت ایزومتریک ساعد و به دست اوردن رابطه کیفی بین نیروی وارد بر کف دست و دامنه EMG دو عضله دو سر و سه سر بازو و میزان نیروی متوسط ایجاد شده در انهاست.
سیگنال EMG دو عضله به وسیله کارت صوتی به کامپیوتر داده شده و از نرم افزار MATLAB برای نمایش و پردازش داده ها استفاده می شود.سپس اضافه کردن وزنه هادر کف دست و مطالعه EMG دو عضله و انتگرال قدر مطلق انها روابط مطرح شده در قسمت بالا را به دست می اوریم.
در بخش مدلسازی پس از ساده سازی به مدلسالزی ماهیچه دو سر بازو می رسیم که برای ثبت پاسخ ان از سنسوری که خودمان طراحی کردیم استفاده می کنیم و پاسخ این سنسور را هم با کارت صوتی به کامپیوتر می دهیم.
مقدمه
در اثر انتقال سیگنالهای عصبی به عضله , تارهای عضلانی فعال شده و ایجاد پتانسیل عمل می نماید که به آن EMG گویند که در واقع تجلی اراده انسان برای انجام حرکت است . انتشار این پتانسیل های عمل در طول عضله ادامه یافته و بر روی پوست قابل دریافت می گردند . با نصب الکترودهای پوستی می توان این سیگنالها را از سطح پوست دریافت نمود .
سیگنالهای EMG از نظر فرکانس در محدودهhz 25 تا چند کیلو هرتز تغییر می کنند و دامنه های سیگنال بسته به نوع سیگنال والکترودهای استفاده شده از 100 میکروولت تا 90 میلی ولت تغییر می کنند .
منابع نویز :
بطور کلی سیگنال EMG توسط دو نوع منبع نویز می پذیرد :
1- منابع بیولوژیکی
2- منابع غیر بیولوژیکی
منابع بیولوژیکی شامل حرکات سایر عضلات مانند عضله قلب و حرکات ناشی از ضربان رگهای خونی است و منابع غیر بیولوژیکی شامل سیستمهای اندازه گیری و تداخلات برق شهر و محیط اطراف آن و حرکات شخص آزمایش دهنده و حرکت الکترودها می باشد .
ثبت کننده EMG شامل مدارهایی است که می تواند سیگنال بسیار ضعیف EMG را که حداکثر دامنه ای به اندازهmv 1 دارد و دارای نویز نیز می باشد , را پردازش کرده و با کمترین نویز و دامنه قابل قبول در خروجی ظاهر سازد.
منشاْ سیگنال EMG :
سیگنال EMG از ترکیب اجزای کوچکتری به نام پتانسیل عمل واحد حرکتی (motor unit action potential ) که توسط واحد های مختلف تولید می شود تشکیل شده است .
واحد حرکتی کوچکترین واحد عملکردی یک ماهیچه است که می تواند به طور ارادی فعال شود .
پتانسیلهای الکتریکی در دو طرف غشاء , عملا" در تمام سلولهای بدن وجود دارند . سلولهای عصبی و عضلانی , سلولهای قابل تحریک هستند یعنی قادر به تولید ایمپالسهای الکتروشیمیایی در غشاء خود هستند .
محل قرارگیری الکترودها :
یکی از الکترودها بر روی شکم عضله که دارای بیشترین دامنه EMG است و الکترود دیگر نزدیک تاندون نصب می شود . فاصله بین دو الکترود نیز باید بین 2 تا 3 سانتیمتر باشددر عضله ای
که قطع شده باشد بزرگترین دامنه EMG بین و کمی بالاتر از محل قطع شدگی وجود دارد . عضله قطع شده باید به وسیله جراحی به یک جا بسته شده باشد .
بررسی انواع الکترود :
الکترودهای صفحه فلزی : این نوع الکترود از یک هادی فلزی در تماس با پوست تشکیل شده است . یک نوع از آن عموما" برای ECG در دست و پا استفاده می شود که شامل یک صفحه فلزی پهن است که به شکل قطعه استوانه ای شکلی خم شده است . پایه ای روی سطح خارجی آن و نزدیک به انتهای آن قرار داده می شود . از این پایه برای اتصال سیم لید به ECG استفاده می شود .
نکات مهم در مورد استفاده از الکترودها :
برای دریافت سیگنال از سطح پوست نیاز به الکترود داریم . و همانطور که اشاره شد در هنگام دریافت سیگنال یک نیم پیل ایجاد می گردد که مقدار پتانسیل آن به جنس الکترود بستگی دارد . لایه چسبیده به لایه مرده روی پوست لایه نازکی با مقاومت 50 کیلو اهم بر سانتیمتر مربع است که هنگام تماس پوست با الکترود در دو طرف آن 30 میلی ولت اختلاف پتانسیل به وجود می آید ، وقتی که پوست کشیده می شود این اختلاف پتانسیل به 25 میلی ولت می رسد ، این تغییر 5 میلی ولتی تحت عنوان اغتشاش حرکتی شناخته می شود . با سمباده نرم بر روی پوست می توان این لایه را از بین برد و این تغییر پتانسیل را به مقدار ناچیزی کاهش داد .
نرم افزار پروژه
بنابراین تا این مرحله اطلاعات A/D کارت صدا از طریق پورت PCI به پردازنده کامپیوتر انتقال یافته است . حال به دنبال راهی می گردیم که این اطلاعات را بتوانیم نمایش دهیم و بر روی ان پردازش انجام دهیم. برای این منظور نیاز است توسط یکی از زبانهای برنامه نویسی که قابلیت برقراری ارتباط با کارت صدا را داشته باشد و برنامه نویسی با آن ترجیحا" ساده باشد این کار را انجام دهیم.
نرم افزاری که ما در این پروژه از ان استفاده کردیم MATLAB می باشد.MATLAB به عنوان یک زبان برنامه نویسی و ابزار دیداری کردن داده , قابلیت های بسیاری در زمینه های مهندسی , محاسبات و ریاضیات دارا می باشد.
هدف ما نمایش سیگنالهای EMG دو بازو به طور همزمان و نمایش خروجی سنسور می باشد. سپس از سیگنال EMG انتگرال قدر مطلق می گیریم و از خروجی سنسور برای مدلسازی استفاده می کنیم.
مراجع
1-تری بهیل,مهندسی پزشکی ,ترجمه ی سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی, مهیار زرتشتی,مرکز نشر دانشگاهی تهران
2-سید محمد رضا هاشمی گلپایگانی , کنترل سیستم های عصبی- عضلانی
3- هانسلمن – لیتل فیلد, کتاب اموزشی MATLAB , ترجمه ی فرناز بهروزی, انتشارات صنعت گستر
4-ارتور گایتون , فیزیولوژی پزشکی , جلد اول, ترجمه ی دکتر فرخ شادان
5-جان وبستر, تجهیزات پزشکی , طراحی و کاربرد , جلد اول , ترجمه ی دکتر سیامک نجاریان و مهندس قاسم کیانی
6- رسول دلیرروی فرد, فیلتر و سنتز مدار, مرکز نشر دکتر حسابی
7- مهندس حامد ساجدی پایان نامه کارشناسی ارشد , طراحی و پیاده سازی سیستم محل یابی منطقه عصب گیری ساعد با استفاده از EMG سطحی چند کاناله
پایان نامه سیگنال ها و پروتکل ها
مقدمه
تاریخچه و روند تشکیل پروتکل TCP/IP
در ابتدا شبکه ها به صورت جداگانه فعالیت می کردند و چیزی به عنوان شبکه WAN وجود نداشت به طور مثال هر اداره یک شبکه LAN برای خود راه اندازی می کرد و فعالیت های خود را در آن انجام می داد ٬ برای اینکه برای شبکه ها پروتکل های خصوصی طراحی می شد و شبکه بر اساس سیاست ها تعریف شده در آن پروتکل شروع به فعالیت می کرد . پروتکل TCP/IP در اصل در دهه 1970 برای استفاده در شبکه سوییچینگ _بسته وزارت دفاع آمریکا ایجاد شدند. با گذشت زمان وزارت دفاع آمریکا به این فکر افتاد که تمام شبکه های خود را به هم متصل کند تا اطلاعات نظامی مورد نیاز را به راحتی در اختیار ادارات خود قرار دهد اما برای این کار یک مشکل بسیار بزرگ وجود داشت و آن عدم همخوانی پروتکل های مختلف با یکدیگر بود . برای حل این مشکل محققان و مهندسان شبکه شروع به ساخت و طراحی پروتکلی کردند که برای تمام شبکه ها قابل استفاده و در جهت حفظ اطلاعات نظامی وزارت دفاع از امنیت خوبی برخوردارباشد . نتیجه این تلاش و کوشش به وجود آمدن پروتکلی به نام ARPnet شد که شبکه های LAN وزارت دفاع آمریکا را به یکدیگر متصل می کرد . چند سال بعد موسسه علوم ملی آمریکا به منظور برقراری ارتباط بین مراکز تحقیقات مختلف شروع به گسترش شبکه های کامپیوتری کرد . از آن پس تغییراتی در پروتکل ARPnet به وجود آمد تا به یک پروتکل واحد برای شبکه ای غیر متمرکز که اکنون آن را اینترنت می نامیم تبدیل شود . پس از انجام این تغییرات پروتکل ARPnet به پروتکل TCP/IP که هم اکنون در تمامی شبکه ها مورد استفاده قرار می گیرد تبدیل شد . کلید اجرای یک سرویس کوچک برنامه نویسی TCP/IP می باشد.
Internet Protocol / Transmission Control Protocol عنوانی است برای گروهی از پروتکل ها که در جهت برفراری ارتباط کامپیوتر ها استفاده می شود .
ویژگی های مهم پروتکل TCP/IP :
از ویژگی های مهم پروتکل TCP/IP می توان : 1 – تعیین صحت انتقال داده ها 2 – مسیر یابی پویا را نام برد .
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول ....................................................................................... 1
سیگنال ها و پروتکل ها ................................................................
فصل دوم ...................................................................................... 39
مدل OSI
فصل سوم..................................................................................... 54
پروتکل TCP/IP
فصل چهارم..................................................................................... 81
لایه اینترنت
فصل پنجم..................................................................................... 121
ارسال اطلاعات با استفاده از TCP/IP
فصل ششم..................................................................................... 129
مسیریابی
مقدمه:
در این پروژه سعی بر این است که علاوه بر آشنایی با میکروکنترلر AVRو محیط نرم افزاری (labview) سخت افزار،به گونه ای طراحی شود که با دریافت سیگنال آنالوگ ورودی (صوت) از میکروفن ، از طریق واحدADC میکرو این سیگنال به دیجیتال تبدیل شود و با توجه به برنامهای که در داخل میکرو تعبیه شده است،این اطلاعات به داخل MMC ریخته شده ومیکرو با دریافت فرمان از کامپیوتر به صورت ارتباط سریال دستور پخش را دریافت میکند و از طریق واحد تایمر/ کانترکه در مد PWM کار میکند,اطلاعات ذخیره شده در MMC را با آشکار سازی موج PWM توسط یک انتگرال گیر،باز سازی و به آنالوگ تبدیل میکند و این سیگنال آنالوگ بوسیله یک سری مدارات مورد نیاز برای پخش از طریق یک هدفن پخش میگردد.
فصل اول :
نگاهی اجمالی به میکروکنترلرها
بخش اول : میکروکنترلرها
سیر تکاملی میکروکنترلرها :
اولین میکروکنترلرها در اواسط دهه 1970 ساخته شدند. این میکروکنترلرها در ابتدا پردازندههای ماشین حساب بودند که دارای حافظه برنامه کوچکی از نوع ROM ، حافظ داده از نوعRAM وتعدادی درگاه ورودی وخروجی بودند.
با توسعه فناوری سیلیکون ، میکرو کنترلرهای 8 بیتی قویتری ساخته شدند . در این میکروکنترلرها علاوه بر بهینه شدن دستورالعمل ها، تایمر /شمارنده روی تراشه، امکانات وقفه و کنترل بهینه شده خطوط ورودی وخروجی نیز به آن اضافه شده است. حافظه موجود بر روی تراشه هنوز هم محدود میباشد و دربسیاری موارد کافی نیست .یکی از پیشرفتهای قابل توجه در آن زمان، قابلیت استفاده از حافظه EPROM قابل پاک شدن با اشعه ماورا بنفش، روی تراشه بود این قابلیت، زمان طراحی و پیاده سازی محصول را بطور محسوسی کاهش داد و نیز برای اولین بار امکان استفاده از میکروکنترلرها را در کاربردهایی که حجم تولید پایینی دارند، فراهم ساخت.