پردازش سیگنال پیشرفته
سال:1398 | دوره:3 | شماره:2 (پیاپی 4) |تعداد مقالات:15

سرطان پستان، متداول ترین نوع سرطان است که جمعیت زنان را تحت تاثیر قرار می دهد. تشخیص زود هنگام سرطان می تواند شانس درمان را افزایش دهد و همچنین موثرترین راه برای مبارزه با این بیماری است. ارایه روش های خودکار برای آشکارسازی توده سرطانی یا تومور مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این مقاله، یک روش مبتنی بر شبکه های عصبی عمیق کانولوشنی به منظور آشکارسازی ناحیه ی توموری از تصاویر MRI معرفی شده است. روش پیشنهادی به صورت جمع آوری تصاویر MRI به همراه تصویر GT از ناحیه ی توموری آن ها و بسط داده ها به منظور آموزش و آزمون شبکه عصبی می باشد. نوع روش یادگیری مورد استفاده در این مقاله، روش یادگیری بانظارت می باشد. الگوریتم بر روی مجموعه داده ی RIDER breast آزمایش شده و نتایج به خوبی نشان می دهند که روش پیشنهادی، عملکرد بهتری از سایر روش های آشکارسازی تصویر مانند روش های مبتنی بر خوشه بندی دارد. از مزایا می توان به کیفیت بالا در آشکارسازی تومور و سرعت قابل قبول در زمان اجرا اشاره کرد.

در این مقاله، استاندارد سازی تصاویر MRI مغز انسان با اعمال چندین روش آماری مد نظر است که هدف بعد از مرحله استاندارد سازی با حذف نقاط تار و سیاه نویز، مرز نواحی تومور و بخش های مختلف مغز و مایع مغزی با وضوح بیشتر نمایش داده خواهد شد که میتوان به سه بخش سفید و خاکستری و مایع مغزی تقسیم بندی کرد. هنگامی که یک پروتکل استاندارد در دسترس باشد، روش استاندارد سازی و ناحیه بندی مبتنی بر روش های ترکیبی یکی از مناسب ترین ابزارها برای ناحیه بندی تصاویر پزشکی محسوب می شود. این روش علیرغم دقت بالایی که دارد، به دلیل بالا بودن حجم محاسبات، زمان بر و طولانی است. روش های مبتنی بر مفاهیم آماری به ترتیب مد، میانه و میانگین می باشند که جهت اعمال بر روی داده های موجود از تصاویر MRI مغز انسان در بیماران مختلف، پردازش بسیار ساده و صریح دارند. همچنین روش کرانه ای، دهک و صدک با مفاهیم ساده برای استخراج نقاط عطف از داده های موجود استفاده می شوند. نتایج استاندارد سازی تصاویر مغزی به دست آمده می تواند به کمک پردازش های بعدی در تحلیل آناتومی و یا تشخیص بیماری ها و آسیب های مغزی مورد استفاده قرار گیرد. برای ارزیابی عملکرد این مقاله ابتدا طرح به صورت سیستمی در نرم افزار متلب شبیه سازی و سپس برای استانداردسازی و مقایسه با تصاویر قبل از مرحله استاندارد سازی، از نرم افزاری به نام یوونتی 8 برای استخراج و نمایش لایه های خاکستری رنگ استفاده می شود. نتایج حاصل از پردازش این مقاله، به صورت بصری از تصاویر استاندارد شده و تحلیل آماری خطا و ضریب تغییرات به دست آمده و در نهایت در مرحله مقایسه کارآمدترین روش استخراج می شود.

در دنیا پژوهش های بسیاری در حوزه پردازش سیگنال موسیقی به منظور بازیابی محتوای موسیقی بر مبنای محتوا انجام شده است. متاسفانه پژوهش های انجام شده در زمینه پردازش رایانه ای موسیقی سنتی ایرانی بسیار اندک است که یکی از دلایل اصلی آن را می توان نبود دادگان برشمرد. در این پژوهش، یک دادگان برای دو مسیله اساسی حوزه موسیقی سنتی ایرانی، یعنی تشخیص دستگاه و تشخیص ساز معرفی شده است که از جامعیت و تنوع لازم برخوردار است و به نام "دادگان نوا" نام گذاری شده است. این دادگان شامل صدای پنج ساز متداول سنتی ایرانی در هفت دستگاه است که توسط چهل هنرمند نواخته شده است. در ادامه برای پرداختن به دو مسیله تشخیص ساز و دستگاه، سامانه ای پیشنهاد داده شده است که در بخش استخراج ویژگی آن از سیگنال موسیقی ورودی، ضرایب کپسترال بر مبنای مقیاس مل استخراج می شود و دنباله بردارهای ویژگی حاصل، به کمک روش بردار هویت به یک بردار با طول ثابت تبدیل می شود. در بخش دسته بندی، بردار هویت حاصل از موسیقی ورودی به یک ماشین بردار پشتیبان داده می شود. بهترین صحت حاصل از تشخیص ساز و دستگاه بر روی دادگان نوا به ترتیب حدود 98 و 34 درصد است که گویای میزان دشواری مساله تشخیص دستگاه در مقایسه با تشخیص ساز است.

در این مقاله، یک هورن با پروفایل گاوسی و دیواره دندانه دار در فرکانس مرکزی 94 گیگاهرتز طراحی و شبیه سازی شده است و با هورن مسطح طراحی شده با پروفایل گاوسی مقایسه شده است. آنتن هورن پیشنهاد شده شامل یک بخش دندانه دار عادی (مبدل مد و بخش فازی) و بخشی با پروفایل گاوسی است. آنتن هورن پروفایل گاوسی گذار هموارتری از موجبر تا دهانه را فراهم می کند، که تطبیق بین آنتن و فضای آزاد را بهبود می بخشد. این تطبیق بهتر، الگوی تابشی بهتر و پهنای باند بیشتری فراهم می کند و بازدهی کل سامانه را افزایش می دهد. هورن دندانه دار نیز پراش لبه کم، تقارن الگوی بهبودیافته و قطبش عرضی کاهش یافته دارد، زیرا دندانه ها شرایط مرزی یکسانی برای میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد می کنند. تقارن الگوی هورن گاوسی دندانه دار طراحی شده در صفحات متعامد E و H، پهنای باند وسیع و همچنین سطوح گلبرگ جانبی پایین آن باعث می شود تا نماینده مناسبی جهت استفاده در تغذیه سامانه تصویربردار موج میلی متری در باند W باشد.

استاندارد کد کننده ی ویدیویی پربازده، آخرین استاندارد بین المللی فشرده سازی ویدیو می باشد که اولین نسخه آن در سال 2013 منتشر شد. در این استاندارد به دلیل افزایش تعداد بلوک های مورد ارزیابی و افزایش تعداد حالت های پیش گویی، پیچیدگی محاسباتی افزایش یافته است. لذا، استفاده از روش هایی که باعث کاهش حالت های پیش گویی و کاهش پیچیدگی محاسباتی شوند، ضروری است. برای این منظور، در این مقاله جهت کاهش پیچیدگی محاسبات روشی ارایه شده است که با توجه به افزونگی زمانی بین فریم ها، تعداد بلوک های مورد ارزیابی و با توجه به افزونگی مکانی تعداد حالت های پیش گویی درون قابی کاهش می یابد. ابتدا بلوک با بیشترین هم بستگی که بیشترین شباهت به بلوک جاری دارد و در اطراف بلوک هم مکانش در فریم مرجع می باشد به عنوان همبسته ترین بلوک معرفی شده و با توجه به اندازه آن بلوک، در مورد اندازه بلوک جاری تصمیم گیری می شود و از ارزیابی تعدادی از بلوک ها که شانس کمتری جهت انتخاب شدن دارند صرف نظر می گردد. سپس با توجه به شباهت پیکسل ها در جهت افقی یا عمودی تعداد حالت های پیش گویی کاهش می یابد. روش پیشنهادی با 10 ویدیو با رزولوشن های مختلف که دارای بافت های متفاوت می باشند ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی می تواند زمان کد کردن را به طور متوسط 28. 8 درصد کاهش دهد، در حالی که نرخ بیت دارای افزایش ناچیزی در حدود 0. 9 درصد است.

در شبکه های بی سیم نسل پنجم (5G)، به منظور بهبود بازدهی طیفی و پایداری ارتباط می توان به ترتیب از روش های دسترسی چندگانه غیرمتعامد (NOMA) و انتقال همزمان داده و توان بی سیم (SWIPT) استفاده نمود. در این مقاله، یک پروتکل SWIPT NOMA مشارکتی در حالت چند آنتنی MISO فروسو مورد بررسی قرار گرفته است که در آن یک کاربر با شرایط کانال قوی (کاربر دوم) به عنوان رله برداشت کننده انرژی با یک کاربر با شرایط کانال ضعیف تر (کاربر اول) مشارکت می نماید. همچنین برای بهبود عملکرد، غیر از برداشت انرژی از سیگنال های رادیویی، برداشت انرژی خورشیدی نیز در کاربر دوم در نظر گرفته شده است. در ادامه، یک طراحی بهینه سازی روی ضریب تسهیم توان در رله و بردار شکل دهی پرتو در فرستنده به منظور بیشینه کردن نرخ داده کاربر دوم و رفع نیازهای کیفیت سرویس (QoS) کاربر اول انجام شده است. پس از فرمول بندی مساله بهینه سازی، عملکرد سیستم از نظر نرخ مجموع و احتمال امکان پذیری بهینه سازی به ازای سطوح مختلفی از سطح توان برداشت شده از خورشید، شبیه سازی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، می توان گفت برداشت انرژی خورشید، بخصوص در SNRهای پایین، بهبود قابل توجهی را برای روش SWIPT NOMA مشارکتی از نظر نرخ مجموع و احتمال قطعی به همراه دارد.

در این مقاله به تحلیل عملکرد سیستم های رله دو راهه تداخل محدود با روش ترکیب انتخابی در گیرنده و رله تقویت و ارسال روی کانال های محوشدگی ناکاگامی مستقل و ناهمسان پرداخته می شود. کران های پایین محکمی برای احتمال قطع و نرخ خطای سرتاسری سیستم به فرم بسته به دست می آید، همچنین تحلیل مجانبی سیستم در سیگنال به نویزهای زیاد انجام می شود تا روابط مفیدی برای مرتبه چندگانگی و بهره کدینگ به دست آید. حالات خاص کاربردی (به عنوان مثال: حالات بی تداخل، توان نامحدود و کانال های محوشدگی رایلی) نیز بررسی شده اند. در ادامه، مسیله بهینه سازی حداقل سازی احتمال قطع برای سه سناریوی عملی فرمول بندی و حل تحلیلی می شود. این مسایل، مسایل بهینه سازی تخصیص توان با فرض مکان ثابت رله، بهینه سازی مکان رله با فرض تخصیص توان ثابت و بهینه سازی همزمان تخصیص توان و مکان یابی رله هستند. نتایج عددی صحت و دقت روابط استخراج شده را تایید کرده و دید فیزیکی مهمی از تاثیر پارامترهای مدل بر روی عملکرد سیستم را فراهم می آورند. به عنوان مثال نشان داده شده است که سناریوهای اول و سوم بهینه سازی نسبت به سناریوی دوم بهینه سازی عملکرد به مراتب بهتری دارند.

در این مقاله، سه پروتکل انتخاب رله برای شبکه های چندسلولی با چندین رله کدگشایی و ارسال که توسط چندین تداخلگر در گره های رله و مقصد مورد هدف قرار گرفته اند، پیشنهاد و تحلیل می شود. سه پروتکل زیر بررسی می شود: 1) بهترین-بدترین فرصت طلبانه (OBW) که در آن مقصد بهترین سیگنال بین ارسال های از طریق رله و مستقیم را انتخاب می کند. 2) ترکیب گر لینک مستقیم بهترین-بدترین (BWDC) که در آن مقصد ارسال های مستقیم و از طریق رله را با استفاده از ترکیب گر حداکثر نسبت ترکیب می کند. و 3) بهترین-بدترین فرصت طلبانه هیبرید (HOBW) که در آن مقصد تنها در صورتی ارسال از طریق رله را انتخاب می کند که ارسال مستقیم در حالت قطعی باشد. برای هر کدام از این حالات، روابط به فرم بسته برای احتمال قطع روی کانال های محوشدگی ناکاگامی مستقل و ناهمسان (i. n. i. d) به دست می آید. سپس مفاهیم طراحی جدیدی برای احتمال قطع در محیط های پرتداخل به دست می آید. در مقایسه با BWDC، OBW و HOBW گیرنده با پیچیدگی کمتر را پیشنهاد می دهند. همچنین، OBW و HOBW به احتمال قطع کمتری نسبت به BWDC در محیط های پرتداخل دست می یابند.

ویژگی ها و محدودیت های شبکه های حسگر بی سیم باعث شده است که امنیت این شبکه ها با چالش های جدی مواجه باشد. در این مقاله یکی از رایج ترین حملات موجود در شبکه های حسگری با نام حمله بیزانسی مورد بررسی قرار می گیرد. با در نظر گرفتن یک شبکه حسگری با یک مرکز جمع آوری داده متحرک، یک روش ادغام داده بهینه پیشنهاد می گردد که قادر است معیار نیومن پیرسون را در یک روش خاص از ادغام داده سخت پیاده کند، به این معنی که با ثابت نگه داشتن خطای هشدار غلط، احتمال آشکارسازی را حداکثر کند. با استفاده از تحلیل های آماری داده ها، در حالت های مختلف از تعداد حسگرها و تعداد مهاجمین در شبکه، یک مدل بسته با سرعت قابل قبول برای یافتن پارامترهای روش ارایه می شود. سپس یک روش شناسایی مهاجمین به کار گرفته می شود که با استفاده از فاصله همینگ گزارشات هر حسگر با تصمیم نهایی، اقدام به تشخیص مهاجم می کند. شبیه سازی ها بهبود حاصل از اعمال روش پیشنهادی در تصمیم گیری و همچنین کارآیی روش تشخیص مهاجمین را نسبت به سایر روش های موجود به وضوح نمایش می دهند.

استفاده از سامانه های چندورودی-چندخروجی علاوه بر افزایش ظرفیت، کاهش تاثیرات مخرب ناشی از پدیده چندمسیری، کاهش تداخل با سایر کاربران و نیز دستیابی به نرخ اطلاعاتی بالاتر را به دنبال خواهد داشت. از طرفی استفاده از فناوری امواج میلیمتری و کار در باندهای فرکانسی بالا می تواند از مسایلی همچون ترافیک و تداخل جلوگیری کرده و موجب افزایش قابل ملاحظه نرخ داده، بازده طیفی و پهنای باند وسیعی شود. MIMO انبوه موج میلیمتری با آرایه آنتن لنز می تواند به طور قابل توجهی تعداد زنجیره های رادیو فرکانسی را کاهش دهد. در این مقاله، دو الگوریتم جدید برای تخمین کانال MIMO انبوه موج میلیمتری ارایه خواهد شد. در این راستا با استفاده از حسگری فشرده الگوریتمی بر پایه بهینه سازی محدب ارایه می شود تا بتواند در باند فرکانسی موج میلیمتری، تخمین کانال را با دقت مناسب و پیچیدگی کم اجرا کند. سپس الگوریتم تخمین دیگری بر پایه روش های حریصانه ارایه می شود. از مزایای این روش کاهش پیچیدگی و حجم محاسباتی پایین و سرعت بازیابی بالای آن است. در نهایت هر دو الگوریتم پیشنهادی با سایر الگوریتم های موجود مقایسه می شوند. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد بهتر الگوریتم های پیشنهادی در مقایسه با سایر الگوریتم ها است.

با رشد سریع اطلاعات، امنیت آن نیز از جمله موضوعاتی است که توجه زیادی به خود جلب کرده است. مخفی سازی اطلاعات یک روش مناسب برای تضمین امنیت اطلاعات مهم بر روی اینترنت است. استاندارد HEVC آخرین استاندارد فشرده سازی ویدیو تاکنون است که می توان از آن، جهت حمل اطلاعات مخفی استفاده کرد. در این مقاله روشی جدید به منظور مخفی سازی اطلاعات در ویدیوهای فشرده شده با استاندارد HEVC ارایه شده است. در روش پیشنهادی از بردارهای حرکت بلوک های پیشگویی بین قابی به عنوان حمل کننده ی اطلاعات استفاده شده است. مجموعه ای از بردارهای حرکت یک بلوک کدکننده در استاندارد HEVC جهت حمل رشته ای از بیت های مخفی انتخاب شده است و تنها یک مولفه از آن مجموعه به میزان یک واحد افزایش یا کاهش می یابد که باعث می شود نسبت پیک سیگنال به نویز تغییر چندانی نداشته باشد و نرخ بیت، بعد از جاسازی افزایش چندانی نشان ندهد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که میانگین نسبت سیگنال به نویز 0. 21 دسی بل کاهش و نرخ بیت به طور میانگین 0. 76 درصد افزایش یافته است. مقایسه ی روش پیشنهادی با سایر روش هایی که اخیرا ارایه شده اند برتری روش پیشنهادی را نشان می دهد.

ارسال با بسته هایی با طول کوچک، ازجمله موضوعاتی است که در نسل جدید مخابراتی جهت برقراری ارتباطات کم تاخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله نیز به منظور داشتن یک ارتباط کم تاخیر، سیستم مخابرات مشارکتی تحت سناریوی ارسال با بسته های کوچک بررسی شده است. در این سیستم رله نیمه دوطرفه دومسیره، اطلاعات دو گره را بین آنها جابجا می کند. رله از نوع تقویت و ارسال با گین ثابت و گین متغیر است. با توجه به اهمیت تاخیر، معیار ارزیابی عملکرد سیستم، ظرفیت موثر است و جهت بهبود عملکرد سیستم، از تخصیص توان بهینه جهت بیشینه سازی ظرفیت موثر استفاده شده است. تقعر این مسیله تخصیص توان تحت قید ثابت بودن مجموع توان گره ها و رله اثبات شده و مقدار توان بهینه برای گره ها و رله محاسبه شده است. در نهایت نیز تاثیر پارامترهای مختلف شامل طول بسته، نرخ خطای بیت و پارامتر کیفیت سرویس روی عملکرد کلی سیستم بررسی شده است.

جذب (یا برداشت) انرژی اخیرا به عنوان یک فناوری برتر برای رفع محدودیت انرژی در شبکه های بی سیم نسل آتی و نیز سامانه های صنعتی برپایه اینترنت اشیا و هم چنین به عنوان اساس شبکه های مخابرات سبز به منظور کاهش مصرف انرژی در فعالیت های بشری معرفی شده است. در این مقاله به پژوهش در مورد ارسال مشارکتی در کانال رله گوسی دوطرفه کامل با گره های منبع و رله ی جاذب انرژی می پردازیم. هدف بیشینه سازی تعداد کل بیت های ارسالی از منبع به مقصد در مدت زمان مشخص از طریق تخصیص بهینه نرخ و توان به گره های جاذب انرژی است. همچنین بر اساس قابلیت گره های منبع و رله برای انتقال بخشی از انرژی (توان) خود به هم دیگر، دو حالت در نظر گرفته می شود که شامل انتقال یک طرفه توان از منبع به رله و انتقال دوطرفه توان بین منبع و رله است. مساله تخصیص منابع از دیدگاه یافتن جواب بهینه الگوریتمی مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور شرایطی روی نحوه جذب انرژی در گره ها در نظر گرفته می شود که در آن شرایط، جواب بهینه الگوریتمی برای انتقال یک طرفه توان به دست می آید. برای انتقال دوطرفه توان، جواب بهینه الگوریتمی در حالت عمومی ارایه می شود. نهایتا عملکرد الگوریتم های پیشنهادی به صورت عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و با نتایج ابزار بهینه سازی محدب عددی مورد مقایسه قرار می گیرند.

این مقاله روشی در پنهان نگاری معکوس پذیر در تصویر رمز شده را معرفی می کند که از همبستگی پیکسل های مجاور در تصویر بهره می برد. در روش پیشنهادی، تصویر اصلی می تواند با الگوریتم رمز دلخواه رمز شود. بیت هایی با ارزش بیشتر در پیکسل های تصویر به منظور ایجاد فضای خالی برای پنهان نگاری بیت های داده به کار گرفته می شوند. در این رویکرد تصویر به قالب های مجزا تقسیم و مرکزی ترین پیکسل در هر قالب به عنوان پیکسل مبنا در نظر گرفته می شود. خطای پیش بینی بین شدت پیکسل مبنا و شدت پیکسل های دیگر در قالب محاسبه و پیش بینی محلی نامیده می شود. این خطا به منظور بدست آوردن یک ویژگی از ظرفیت ذخیره هر قالب تحلیل می گردد. ویژگی های محاسبه شده برای تمام قالب ها توسط کدبندی حسابی، فشرده و ویژگی های فشرده شده به همراه بیت های داده در تصویر تعبیه می شوند. در گیرنده در ابتدا ویژگی های فشرده شده استخراج، سپس نافشردهشده و به منظور بازیابی بدون اتلاف تصویر اصلی و استخراج بیت های داده به کار گرفته می شوند. نتایج آزمایش تایید می کند که روش پیشنهادی روش های جدید در این زمینه را بهبود می دهد.

تکنولوژی جدیدی که اخیرا جهت افزایش ظرفیت کانال سیستم های مخابراتی مورد بررسی قرار گرفته شده، ممان زاویه ای مداری (OAM) می باشد. در سیستم OAM، آرایه دایروی یکنواخت (UCA) بدلیل سهولت پیاده سازی تعامد مودهای OAM، استفاده زیادی داشته است در اکثر تحقیقات انجام گرفته در این زمینه فرض شده است آرایه های آنتنی فرستنده و گیرنده روبروی هم در محیط بدون هیچ نوع انعکاسی قرار گرفته اند. اثر انعکاس تنها در حالات ارسال تک آنتنه و آرایه خطی یکنواخت (ULA) بررسی شده است که با توجه به تفاوت زیاد مدل کانال سیستم OAM مبتنی بر UCA با مدل کانال سیستم OAM مبتنی بر ULA، نتایج حاصله در تحقیقات مورد اشاره را نمی توان برای سیستم OAM مبتنی بر UCA استفاده نمود. در این مقاله کانال سیستم OAM مبتنی بر UCA را در حضور انعکاس آینه ای مدلسازی می شود. بدین منظور اثر انعکاس با استفاده از UCA فرستنده مجازی مدل می شود. همچنین در حالات حدی، مدل تقریبی ساده شده را برای کانال محاسبه شده و ظرفیت کانال را بر اساس مدل های حاصله محاسبه می شود. نشان می دهیم که در حالت وجود انعکاس، تعامد بین مودهای OAM در حالت آرایه دایروی از بین رفته که منجر به کاهش ظرفیت کانال می گردد. در نتیجه جهت جلوگیری از کاهش ظرفیت، نیاز به پیش کدینگ مناسب می باشد. با استفاده از نتایج شبیه سازی صحت ادعای خود را نشان می دهیم.