信息电子学院实验指导书格式-数字信号处理

《—数字信号处理—》实验 指导 书明峰 编写理工大学信息电子学院二○○八年三月前 言业的一门专业必修课。通过本课程的学习，使学生把握离散系统的根本概念和分析方法，数字滤波器的设计和实现，以及如何利用快速傅DSP的学习和今后的科研工作打下良好的根底。通过本课程的学习，学生应把握以下根本概念、理论和方法：1.采样定理、离散序列的变换、离散信号的频谱分析；离散系统的传递函数、频率响应、离散系统的根本分析方法；数字滤波器的设计理论、滤波器的软件实现；离散傅里叶变换理论、快速傅里叶变换方法；有限字长效应。试验一：离散时间序列卷积和MATLAB实现2〔演示、验证、综合、√设计、争论〔√必修、选修〕一、试验目的算。二、试验容题一：序列1 0k2

1 k12 k2f1(k)= f2(k)=0 其它

3 k3f1=ones(1,3);f2=0:3;f=conv(f1,f2)>>t1f=0 1 3 6 5 3

0 其它dconv.要f1(k),f2(k)f(k)的时域波形图。function[f,k]=dconv(f1,f2,k1,k2)f(k)k1，k2k。function[f,k]=dconv(f1,f2,k1,k2)f=conv(f1,f2);k0=k1(1)+k2(1);k3=length(f1)+length(f2)-2;k=k0:k0+k3;subplot(2,2,1);stem(k1,f1);title(”f1(k)”);xlabel(”k”);ylabel(”f1(k)”);subplot(2,2,2);stem(k2,f2);title(”f2(k)”);xlabel(”k”);ylabel(”f2(k)”);subplot(2,2,3);stem(k,f);与f2(k)的卷积和f〔k〕”);xlabel(”k”);ylabel(”f(k)”)f1(k)f2(k)f(k)，绘出它f2(k)f(k)的时域宽度的关系。22f1(k)=0

k1k0k1其它

0f2(k)=0

2k2其它dconv的函数来解决。>>f1=[121];>>k1=-1:1;>>f2=ones(1,5);>>k2=-2:2;>>[f,k]=dconv(f1,f2,k1,k2)f=1344431k=-3-2-10123LTIh(k)=e(k)-e(k-4)，求该系统在鼓励f(k)=e(k)-e(k-3)时的零状态响应，并绘出其时域波形图。>>f1=ones(1,4);>>f2=ones(1,3);>>k1=0:3;>>k2=0:2;>>dconv(f1,f2,k1,k2)ans=1 2 3 3 2 1三、试验原理、方法和手段1f1(kf2(k)的卷积和定义：f(k)=f1(k)*f2(k)=

i

f1(i)

f2(k i)2、在离散信号与系统分析中有两个与卷积和相关的重要结论：af(k)=

f(i) (k i)=f(k)*δ(k)即离散序列可分解为一系if(k)打算的单位序列δ(k)及其平移序列之积。b、对线性时不变系统，设其输入序列为f(k)，单位响应为h(k)，其零状

f(i)h(k i)i四、试验组织运行要求五、试验条件微机六、试验步骤生疏试验容，以及卷积运算的理论上机编程调试七、试验报告试验预习、试验记录和试验报告三局部。试验二：FFTMATLAB实现3〔演示、验证、综合、√设计、争论〔√必修、选修〕一、试验目的FFT及其在在数字信号处理中的应用。二、试验容x(n)=cos(n*pi/6N=12MATLABDFTN=12;n=0:N-1;xn=cos(n*pi/6);Xk=fft(xn,N);stem(n,Xk);xlabel(”k”);ylabel(”Xk”);题二：一被噪声污染的信号，很难看出它所包含的频率重量，如一个由50Hz1000Hz，对这污染信号进展傅立叶变换，以检查所包含的频率重量fs=1000;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t)+rand(1,N);y=fft(x,N);mag=abs(y);f=n*fs/N;subplot(1,2,1);plot(f,mag);xlabel(”频率/Hz”);ylabel(”振幅”);title(”N=1024”);subplot(1,2,2);plot(f(1:N/2),mag(1:N/2));xlabel(”频率/Hz”);ylabel(”振幅”);title(”N=1024”);FFT1FFT变换值，最终重构语音信号。1、FFT；31FFT；4、重构语音信号〕loadmtlbN=512;subplot(2,2,1)plot([1:N],mtlb(1:N));title(”原始语音信号”grid;y=fft(mtlb(1:N));subplot(2,2,2);plot([1:N],y);title(”原始语音信号FFT变换”grid;y(y<1)=0;subplot(2,2,3);plot([1:N],y);title(”去掉幅值小于1的FFT变换”);grid;subplot(2,2,4);plot([1:N],ifft(y));title(”重构语音信号”grid;三、试验原理1x(nDFTx(k)N1x(nW

0kN1N n0x(n)1N1x(kW

0nN1 N

Nk022FFT四、试验组织运行要求五、试验条件微机六、试验步骤生疏试验容，FFT上机编程调试七、试验报告试验预习、试验记录和试验报告三局部。试验三：IIR滤波器的设计及实现3〔演示、验证、综合、√设计、争论〔√必修、选修〕一、试验目的生疏用冲击响应不变法或双线性变换法设计IIR把握数字滤波器的计算机仿真方法。通过观看对实际心电图信号的滤波作用，获得数字滤波的感性学问。二、试验容IIR1dB0.3piradpirad之15Db，用双线性变换法设计数字滤波器。模拟滤波器承受巴特沃斯滤波器原型。用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列(在本试验后面给出)进展仿效果。心电图信号采样序列x(n)：人体心电图信号在测量过程中往往受到工业高x(n)，其中存在高频干扰。在试验中，以x(n)作为输入序列，滤除其中的干扰成分。{x(n)}={-4, -2, 0, -4, -6, -4, -2, -4, -6, -6,-4, -4, -6,-6, -2, 6, 12, 8, 0, -16,-38, -60, -84, -90, -66, -32, -4,-2, -4, 8,12, 12, 10, 6, 6, 6, 4, 0, 0, 0,0, 0, -2, -4,0, 0, 0, -2, -2, 0,0, -2, -2, -2, -2, 0}IIRH(z)

0.0007378(1z1)6(11.268z10.705z2)(11.0106z10.3583z2)(10.904z10.215z2)3K1

H(z)kH(z)A(12z1z2),k1,2,3k 1Bz1Cz2k kA=0.09036B1=1.2686,C1=-0.7051B2=1.0106,C2=-0.3583B3=0.9044,C3=-0.2155H1(z),H2(z)H3(z)以下图所示。x(n)

H(z)1

y(n)1

H(z)2

y(n)2

H(z)3

3H(z)编写滤波器仿真程序,计算H(z)对心电图信号采样序列x(n)的响应序列y(n)。设y(n)kHk(z)y(n)k

k-1y(n)=Ay

(n)+2Ay

(n-1)+Ay

(n-2)+By(n-1)+Cy(n-2)k k-1

k-1

k-1

kk kk在通用计算机上运行仿真滤波程序，并调用通用绘图子程序，完成试验(2)和(3)。x=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0];k=1;n=0:55;subplot(2,2,1);stem(n,x,”.”);axis([055-10050]);holdon;n=0:60;m=zeros(61);plot(n,m);xlabel(”n”);ylabel(”x(n)”);x〔n〕”);B=[0.090362*0.090360.09036];A=[1.2686-0.7051];A1=[1.0106-0.3583];A2=[0.9044-0.2155];y1=filter(B,A,x);y2=filter(B,A1,y1);y=filter(B,A2,y2);subplot(2,2,3);n=0:55;stem(n,y,”.”);axis([055-155]);holdon;n=0:60;m=zeros(61);plot(n,m);xlabel(”n”);ylabel(”x(n)”););A=[0.090362*0.090360.09036];B1=[1-1.26860.7051];B2=[1-1.01060.3583];B3=[1-0.90440.2155];[H1,w]=freqz(A,B1,100);[H2,w]=freqz(A,B2,100);[H3,w]=freqz(A,B3,100);H4=H1.*(H2);