数字信号处理》课程研究性学习报告多速率信号处理专题研讨

1 / 11 数字信号处理课程研究性学习报告多速率信号处理专题研讨 时间： 2016-05-30 来源：唯才教育网 本文已影响 人 数字信号处理课程研究性学习报告 姓名 学号 同组成员 指导教师 时间 多速率信号处理专题研讨 【目的】 掌握序列抽取运算与内插运算的频谱变化规律。 掌握确定抽取滤波器与内插滤波器的频率指标。 掌握有理数倍抽样率转换的原理及方法。 培养学生 自主学习能力，以及发现问题、分析问题和解决问题的能力。 【研讨题目】 基本题 1抽取、内插信号特征的时域 /频域分析 对于给定的单频模拟信号 y=sin，确定一个合适的采样频率 fsam，获得离散信号 yk，试进行以下问题的分析： 对离散信号 yk进行 M=2 倍抽取，对比分析 yk和 yMk在时域 /频域的关系； 2 / 11 对离散信号 yk进行 L=2 倍内插，对比分析 yk和 yk/L在时域 /频域的关系。 【温磬提示】 在多速 率信号分析中，离散序列的抽取和内插是多速率系统的基本运算，抽取运算将降低信号的抽样频率，内插运算将提高信号的抽样频率。两种运算的变换域描述中，抽取运算可能出现频谱线性混叠，而内插运算将出现镜像频谱。 【设计步骤】 1、 已知 y=sin频率为 500Hz，周期为，可取时间范围 T 为 0 到秒，两个周期，根据抽样定理取 fsam?8000Hz，每个周期抽取 16个点。 2、 用函数 xD=x对离散信号进行 M=2倍的抽取，用fft计算频谱。 3、 用函数 xL=zeros);xL=x;对离散信号进行 L=2的内插，用 fft计算频谱。 【仿真结果】 对离散信号 yk抽取和内插的时域 /频域对比分析结果。 抽取： 内插： 【结果分析】 3 / 11 11、抽取运算在频域描述：对 xk进行 M 倍抽取后得到 xDk的频谱为 XD?Mj?M?1 l?0?X， 即将 xk的频谱 X 扩展 M 倍，得到 X，再以 2?为周期进行周期化并乘以因子。 j? M 2、内插运算在频域描述：对 xk进行 L倍内插后得到 xLk频谱为 XL?X，即将 xk的频谱 X压缩 L倍，除了与原序列频谱相差一个尺度因子外，两个序列频谱形状保持不变。由于 X的周期为 2?，所以 X周期为 2?，内插序列在 ?L,?L的频谱将在区间 ?,?重复 L 次。 【发现问题】 ： 应选择合适抽样频率来抽取足够多的点。 【仿真程序】 抽取： T=; fs=8000; Ts=1/fs; N=T/Ts; k=0:N-1; x=sin); 4 / 11 subplot stem; xD=x; subplot; stem; X=fft; X=fftshift; subplot; plot); Y=fft; Y=fftshift; subplot; plot); 内插： T=; fs=8000; Ts=1/fs; N=T/Ts; k=0:N-1; x=sin); subplot stem; 5 / 11 xL=zeros); xL=x; subplot; stem; X=fft; X=fftshift; subplot; plot); Y=fft; Y=fftshift; subplot; plot); 【研讨题目】 中等题 2音乐 信号多速率处理 分别给出抽样率为 32KHz、 16KHz 和 8KHz 的三段音乐信号，利用 Matlab 仿真分别将信号通过抽样率为 16KHz的 D/A进行播放，试听播放结果分析其中存在的现象和问题； 32KHz 音乐信号文件： 16KHz 音乐信号文件： 8 KHz 音乐信号文件： 设计多速率信号处理系统，使得抽样率为 32KHz 和8KHz的三段音乐信号通过抽样率为 16KHz的 D/A能够正常播6 / 11 放。 xx samsam samsam 【设计步骤】 用 wavread 函数读取文件，再使用 sound 函数对音乐信号以 16 Hz抽样频率播放。 用 wavread 函数读取文件，对音乐信号进行内插或者抽取，再用 sound 函数播放。 【仿真结果】 32kHz以 16kHz播放声音低沉， 16kHz能够正常播放，8kHz声音变得尖细。 音乐信号均正常播放。 【结果分析】 32kHz音乐信号 2倍抽取后，时域抽样间隔变为 2倍，抽样频率变为原来二分之一，可以以 16kHz 数字信号处理课程研究性学习报告 姓名 学号 同组成员 指导教师 7 / 11 时间 多速率信号处理专题研讨 【目的】 掌握序列抽取运算与内插运算的频谱变化规律。 掌握确定抽取滤波器与内插滤波器的频率指标。 掌握有理数倍抽样率转换的原理及方法。 培养学生自主学习能力，以及发现问题、分析问题和解决问题的能力。 【研讨题目】 基本题 1抽取、 内插信号特征的时域 /频域分析 对于给定的单频模拟信号 y=sin，确定一个合适的采样频率 fsam，获得离散信号 yk，试进行以下问题的分析： 对离散信号 yk进行 M=2 倍抽取，对比分析 yk和 yMk在时域 /频域的关系； 对离散信号 yk进行 L=2 倍内插，对比分析 yk和 yk/L在时域 /频域的关系。 【温磬提示】 在多速率信号分析中，离散序列的抽取和内插是多速率系统的基本运算，抽取运算将降低信号的抽样频率，内插运算将提高信号的抽样 频率。两种运算的变换域描述中，抽取运算可能出现频谱混叠线性，而内插运算将出现镜像频谱。 8 / 11 【设计步骤】 【仿真结果】 对离散信号 yk抽取和内插的时域 /频域对比分析结果。 【结果分析】 抽取、内插运算在频域的描述和性质。 【自主学习内容】 【阅读文献】 【发现问题】 ： 【问题探究】 【仿真程序】 2音乐信号多速率处理 分别给出抽样率为 32KHz、 16KHz 和 8KHz 的三段音乐信号，利用 Matlab 仿真分别将信号通过抽样率为 16KHz的 D/A进行播放，试听播放结果分析其中存在的现象和问题； 32KHz 音乐信号文件： 16KHz 音乐信号文件： 8 KHz 音乐信号文件： 设计多速率信号处理系统，使得抽样率为 32KHz 和8KHz的三段音乐信号通过抽样率为 16KHz的 D/A能够正常播放。 xx 9 / 11 samsam samsam 【设计步骤】 【仿真结果】 【结果分析】 【自主学习内容】 【阅读文献】 【发现问题】 ： 【问题探究】 【仿真程序】 3对于人体脉搏信号可以综合地反映人体的心脏器官和心血管系统的生理变化。对人体脉搏信号进行非线性分析的研究，为评估人体心脏器官与血液循环系统的生理状态以及研究人的情绪对生理变化的影响提供了依据，并且对进一步深入认识人体生命系统的复杂性现象及规律具有重要意义。本题目将给出实际采集的人体脉搏信号，采样率为fsam=200Hz， 疲劳状态下脉搏信号：疲劳 .txt 清晰状态下脉搏信号：清醒 .txt 利用 Matlab 读取脉搏信号，并进行脉搏信号的频谱分析，得出人体脉搏频谱特征。 已知人体脉搏信号通常分布在 1-20Hz 内，设计合10 / 11 适的滤波器得到纯净的脉搏信号。 由于脉搏信号通常分布在 1-20Hz 内，而人耳听觉范围在 300-3400Hz 范围，为使人耳能够听到清醒的脉搏信号，请设计合适的多速率信号处理系统实现。 【频谱特征分析】 【设计步骤】 【仿真结果】 【结果分析】 【自主学习内容】 【阅读文献】 【发现问题】 ： 【问题探究】 【仿真程序】 电子文件提交说明 : 文件名 学号 _姓名 _DSP2 文件格式 Microsoft WordXX 或以下版本 建议用 Office 套装软件 Visio 进行绘图。 Matlab 所绘图形可在 Visio环境下 ungroup 后进行编辑。 数字信号处理课程研究性学习 报告 指导教师薛健 时间 【目的】 11 / 11 掌握 IIR 和 FIR数字滤波器的设计和应用； 掌握多速率信号处理中的基本概念和方法 ； 学会用 Matlab 计算小波分解和重建。 了解小波压缩和去噪的基本原理和方法。 【研讨题目】 一、 播放音频信号 ，确定信号的抽样频率，计算信号的频谱，确定噪声信号的频