第一篇：數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一

序列的傅立葉變換

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.進(jìn)一步加深理解DFS,DFT算法的原理;2.研究補(bǔ)零問(wèn)題;3.快速傅立葉變換（FFT）的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

1.復(fù)習(xí)DFS和DFT的定義，性質(zhì)和應(yīng)用；

2熟悉MATLAB語(yǔ)言的命令窗口、編程窗口和圖形窗口的使用；3利用提供的程序例子編寫實(shí)驗(yàn)用程序；4.按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；5.寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將程序附在后面。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.周期方波序列的頻譜

試畫出下面四種情況下的的幅度頻譜, 并分析補(bǔ)零后，對(duì)信號(hào)頻譜的影響。

x(n)?cos(0.48?n)?cos(0.52?n)2.有限長(zhǎng)序列x(n)的DFT（1）取x(n)(n=0:10)時(shí)，畫出x(n)的頻譜X(k)的幅度；（2）將（1）中的x(n)以補(bǔ)零的方式，使x(n)加長(zhǎng)到(n:0~100)時(shí)，畫出x(n)的頻譜X(k)的幅度；

（3）取x(n)(n:0~100)時(shí)，畫出x(n)的頻譜X(k)的幅度。利用FFT進(jìn)行譜分析x(t)?2sin(4?t)?5cos(8?t)3.已知：模擬信號(hào)

以t=0.01n(n=0:N-1)進(jìn)行采樣，求N點(diǎn)DFT的幅值譜。請(qǐng)分別畫出N=45;N=50;N=55;N=60時(shí)的幅值曲線。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1.周期方波序列的頻譜分析 首先定義一個(gè)功能函數(shù)dfs function[Xk]=dfs(xn,N)n=[0:1:N-1];k=[0:1:N-1];WN=exp(-j*2*pi/N);nk=n'*k;WNnk=WN.^nk;Xk=xn*WNnk;(1)L=5，N=20;%題1.(1)L=5;N=20;%對(duì)于（2），（3），（4）問(wèn)，只要修改L,N的數(shù)值就好。n=1:N;xn=[ones(1,L),zeros(1,N-L)];Xk=dfs(xn,N);magXk=abs([Xk(N/2+1:N)Xk(1:N/2+1)]);k=[-N/2:N/2];figure(1)subplot(2,1,1);stem(n,xn);xlabel('n');ylabel('xtide(n)');title('DFS of SQ.wave:L=5,N=20');subplot(2,1,2);stem(k,magXk);axis([-N/2,N/2,0,16]);xlabel('k');ylabel('Xtide(k)');

(2)L=5，N=40;

(3).L=5，N=60

（4）L=7，N=60;

結(jié)果分析：雖然周期序列不存在FT,但是一個(gè)周期序列可以利用其DFS系數(shù)X(k)表示它的頻譜分布規(guī)律，從以上各頻譜圖可以看出，隨著補(bǔ)零點(diǎn)數(shù)的增加，周期序列的諧波次數(shù)越來(lái)越多，其頻譜的包絡(luò)線越來(lái)越平滑連續(xù)，更能反映幅度值隨時(shí)間的變化。

2.有限長(zhǎng)序列的DFT（1）

%題2-(1)n=0:10;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);N=11;Xk=fft(xn,N);

%序列x(n)的N點(diǎn)DFT k=0:N-1;wk=2*k/N;

subplot(1,1,1);stem(wk,abs(Xk),'.');title('頻譜X(K)的幅度');xlabel('ω/π');ylabel('幅度');

（2）%題2-2 M=10;N=100;n=1:M;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);n1=[0:1:N-1];y1=[xn(1:1:M),zeros(1,N-M)];figure(1)subplot(2,1,1);stem(n1,y1);xlabel('n');ylabel('x(n)');title('序列x(n),0<=n<=100');axis([0,N,-2.5,2.5]);Y1=fft(y1);magY1=abs(Y1(1:1:N/2+1));k1=0:1:N/2;w1=2*pi/N*k1;subplot(2,1,2);title('x(n)的幅頻特性曲線');stem(w1/pi,magY1);axis([0,1,0,60]);xlabel('omega/pi');ylabel('|X(K)|');

（3）

%Example2-3 M=10;N=100;n=0:M;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);n1=[0:1:N-1];y1=[xn(1:1:M),zeros(1,N-M)];figure(1)subplot(2,2,1);stem(n1,y1);xlabel('n');ylabel('x(n)');title('序列x(n),0<=n<=100');axis([0,N,-2.5,2.5]);YK=fft(y1);Y=abs(Y1(1:1:N/2+1));k1=0:1:N/2;w1=2*pi/N*k1;subplot(2,2,3);stem(w1/pi,Y);title('x(n)的幅頻特性曲線');axis([0,1,0,60]);xlabel('omega/pi');ylabel('|X(K)|');subplot(2,2,4);plot(angle(Y1));title('x(n)的相頻特性曲線');xlabel('omega/pi');ylabel('phi(omega)');

結(jié)果分析：由上述仿真圖可得，隨著n取值范圍的增大，其頻譜在[0，2π]上的采樣間隔越來(lái)越小，采樣點(diǎn)越來(lái)越多。采樣點(diǎn)越多，其DFS頻譜越接近FT的頻譜。其相頻特性曲線呈現(xiàn)周期性變化。

3．問(wèn)題三 %題3 %N=45 figure(1)subplot(2,2,1)N=45;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y))stem(q,abs(y))title('DFT N=45')%N=50 subplot(2,2,2)N=50;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y))stem(q,abs(y))title('DFT N=50')%N=55 subplot(2,2,3)N=55;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y))stem(q,abs(y))title('DFT N=55')%N=60 subplot(2,2,4)N=60;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y))stem(q,abs(y))title('DFT N=60')

結(jié)果分析：由上述仿真圖可得，隨著N取值的增大，其頻譜在[0，2π]上的采樣間隔越來(lái)越小，采樣點(diǎn)越來(lái)越多。采樣點(diǎn)越多，其DFS頻譜越接近FT的頻譜，幅值曲線越來(lái)越清晰，更能準(zhǔn)確反應(yīng)幅值隨時(shí)間的變化規(guī)律。

五、心得體會(huì)

對(duì)于周期序列的離散傅里葉變換，通過(guò)matlab的模擬，可以更好的了解掌握序列采樣間隔對(duì)其采樣頻譜的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)如何使用matlab程序語(yǔ)言解決問(wèn)題，是很有價(jià)值的。讓我對(duì)matlab的使用更為熟練。

實(shí)驗(yàn)二 用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的原理與方法； 2． 掌握數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)仿真方法；

3、通過(guò)觀察對(duì)實(shí)際心電圖的濾波作用，獲得數(shù)字濾波器的感性知識(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.用雙線性變換法設(shè)計(jì)一個(gè)巴特沃斯低通IIR濾波器，設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)為：在通帶內(nèi)頻率低于0.2π時(shí)，最大衰減小于1dB；在阻帶內(nèi)[0.3π,π]頻率區(qū)間上，最小衰減大于15dB 2．以0.2π為采樣間隔，打印出數(shù)字濾波器在頻率區(qū) 間[0, 0.2π]上的幅值響應(yīng)曲線。

3．用所設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)實(shí)際的心電圖信號(hào)采樣序列

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];）進(jìn)行仿真濾波處理，并分別打印出濾波前后的心電圖信號(hào)波形圖，觀察總結(jié)濾波作用與效果。三．實(shí)驗(yàn)步驟

1．復(fù)習(xí)有關(guān)巴特沃斯模擬濾波器設(shè)計(jì)和雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR濾波器的內(nèi)容 2．參考例子程序用MATLAB語(yǔ)言編寫仿真實(shí)驗(yàn)用程序； 3．在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行仿真程序

4．寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并回答思考題。四．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1．巴特沃斯低通IIR濾波器的設(shè)計(jì)

由題可得，數(shù)字低通技術(shù)指標(biāo)為

wp=0.2πrad, αp=1dB,ws=0.3πrad, αs=15dB 若T=1s，預(yù)畸變校正計(jì)算相應(yīng)的模擬低通的技術(shù)指標(biāo)為 Ωp=1dB，Ωs=15dB 通過(guò)計(jì)算可得階數(shù)N=5.3056，向上取整的N=6.Ωc=0.7663rad/s,這樣保證阻帶技術(shù)指標(biāo)滿足要求，通帶指標(biāo)有富余。

以下是通過(guò)matlab實(shí)現(xiàn)的巴特沃斯低通IIR濾波器的設(shè)計(jì) %1 T=1;Fs=1/T;wpz=0.2;wsz=0.3;wp=2*tan(wpz*pi/2);ws=2*tan(wsz*pi/2);rp=1;rs=15;%預(yù)畸變校正轉(zhuǎn)換指標(biāo) [N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');%設(shè)計(jì)過(guò)渡模擬濾波器 [B,A]=butter(N,wc,'s');[Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs);%用雙線性變換法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器 fk=0:1/512:1;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B,A,wk);figure(1);subplot(2,1,1);plot(fk,20*log10(abs(Hk)));grid on;title('模擬濾波器幅值響應(yīng)曲線');xlabel('omega/pi');ylabel('幅度(dB)');axis([0,1,-100,5]);[Nd,wdc]=buttord(wpz,wsz,rp,rs);%調(diào)用buttord和butter直接設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器

[Bz,Az]=butter(N,wdc);wk=0:pi/512:pi;Hz=freqz(Bz,Az,wk);subplot(2,1,2);plot(wk/pi,20*log10(abs(Hz)));grid on;title('數(shù)字濾波器幅值響應(yīng)曲線');xlabel('omega/pi');ylabel('幅度(dB)');axis([0,1,-100,5]);

2．以0.2π為采樣間隔，打印出數(shù)字濾波器在頻率區(qū) 間[0, 0.2π]上的幅值響應(yīng)曲線。

在第一問(wèn)的基礎(chǔ)上加上下面的程序 %2 figure(2);freqz(Bz,Az,[0:0.02*pi:0.2*pi])

3．在第一問(wèn)程序的基礎(chǔ)上加上如下程序即可

figure(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];subplot(2,2,1);n=0:55;stem(n,x,'.');title('x（n）的脈沖響應(yīng)');xlabel('n');ylabel('x(n)');A=0.09036;b1=[A,2*A,A];a1=[1,-1.2686,0.7051];h1=filter(b1,a1,x);[H1,w]=freqz(b1,a1,100);b2=[A,2*A,A];a2=[1,-1.0106,0.3583];h2=filter(b2,a2,h1);[H2,w]=freqz(b2,a2,100);b3=[A,2*A,A];a3=[1,-0.9044,0.2155];h3=filter(b3,a3,h2);[H3,w]=freqz(b3,a3,100);subplot(2,2,2);stem(n,h3,'.');xlabel('n');ylabel('y(n)');title('通過(guò)濾波器H1(z),H2(z),H3(z)后的y3(n)函數(shù)');subplot(2,2,3);H4=H1.*(H2);H=H4.*(H3);mag=abs(H);db=20*log10((mag+eps)/max(mag));plot(w/pi,db);xlabel('ω/π');ylabel('20log[Ha3(ejw)]');title('通過(guò)濾波器H1(z),H2(z),H3(z)后的對(duì)數(shù)頻率響應(yīng)20log[Ha3(ejw)]函數(shù)');grid;figure(4);N=1024;n=0:N/2-1;Xk=fft(x,N);AXk=abs(Xk(1:N/2));f=(0:N/2-1)*Fs/N;f=f/Fs;subplot(211);plot(f,AXk);title('x(n)的頻譜');xlabel('f');ylabel('| X(k)|');axis([0,0.5,0,400]);

五、思考題

用雙線性變換設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的過(guò)程中,下面變換公式的T值的取值，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果是否有影響？為什么？

21?z?1s? T1?z?1

雖然采用雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器不會(huì)產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，T得取值可以任選。雙線性變換法具有非線性，T小一些，非線性的影響也就少一些。

六、心得體會(huì)

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)會(huì)了如何使用matlab語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于其數(shù)字低通技術(shù)指標(biāo)的就算有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)體會(huì)。

在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，面對(duì)種種困難，但是卻在解決困難的過(guò)程中收獲了很多。是一個(gè)很有意義的經(jīng)歷。

實(shí)驗(yàn)三

用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的原理和方法。2.熟悉線性相位FIR數(shù)字濾波器特性。3.了解各種窗函數(shù)對(duì)濾波特性的影響。二．實(shí)驗(yàn)原理

如果所希望的濾波器的理想頻率響應(yīng)函數(shù)為 Hd(e jω)，則其對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為

用窗函數(shù)w(n)將hd(n)截?cái)?，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到:

h(n)就作為實(shí)際設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)序列，其頻率響應(yīng)函數(shù)H()為

如果要求線性相位特性，則h(n)還必須滿足:

根據(jù)上式中的正、負(fù)號(hào)和長(zhǎng)度N的奇偶性又將線性相位FIR濾波器分成四類。要根據(jù)所設(shè)計(jì)的濾波特性正確選擇其中一類。例如，要設(shè)計(jì)線性相位低通特性，可選擇h(n)=h(N-1-n)一類，而不能選h(n)=-h(N-1-n)一類。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.用MATLAB產(chǎn)生各種窗函數(shù)

%窗函數(shù)

subplot(4,2,1)m=200;a=boxcar(m);%矩形窗 m=1:200;plot(m,a)title('矩形窗');subplot(4,2,2)m=200;b=bartlett(m)%三角窗 m=1:200;plot(m,b)title(' 三角窗');subplot(4,2,3)m=200;c=hanning(m);%漢寧窗 m=1:200;plot(m,c)title('漢寧窗');subplot(4,2,4)m=200;d=hamming(m);%哈明窗 m=1:200;title(' 哈明窗');plot(m,d)subplot(4,2,5)m=200;e=blackman(m);%布萊克曼窗 m=1:200;plot(m,e)title('布萊克曼窗');subplot(4,2,6)m=200;f=kaiser(m,7.865);% 凱塞窗 m=1:200;plot(m,f)title(' 凱塞窗');subplot(4,2,7)plot(m,a,'r*',m,b,'g+',m,c,'y*',m,d,'b.',m,e,'y.',m,f,'k.')title(' 各種窗函數(shù)');

2.利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器

設(shè)計(jì)具有下列指標(biāo)?p=0.25?,Rp=0.25dB，?s=0.3?,Rp=50dB的低通數(shù)字濾波器。

由已知條件Rp=50dB，通過(guò)計(jì)算可知應(yīng)該選擇哈明窗，哈明窗的Rps=53dB，選擇窗函數(shù)時(shí)應(yīng)該選擇Rps>=50的，因而選擇離50dB的哈明窗。

通過(guò)Bt=6.6π/N,Bt=ws-wp得到階數(shù)N。

以下是利用matlab來(lái)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計(jì)。

%窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 wp=pi*0.25;ws=pi*0.3;%Rs=50dB,所以選擇哈明窗 DB=ws-wp;%計(jì)算過(guò)渡帶寬度 N=ceil(6.6*pi/DB);%計(jì)算哈明窗所需長(zhǎng)度N wc=(wp+ws)/2/pi;%計(jì)算理想低通濾波器通帶截止頻率(關(guān)于π歸一化）hn=fir1(N,wc);%調(diào)用fir1計(jì)算低通數(shù)字濾波器 %以下是繪圖部分 figure(2)M=1024;hk=fft(hn,M);n=0:N;subplot(1,2,1);stem(n,hn,'.');%繪制序列h(n)xlabel('n');ylabel('h(n)');title('數(shù)字濾波器h(n)');k=1:M/2;w=2*(0:M/2-1)/M;subplot(1,2,2);plot(w,20*log10(abs(hk(k))));%繪制損耗函數(shù)曲線

axis([0,1,-80,5]);xlabel('ω/π');ylabel('20lg|Hg(ω)|');title('h(n)的損耗函數(shù)曲線');grid on;

結(jié)果分析：根據(jù)損耗函數(shù)可得，利用哈明窗實(shí)現(xiàn)了題目所要求的FIR低通濾波器。滿足?p=0.25?,Rp=0.25dB，?s=0.3?,Rp=50dB。因而選擇哈明窗可以很好的滿足所需要求。

四、心得體會(huì)

本次實(shí)驗(yàn)是使用窗函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)FIR濾波器，在MATLAB中只需要將給定的參數(shù)輸入到函數(shù)中即可馬上得到處結(jié)果。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)使用MATLAB快速設(shè)計(jì)濾波器的流程更為熟練，同時(shí)，也由衷地感嘆MATLAB的功能強(qiáng)大之處，它讓我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)能節(jié)約大量的時(shí)間。

根據(jù)輸入的參數(shù)以及結(jié)果，使我對(duì)課本上的設(shè)計(jì)濾波器的知識(shí)更為了解。更加鞏固了理論知識(shí)。

第二篇：數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

南京郵電大學(xué)

實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告

實(shí)驗(yàn)名稱_____熟悉MATLAB環(huán)境 ___ 快速傅里葉變換及其應(yīng)用 ____IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)_ FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

課程名稱 數(shù)字信號(hào)處理A

班級(jí)學(xué)號(hào)_______09002111___________ 姓 名 王都超

開(kāi)課時(shí)間 2011/2012學(xué)年，第 二 學(xué)期

實(shí)驗(yàn)一

熟悉MATLAB環(huán)境

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）熟悉MATLAB的主要操作命令。（2）學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的矩陣輸入和數(shù)據(jù)讀寫。（3）掌握簡(jiǎn)單的繪圖命令。

（4）用MATLAB編程并學(xué)會(huì)創(chuàng)建函數(shù)。（5）觀察離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)數(shù)組的加、減、乘、除和乘方運(yùn)算。輸入A=[1 2 3 4]，B=[3,4,5,6]，求

C=A+B，D=A-B，E=A.*B,F=A./B,G=A.^B。并用stem語(yǔ)句畫出A、B、C、D、E、F、G。

D =

-2 E =

F =

0.3333

0.5000

0.6000

0.6667 G =

243

4096(2)用MATLAB實(shí)現(xiàn)下列序列： a)x(n)?0.8n 0?n?1

5n=0:1:15;x1=0.8.^n;a=(0.2+3*i)*n;stem(x1)b)x(n)?e(0.2?3j)n 0?n?15

n=0:1:15;x2=exp(a);a=(0.2+3*i)*n;stem(x2)

c)x(n)?3cos(0.125?n?0.2?)?2sin(0.25?n?0.1?)

0?n?15

(4)繪出下列時(shí)間函數(shù)的圖形，對(duì)x軸、y軸以及圖形上方均須加上適當(dāng)?shù)臉?biāo)注： a)x(t)?sin(2?t)0?t?10s

b)x(t)?cos(100?t)sin(?t)0?t?4s t=0:0.01:4;x=cos(100*pi*t).*sin(pi*t);plot(t,x, 'r-');xlabel('t'),ylabel('x(t)'),title('cos')

(6)給定一因果系統(tǒng)H(z)?(1?頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。

2z?1?z?2)/(1?0.67z?1?0.9z?2)，求出并繪制H(z)的幅

(7)計(jì)算序列{8-2-1 2 3}和序列{2 3-1-3}的離散卷積，并作圖表示卷積結(jié)果。

(8)求以下差分方程所描述系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)h(n), 0?n?50

y(n)?0.1y(n?1)?0.06y(n?2)?x(n)?2x(n?1)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果（含實(shí)驗(yàn)程序、運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形）； clear all;N=50;a=[1-2];b=[1 0.1-0.06];x1=[1 zeros(1,N-1)];n=0:1:N-1;h=filter(a,b,x1);stem(n,h)axis([-1 53-2.5 1.2])

實(shí)驗(yàn)二

快速傅里葉變換及其應(yīng)用

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)FFT的理解，熟悉MATLAB中的有關(guān)函數(shù)。(2)應(yīng)用FFT對(duì)典型信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。

(3)了解應(yīng)用FFT進(jìn)行信號(hào)頻譜分析過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以便在實(shí)際中正確應(yīng)用FFT。(4)應(yīng)用FFT實(shí)現(xiàn)序列的線性卷積和相關(guān)。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)中用到的信號(hào)序列 a)高斯序列

??(n?p)q?xa(n)??e?0?20?n?15 其他

b)衰減正弦序列

?e?ansin(2?fn)xb(n)??0?0?n?15其他

c)三角波序列 ?n?xc(n)??8?n?0?0?n?34?n?7 其他

d)反三角波序列

?4?n?xd(n)??n?4?0?0?n?34?n?7 其他

(1)觀察高斯序列的時(shí)域和幅頻特性，固定信號(hào)xa(n)中參數(shù)p=8，改變q的值，使q分別等于2，4，8，觀察它們的時(shí)域和幅頻特性，了解當(dāng)q取不同值時(shí)，對(duì)信號(hào)序列的時(shí)域幅頻特性的影響；固定q=8，改變p，使p分別等于8，13，14，觀察參數(shù)p變化對(duì)信號(hào)序列的時(shí)域及幅頻特性的影響，觀察p等于多少時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的泄漏現(xiàn)象，混疊是否也隨之出現(xiàn)？記錄實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，繪出相應(yīng)的時(shí)域序列和幅頻特性曲線。

(3)觀察三角波和反三角波序列的時(shí)域和幅頻特性，用N=8點(diǎn)FFT分析信號(hào)序列xc(n)和觀察兩者的序列形狀和頻譜曲線有什么異同？繪出兩序列及其幅頻特性xd(n)的幅頻特性，曲線。

在xc(n)和xd(n)末尾補(bǔ)零，用N=32點(diǎn)FFT分析這兩個(gè)信號(hào)的幅頻特性，觀察幅頻特性發(fā)生了什么變化？?jī)煞N情況的FFT頻譜還有相同之處嗎？這些變化說(shuō)明了什么？

(5)用FFT分別實(shí)現(xiàn)xa(n)（p＝8，q＝2）和xb(n)（a＝0.1，f＝0.0625）的16點(diǎn)循環(huán)卷積和線性卷積。

n=0:15;p=8;q=2;

xa=exp(-(n-p).^2/q);subplot(2,3,1);stem(n,xa,'.');title('xa波形');

Xa=fft(xa,16);subplot(2,3,4);stem(abs(Xa),'.');

title('Xa(k)=FFT[xa(n)]的波形 ');A=1;f=0.0625;a=0.1;

xb=exp(-a*n).*sin(2*pi*f*n);subplot(2,3,2);stem(n,xb,'.');title('xb波形');Xb=fft(xb,16);subplot(2,3,5);stem(abs(Xb),'.');

title('Xb(k)=FFT[xb(n)]的波形 ');

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果（含實(shí)驗(yàn)程序、運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形）；

實(shí)驗(yàn)三 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)掌握雙線性變換法及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)方法及其原理，熟悉用雙線性變換法及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)低通、高通和帶通IIR數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)編程。

(2)觀察雙線性變換及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器的頻域特性，了解雙線性變換法及脈沖響應(yīng)不變法的特點(diǎn)。

(3)熟悉巴特沃思濾波器、切比雪夫?yàn)V波器和橢圓濾波器的頻率特性。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）P162 例4.4 設(shè)采樣周期T=250?s(采樣頻率fs=4kHz)，分別用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)一個(gè)三階巴特沃思低通濾波器，其3dB邊界頻率為fc=1kHz。

脈沖響應(yīng)不變法： fc=1000;fs=4000;OmegaC=2*pi*fc;[B,A]=butter(3, OmegaC,'s');[num1,den1]=impinvar(B,A,fs);[h1,w]=freqz(num1,den1);f = w/pi*fs/2;plot(f,abs(h1));

雙線性變換法： fc=1000;fs=4000;

OmegaC=2*fs*tan(pi*fc/fs);[B,A]=butter(3, OmegaC,'s');[num2,den2]=bilinear(B,A,fs);[h2,w]=freqz(num2,den2);f = w/pi*fs/2;plot(f,abs(h2));

同一圖中畫兩條曲線： fc=1000;fs=4000;OmegaC=2*pi*fc;[B,A]=butter(3, OmegaC,'s');[num1,den1]=impinvar(B,A,fs);[h1,w]=freqz(num1,den1);f = w/pi*fs/2;

OmegaC=2*fs*tan(pi*fc/fs);[B,A]=butter(3, OmegaC,'s');[num2,den2]=bilinear(B,A,fs);[h2,w]=freqz(num2,den2);f = w/pi*fs/2;plot(f,abs(h1),'r-.');hold on;plot(f,abs(h2),'g-');

(選做)(2)fc=0.2kHz,?=1dB,fr=0.3kHz,At=25dB,T=1ms；分別用脈沖響應(yīng)不變法及雙線性變換法設(shè)計(jì)一巴特沃思數(shù)字低通濾波器，觀察所設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線，記錄帶寬和衰減量，檢查是否滿足要求。比較這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果（含實(shí)驗(yàn)程序、運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形）；

實(shí)驗(yàn)四

FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)掌握用窗函數(shù)法，頻率采樣法及優(yōu)化設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的原理及方法，熟悉相應(yīng)的計(jì)算機(jī)編程；

(2)熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性；

(3)了解各種不同窗函數(shù)對(duì)濾波器性能的影響。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)生成一個(gè)長(zhǎng)度為20的矩形窗，畫出其時(shí)域和幅頻特性曲線。n=0:1:19;N=20;win(1:20)=1;[H,w]=freqz(win,1);subplot(2,1,1);stem(n,win)subplot(2,1,2);plot(w,abs(H));

(2)用矩形窗設(shè)計(jì)一個(gè)21階的線性相位低通FIR數(shù)字濾波器，截止頻率Wc＝0.25π，求出濾波器系數(shù)，并繪出濾波器的幅頻特性。修改程序，分別得到階次為N＝41，61的濾波器，并顯示其各自的幅頻曲線。

a)在上面所得的幾幅圖中，在截止頻率兩邊可以觀察到幅頻響應(yīng)的擺動(dòng)行為。請(qǐng)問(wèn)波紋的數(shù)量與濾波器脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度之間有什么關(guān)系？

b)最大波紋的高度與濾波器脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度之間有什么關(guān)系？

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果（含實(shí)驗(yàn)程序、運(yùn)行的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形）； 21階的線性相位低通FIR數(shù)字濾波器： Wc=0.25*pi;N=21;M=(N-1)/2;

%位移量

for n=0:(N-1)

if(n== fix(M))

%中間的點(diǎn)單獨(dú)算

hd(n+1)=Wc/pi;

else

hd(n+1)=sin(Wc*(n-M))/(pi*(n-M));end;end;win=boxcar(N);%%%不同窗函數(shù)

h=hd.*win';[H,w]=freqz(h,1);n=0:1:N-1;subplot(3,1,1);stem(n,h)subplot(3,1,2);plot(w,abs(H));subplot(3,1,3);plot(w,angle(H));

41階的線性相位低通FIR數(shù)字濾波器： Wc=0.25*pi;N=41;M=(N-1)/2;

%位移量

for n=0:(N-1)

if(n== fix(M))

%中間的點(diǎn)單獨(dú)算

hd(n+1)=Wc/pi;

else

hd(n+1)=sin(Wc*(n-M))/(pi*(n-M));end;end;win=boxcar(N);%%%不同窗函數(shù)

h=hd.*win';[H,w]=freqz(h,1);n=0:1:N-1;subplot(3,1,1);stem(n,h)subplot(3,1,2);plot(w,abs(H));subplot(3,1,3);plot(w,angle(H));

61階的線性相位低通FIR數(shù)字濾波器： Wc=0.25*pi;N=61;M=(N-1)/2;

%位移量

for n=0:(N-1)

if(n== fix(M))

%中間的點(diǎn)單獨(dú)算

hd(n+1)=Wc/pi;

else

hd(n+1)=sin(Wc*(n-M))/(pi*(n-M));end;end;win=boxcar(N);%%%不同窗函數(shù)

h=hd.*win';[H,w]=freqz(h,1);n=0:1:N-1;subplot(3,1,1);stem(n,h)subplot(3,1,2);plot(w,abs(H));subplot(3,1,3);plot(w,angle(H));

數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)小結(jié)及心得體會(huì)：

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)MATLAB語(yǔ)言有了一定的認(rèn)識(shí)，雖然還不能完全用MATLAB獨(dú)立編寫程序，但對(duì)這種語(yǔ)言環(huán)境有了新的了解。我知道了一般的加減乘除在MATLAB中不同的意義。知道輸入、輸出語(yǔ)句怎么形成。通過(guò)快速傅里葉變換及其應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，加深了我對(duì)FFT的理解，還有對(duì)各典型信號(hào)的頻譜分析，改變參數(shù)后時(shí)域和幅頻特性的變化。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)讓我知道了巴特沃思濾波器和切比雪夫?yàn)V波器的頻率特性，還有雙線性變換及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器的頻率特性。做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候程序有點(diǎn)困難，很多細(xì)節(jié)問(wèn)題不能考慮清楚，導(dǎo)致圖形出不來(lái)。FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)出來(lái)的是三種窗的圖形，通過(guò)三種窗的比較，我了解了他們各自的特點(diǎn)，幅頻和相頻特性。我在這次實(shí)驗(yàn)中的收獲很大，接觸了很多新的知識(shí)，但在實(shí)驗(yàn)寫程序時(shí)，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多不足。很多程序?qū)懖煌耆?。這是自己今后要加強(qiáng)的地方。

第三篇：數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

JIANGSU

UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)院名稱： 電氣信息工程學(xué)院

專 業(yè)：

班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 張維璽（教授）

2013年12月20日

實(shí)驗(yàn)一 離散時(shí)間信號(hào)的產(chǎn)生

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的信號(hào)都是以離散時(shí)間形態(tài)存在的，所以對(duì)離散時(shí)間信號(hào)的研究是數(shù)字信號(hào)的基本所在。而要研究離散時(shí)間信號(hào)，首先需要產(chǎn)生出各種離散時(shí)間信號(hào)。使用MATLAB軟件可以很方便地產(chǎn)生各種常見(jiàn)的離散時(shí)間信號(hào)，而且它還具有強(qiáng)大繪圖功能，便于用戶直觀地處理輸出結(jié)果。

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何用MATLAB產(chǎn)生一些常見(jiàn)的離散時(shí)間信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的卷積運(yùn)算，并通過(guò)MATLAB中的繪圖工具對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行觀察，加深對(duì)常用離散信號(hào)和信號(hào)卷積和運(yùn)算的理解。

二、實(shí)驗(yàn)原理

離散時(shí)間信號(hào)是指在離散時(shí)刻才有定義的信號(hào)，簡(jiǎn)稱離散信號(hào)，或者序列。離散序列通常用x（n）來(lái)表示，自變量必須是整數(shù)。常見(jiàn)的離散信號(hào)如下：（1）單位沖激序列δ（n）

如果δ（n）在時(shí)間軸上延遲了k個(gè)單位，得到δ（n-k），即長(zhǎng)度為N的單位沖激序列δ（n）可以通過(guò)下面的MATLAB命令獲得。

n=-（N-1）：N-1 x=[zeros(1,N-1)1 zeros(1,N-1)]； stem(n,x)延遲K個(gè)采樣點(diǎn)的長(zhǎng)度為N的單位沖激序列δ（n-k）（k

n=0：N-1 y=[zeros(1,M)1 zeros(1,N-M-1)]； stem（n，y）

（2）單位階躍序列u（n）

如果u（n）在時(shí)間軸上延遲了k個(gè)單位，得到u（n-k），即長(zhǎng)度為N的單位階躍序列u（n）可以通過(guò)下面的MATLAB命令獲得。

n=-（N-1）：N-1 x=[zeros(1,N-1)ones(1,N)]； stem(n,x)延遲的單位階躍序列可以使用類似于單位沖激序列的方法獲得。（3）矩形序列

矩形序列有一個(gè)重要的參數(shù)，就是序列的寬度N。矩形序列與u（n）之間的關(guān)系為矩形序列等= u（n）— u（n-N）。

因此，用MATLAB表示矩形序列可利用上面的單位階躍序列組合而成。（4）正弦序列x（n）

這里，正弦序列的參數(shù)都是實(shí)數(shù)。與連續(xù)的正弦信號(hào)不同，正弦序列的自變量n必須為整數(shù)。可以證明，只有當(dāng)2π/w為有理數(shù)時(shí)，正弦序列具有周期性。

長(zhǎng)度為N的正弦序列x（n）可以通過(guò)下面的MATLAB命令獲得。n=0：N-1 x=A*cos（2*pi*f*n/Fs+phase）（5）單邊實(shí)指數(shù)序列x（n）

長(zhǎng)度為N的實(shí)指數(shù)序列x（n）可以通過(guò)下面的MATLAB命令實(shí)現(xiàn)。n=0：N-1 x=a.^n stem(n,x)單邊指數(shù)序列n的取值范圍為n>=0。當(dāng)|a|>1時(shí)，單邊指數(shù)序列發(fā)散；當(dāng)|a|<1時(shí)，單邊指數(shù)序列收斂。當(dāng)a>0時(shí)，該序列均取正值；當(dāng)a<0時(shí)，序列在正負(fù)擺動(dòng)。

（6）負(fù)指數(shù)序列x（n）

當(dāng)a=0時(shí)，得到虛指數(shù)序列x（n）。

與連續(xù)負(fù)指數(shù)信號(hào)一樣，我們將負(fù)指數(shù)序列實(shí)部和虛部的波形分開(kāi)討論，得到如下結(jié)論：

1）當(dāng)a>0時(shí)，負(fù)指數(shù)序列x（n）的實(shí)部和虛部分別是按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的正弦振蕩序列；

2)當(dāng)a<0時(shí)，負(fù)指數(shù)序列x（n）的實(shí)部和虛部分別是按指數(shù)規(guī)律衰減的正弦振蕩序列；

3)當(dāng)a=0時(shí)，負(fù)指數(shù)序列x（n）即為虛指數(shù)序列，其實(shí)部和虛部分別是等幅的正弦振蕩序列；

長(zhǎng)度為N的實(shí)指數(shù)序列x（n）可以通過(guò)下面的MATLAB命令實(shí)現(xiàn)。n=0：N-1 x=exp（（a.+j*w）*n）stem(n,real(x))或

stem(n,imag(x))

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析

?1n?01、編制程序產(chǎn)生單位沖激序列??n???“?并繪出其圖及??n?”學(xué)號(hào)后兩位0n?0?形。程序:(1)N=4;

n=-(N-1):N-1;

x=[zeros(1,N-1)1 zeros(1,N-1)];stem(n,x);

title('單位沖激序列');

grid on;

(2)N=6;

M=1;%學(xué)號(hào)01 n=-(N-1):N-1;

y=[zeros(1,N-M+1)1 zeros(1,N-M-1)];stem(n,y);

title('單位沖激序列');grid on;

分析:在上圖的基礎(chǔ)上向右平移了1個(gè)單位。

?1n?02、編制程序產(chǎn)生單位階躍序列u?n???、u?n?“學(xué)號(hào)后兩位”?及

0n?0?u?n??u?n?“學(xué)號(hào)后兩位”?，并繪出其圖形。程序: 4

(1)N=5;

n=-(N-1):N-1;

x=[zeros(1,N-1)ones(1,N)];stem(n,x);

title('單位階躍序列');grid on;

(2)N=6;

M=1;%學(xué)號(hào)01 n=-(N-1):N-1;

x=[zeros(1,N-M+1)ones(1,N-M)];stem(n,x);

title('單位階躍序列');grid on;

分析:在上圖的基礎(chǔ)上平移了1個(gè)單位.(3)N=6;

M=1;%學(xué)號(hào)01 n=-(N-1):N-1;

x=[zeros(1,N-1)ones(1,N)];y=[zeros(1,N-M+1)ones(1,N-M)];z=x-y;stem(n,z);

title('單位階躍序列');grid on;

2??

3、編制程序產(chǎn)生正弦序列x?n??cos?2?n?、x?n??cos??n?及

?學(xué)號(hào)后兩位?x?n??sin?2n?并繪出其圖形。

程序:(1)N=5;

A=1;

w=2*pi;phi=0;n=0:0.05:N-1;x=A*cos(w*n+phi);stem(n,x);title('余弦信號(hào)');grid on;

分析:該序列具有周期性,且輸出為余弦信號(hào).(2)N=5;

A=1;

w=2*pi/1;%學(xué)號(hào)01 phi=0;n=0:0.05:N-1;x=A*cos(w*n+phi);stem(n,x);title('余弦信號(hào)');grid on;

;

分析:該序列具有周期性,且輸出為余弦信號(hào).(3)N=5;

A=1;

w=2*pi;phi=0;

n=0:0.05:N-1;x=A*sin(w*n+phi);stem(n,x);title('正弦信號(hào)');grid on;

分析:該序列具有周期性,且輸出為正弦信號(hào).4、編制程序產(chǎn)生復(fù)正弦序列x?n??e(2?j學(xué)號(hào)后兩位）n，并繪出其圖形。N=3;

n=0:0.2:N-1;

w=1;%學(xué)號(hào)01 x=exp((2+j*w)*n);subplot(2,1,1)

stem(n,real(x)),title('實(shí)部');grid on;subplot(2,1,2)

stem(n,imag(x)),title('虛部');grid on;

5、編制程序產(chǎn)生指數(shù)序列x?n??an，并繪出其圖形。其中a=學(xué)號(hào)后兩位、a=1/“學(xué)號(hào)后兩位”。

(1)N=10;

n=0:N-1;

a=1;%學(xué)號(hào)01 x=a.^n;stem(n,x);title('指數(shù)序列');grid on;

(2)N=10;

n=0:N-1;

a=1;%學(xué)號(hào)01 x=a.^(-n);stem(n,x);title('指數(shù)序列');grid on;

實(shí)驗(yàn)三 離散時(shí)間信號(hào)的頻域分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

信號(hào)的頻域分析是信號(hào)處理中一種有效的工具。在離散信號(hào)的頻域分析中，通常將信號(hào)表示成單位采樣序列的線性組合，而在頻域中，將信號(hào)表示成復(fù)變量或的線性組合。通過(guò)這樣的表示，可以將時(shí)域的離散序列映射到頻域以便于進(jìn)一步的處理。

在本實(shí)驗(yàn)中，將學(xué)習(xí)利用MATLAB計(jì)算離散時(shí)間信號(hào)的DTFT和DFT，并加深對(duì)其相互關(guān)系的理解。

二、實(shí)驗(yàn)原理

（１）DTFT和DFT的定義及其相互關(guān)系。

（２）使用到的MATLAB命令有基于DTFT離散時(shí)間信號(hào)分析函數(shù)以及求解序列的DFT函數(shù)。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析

（１）編程計(jì)算并畫出下面DTFT的實(shí)部、虛部、幅度和相位譜。

X(e)?jw0.0518?0.1553e1?1.2828ex(n)?cos?jw?jw?0.1553e?j2w?1.0388e?j2w?0.0518e?j3w?0.3418e?j3w

（２）計(jì)算32點(diǎn)序列

5?n16，0≦n≦31的32點(diǎn)和64點(diǎn)DFT，分別繪出幅度譜圖形，并繪出該序列的DTFT圖形。

３－１

clear;

x=[0.0518,-0.1553,0.1553,0.0518];y=[1,1.2828,1.0388,0.3418];w=[0:500]*pi/500 H=freqz(x,y,w);

magX=abs(H);angX=angle(H);realX=real(H);imagX=imag(H);subplot(221);plot(w/pi,magX);grid;

xlabel('frequency in pi unit');ylabel('magnitude');title('幅度 part');axis([0 0.9 0 1.1]);

subplot(223);plot(w/pi,angX);grid;

xlabel('frequency in pi unit');ylabel('radians');title('相位 part');axis([0 1-3.2 3.2]);

subplot(222);plot(w/pi,realX);grid;

xlabel('frequency in pi unit');ylabel('real part');title('實(shí)部 part');axis([0 1-1 1]);

subplot(224);plot(w/pi,imagX);grid;

xlabel('frequency in pi unit');ylabel('imaginary');title('虛部 part');axis([0 1-1 1.1]);

３－２

N=32;n=0:N-1;

xn=cos(5*pi*n/16);k=0:1:N-1;Xk=fft(xn,N);subplot(2,1,1);stem(n,xn);subplot(2,1,2);stem(k,abs(Xk));title('32點(diǎn)');figure N=64;n=0:N-1;

xn=cos(5*pi*n/16);k=0:1:N-1;Xk=fft(xn,N);subplot(2,1,1);stem(n,xn);subplot(2,1,2);stem(k,abs(Xk));title('64點(diǎn)');

（１）

（２）

實(shí)驗(yàn)四 離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的Z域分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用MATLAB函數(shù)對(duì)離散時(shí)間系統(tǒng)的一些特性進(jìn)行仿真分析，以加深對(duì)離散時(shí)間系統(tǒng)的零極點(diǎn)、穩(wěn)定性，頻率響應(yīng)等概念的理解。學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB分析離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)；學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB分析系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布與其時(shí)域特性的關(guān)系；學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB進(jìn)行離散時(shí)間系統(tǒng)的頻率特性分析。

二、實(shí)驗(yàn)原理

離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)定義為系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的Z變化與激勵(lì)的Z變化之比。

在MATLAB中系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)可通過(guò)函數(shù)roots得到，也可借助函數(shù)tf2zp得到，tf2zp的語(yǔ)句格式為

[Z,P,K]=tf2zp(B,A)其中，B與A分別表示H（z）的分子與分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。它的作用是將H（z）的有理分式表示式轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)增益形式。

若要獲得系統(tǒng)函數(shù)H（z）的零極點(diǎn)分布圖，可直接應(yīng)用zplane函數(shù)，其語(yǔ)句格式為

Zplane（B，A）

其中，B與A分別表示H（z）的分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。它的作用是在z平面上畫出單位圓、零點(diǎn)與極點(diǎn)。

離散系統(tǒng)中z變化建立了時(shí)域函數(shù)h（n）與z域函數(shù)H（z）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，z變化的函數(shù)H（z）從形式可以反映h（n）的部分內(nèi)在性質(zhì)?？筛鶕?jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H（z）求單位沖激響應(yīng)h（n）的函數(shù)impz、filter等。

利用系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，可以分析系統(tǒng)對(duì)各種頻率成分的響應(yīng)特性，并推出系統(tǒng)的特性（高通、低通、帶通、帶阻等）。

MATLAB提供了求離散時(shí)間系統(tǒng)頻響特性的函數(shù)freqz，調(diào)用freqz的格式主要有兩種。一種形式為

[H,w]= reqz(B,A,N)其中，B與A分別表示H（z）分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量；N為正整數(shù)，默認(rèn)值為512；返回值w包含[0，π]范圍內(nèi)的N個(gè)頻率等分點(diǎn)；返回值H則是離散時(shí)間系統(tǒng)頻率響應(yīng)在0~π范圍內(nèi)N個(gè)頻率處的值。另一種形式為

[H，w]= freqz（B，A，N，‘whole’）

與第一種方式不同之處在于角頻率的范圍由[0，π]擴(kuò)展到[0，2π]。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果分析

已知LTI離散時(shí)間系統(tǒng)，要求由鍵盤實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)輸入，并繪出幅頻和相頻響應(yīng)曲線和零極點(diǎn)分布圖，進(jìn)而分析系統(tǒng)的濾波特性和穩(wěn)定性。

（一）程序

b=[0.0528,0.797,0.1295,0.1295,0.797,0.0528];

a=[1,-1.8107,2.4947,-1.8801,0.9537,-0.2336];w=[0:20:500]*pi/500;

x1=0.0528+0.797*exp(-1*j*w)+0.1295*exp(-2*j*w)+0.1295*exp(-3*j*w)+0.797*exp(-4*j*w)+0.0528*exp(-5*j*w);

x2=1-1.8107*exp(-1*j*w)+2.4947*exp(-2*j*w)+1.8801*exp(-3*j*w)+0.9537*exp(-4*j*w)+0.2336*exp(-5*j*w);x22=x2+(x2==0)*eps;x=x1./x22;magx=abs(x);

angx=angle(x).*180/pi;

subplot(2,2,3);zplane(b,a);title('零極點(diǎn)圖');subplot(2,2,2);stem(w/pi,magx);title('幅度部分');ylabel('振幅');subplot(2,2,4);stem(w/pi,angx);

xlabel('以pi為單位的頻率');title('相位部分');ylabel('相位');

（二）波形圖

圖4-1 幅頻、相頻響應(yīng)曲線、零極點(diǎn)分布圖

實(shí)驗(yàn)六 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

從理論上講，任何的線性是不變（LTI）離散時(shí)間系統(tǒng)都可以看做一個(gè)數(shù)字濾波器，因此設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器實(shí)際就是設(shè)計(jì)離散時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)字濾波器你包括IIR（無(wú)限沖激響應(yīng)）和FIR（有限沖激響應(yīng)）型，在設(shè)計(jì)時(shí)通常采用不同的方法。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用MATLAB函數(shù)對(duì)數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)和和實(shí)現(xiàn)，要求掌握IIR數(shù)字巴特沃斯濾波器、數(shù)字切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟；能根據(jù)給定的濾波器指標(biāo)進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)；同時(shí)也加深學(xué)生對(duì)數(shù)字濾波器的常用指標(biāo)和設(shè)計(jì)過(guò)程的理解。

二、實(shí)驗(yàn)原理

在IIR濾波器的設(shè)計(jì)中，常用的方法是：先根據(jù)設(shè)計(jì)要求尋找一個(gè)合適的模擬原型濾波器，然后根據(jù)一定的準(zhǔn)則將此模擬原型濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器。

IIR濾波器的階數(shù)就等于所選的模擬原型濾波器的階數(shù)，所以其階數(shù)確定主要是在模擬原型濾波器中進(jìn)行的。

IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法如下：（1）沖激響應(yīng)不變法。（2）雙線性變化法。

一般來(lái)說(shuō)，在要求時(shí)域沖激響應(yīng)能模仿模擬濾波器的場(chǎng)合，一般使用沖激響應(yīng)不變法。沖激響應(yīng)不變法一個(gè)重要特點(diǎn)是頻率坐標(biāo)的變化是線性的，因此如果模擬濾波器的頻率響應(yīng)帶限于折疊頻率的話，則通過(guò)變換后濾波器的頻率響應(yīng)可不失真地反映原響應(yīng)與頻率的關(guān)系。

與沖激響應(yīng)不變法比較，雙線性變化的主要優(yōu)點(diǎn)是靠頻率的非線性關(guān)系得到s平面與z平面的單值一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，整個(gè)值對(duì)應(yīng)于單位圓一周。所以從模擬傳遞函數(shù)可直接通過(guò)代數(shù)置換得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)。

MATLAB提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，大大簡(jiǎn)化了濾波器的設(shè)計(jì)工程。

（1）butter。

（2）cheby1、cheby2。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析

利用MATLAB編程方法或利用MATLAB中fdatool工具設(shè)計(jì)不同功能的IIR數(shù)字濾波器。

1、基于chebyshev I型模擬濾波器原型使用沖激不變轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，要求參數(shù)為通帶截止頻率?p?0.4?；通帶最大衰減Ap?1dB；阻帶截止頻率?s?0.4?；阻帶最小衰減As?35dB。

程序:

wp=0.2*pi;

%通帶邊界頻率

ws=0.4*pi;

%阻帶截止頻率 rp=1;

%通帶最大衰減 rs=35;

%阻帶最小衰減

Fs=1000;

%?ùéè3é?ù??3?1000hz

[N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs,'s');

[Z,P,K]=cheby1(N,rp,Wn,'s');[H,W]=zp2tf(Z,P,K);

figure(1);freqs(H,W);[P,Q]=freqs(H,W);figure(2);plot(Q*Fs/(2*pi),abs(P));grid on;

xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅度');

2、基于Butterworth型模擬濾波器原型使用雙線性變換方法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的，要求參數(shù)為截止頻率?p?0.4?；通帶最大衰減Ap?1dB；阻帶截止頻率?s?0.25?；阻帶最小衰減AS?40dB。程序: wp=0.4*pi;ws=0.25*pi;rp=1;rs=40;fs=500;ts=1/fs;wp1=wp*ts;ws1=ws*ts;

wp2=2*fs*tan(wp1/2);ws2=2*fs*tan(ws1/2);

[N,Wn]=buttord(wp2,ws2,rp,rs,'s');[Z,P,K]=buttap(N);[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn);[bz,az]=bilinear(b,a,fs);[H,W]=freqz(bz,az);subplot(2,1,1);plot(W/pi,abs(H));grid on;xlabel('頻率')ylabel('幅度')subplot(2,1,2);

plot(W/pi,20*log10(abs(H)));grid on;xlabel('頻率');ylabel('幅度(dB)');

實(shí)驗(yàn)七 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波的原理及其設(shè)計(jì)步驟；熟悉線性相位數(shù)字濾波器的特性。學(xué)習(xí)編寫數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)程序的方法，并能進(jìn)行正確編程；根據(jù)給定的濾波器指標(biāo)，給出設(shè)計(jì)步驟。

二、實(shí)驗(yàn)原理

如果系統(tǒng)的沖激響應(yīng)h（n）為已知，則系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系為

y（n）=x（n）*h（n）

對(duì)于低通濾波器，只要設(shè)計(jì)出低通濾波器的沖激響應(yīng)函數(shù)，就可以由式得到系統(tǒng)的輸出了。

但是將h（n）作為濾波器的脈沖響應(yīng)有兩個(gè)問(wèn)題：一是它是無(wú)限長(zhǎng)的；二是它是非因果的。對(duì)此，采取兩項(xiàng)措施：一是將h（n）截短；二是將其右移。

設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)阻帶的最小衰減和過(guò)渡帶寬度來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)類型和窗口長(zhǎng)度N。常用的窗函數(shù)有矩形窗、海明窗和布萊克曼窗等。

窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器步驟如下：

（1）給定理想頻率響應(yīng)的幅頻特性和相頻特性；

（2）求理想單位脈沖響應(yīng)，在實(shí)際計(jì)算中，可對(duì)理想頻率響應(yīng)采樣。（3）根據(jù)過(guò)渡帶寬度和阻帶最小衰減，確定窗函數(shù)類型和窗口長(zhǎng)度N；（4）求FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)；

（5）分析幅頻特性，若不滿足要求，可適當(dāng)改變窗函數(shù)形式或長(zhǎng)度N，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，以得到滿意的結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析

1、分別用海明窗和布萊克曼窗設(shè)計(jì)一個(gè)48階的FIR帶通濾波器，通帶為Wn??0.450.55?。程序1:海明窗設(shè)計(jì)

N=48;

Window=hamming(N+1);w1=0.45;w2=0.55;ws=[w1,w2];

b=fir1(N,ws/pi,Window);freqz(b,1,512);title('海明窗');grid on;

程序2:萊克曼窗設(shè)計(jì)

N=48;

Window=blackman(N+1);w1=0.45;w2=0.55;ws=[w1,w2];

b=fir1(N,ws/pi,Window);freqz(b,1,512);title('布萊克曼窗');grid on;

2、用矩形窗設(shè)計(jì)一個(gè)線性相位高通濾波器。其中He??jw?e?j????????00.3?????

0???0.3?程序: N=9;

alpha=(N-1)/2;Wc=0.7*pi;n=(0:8);i=n-alpha;i=i+(i==0)*eps;

h=(-1).^n.*sin((i).*Wc)./((i).*pi);%矩形窗函數(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)脈沖響應(yīng) w=(0:1:500)*2*pi/500;

H=h*exp(-j*n'*w);%矩形窗函數(shù)設(shè)計(jì)的頻響 magH=abs(H);% 矩形窗函數(shù)設(shè)計(jì)的振幅 subplot(211);stem(n,h);

axis([0,8,-0.4,0.4]);title('矩形窗設(shè)計(jì)h(n)');line([0,10],[0,0]);xlabel('n');ylabel('h');subplot(212);plot(w/pi,magH);

xlabel('以pi為單位的頻率');ylabel('H振幅');axis([0,2,0,1.7]);title('矩形窗設(shè)計(jì)振幅譜');

實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)：

這次實(shí)驗(yàn)使我進(jìn)一步加深了對(duì)MATLAB軟件的使用。從上次的信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的初步使用到這一次的深入了解，有了更深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)這種語(yǔ)言環(huán)境也有了新的了解。

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我對(duì)數(shù)字濾波器的整個(gè)過(guò)程有了很好的理解和掌握。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)讓我知道了巴特沃思濾波器和切比雪夫?yàn)V波器的頻率特性，還有雙線性變換及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器的頻率特性。做這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候程序有點(diǎn)困難，但經(jīng)過(guò)細(xì)心的改寫圖形最終出來(lái)了。FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)出來(lái)的是兩種窗的圖形，通過(guò)兩種窗的比較，我了解了他們各自的特點(diǎn)，幅頻和相頻特性。

最后，感謝張老師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)！

第四篇：六 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告--IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

懷化學(xué)院數(shù)學(xué)系實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)(1)

指 導(dǎo)老 師： 歐衛(wèi)華

學(xué)

姓

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制定人：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目審批人：

年月日

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼泼}沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR-Butterworth數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)方法及原理。

二、實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.確定數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)：通帶臨界頻率fp、阻帶臨界頻率fs；通帶內(nèi)的最大衰減Ap；阻帶內(nèi)的最小衰減As；采樣周期T；

2.確定相應(yīng)的數(shù)字角頻率，ωp=2πfp；ωr=2πfr；

3.根據(jù)Ωp和Ωs計(jì)算模擬低通原型濾波器的階數(shù)N，并求得低通原型的傳遞函

數(shù)Ha(s)；

4.用上面的脈沖響應(yīng)不變法公式代入Ha(s)，求出所設(shè)計(jì)的傳遞函數(shù)H(z)；

5.分析濾波器特性，檢查其是否滿足指標(biāo)要求。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字Butterworth低通濾波器

(1)、模擬濾波器的最小階數(shù)[N,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');

(2)、設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型，[z,p,k]=buttap(N);

(3)、將零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式，[Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k);

(4)、進(jìn)行頻率變換，[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,wn);

(5)用脈沖相應(yīng)不變法得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)[bz,az]=impinvar(b,a,fs);

四、實(shí)驗(yàn)范例

用脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)一個(gè)Butterworth低通數(shù)字濾波器，使其特征逼近一個(gè)低通Butterworth模擬濾波器的下列性能指標(biāo)，通帶截止頻率Wp=2*pi*2000rad/s,通帶波紋Rp小于3dB,阻帶邊界頻率為Ws=2*pi*3000rad/s阻帶衰減大于15dB,采樣頻率Fs=10000;z，假設(shè)一個(gè)信號(hào)x(t)=sin（2*pi*f1*t）

+0.5*cos(2*pi*f2*t)，其中f1=1000Hz,f2=4000Hz,試將原信號(hào)與通過(guò)該濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。

wp=2000*2*pi;%濾波器截止頻率

ws=3000*2*pi;

rp=3;rs=15;%通帶波紋和阻帶衰減

fs=10000;%采樣頻率

Nn=128;

[N,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');%模擬濾波器的最小階數(shù)

[z,p,k]=buttap(N);%設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型

[Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k);%將零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式

[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,wn);%進(jìn)行頻率變換

[bz,az]=impinvar(b,a,fs);%應(yīng)用脈沖相應(yīng)不變法得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) figure(1);

[h,f]=freqz(bz,az,Nn,fs);%畫出數(shù)字濾波器的幅頻特性和相頻特性 subplot(2,1,1),plot(f,20*log10(abs(h)));

xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/dB');grid on;

subplot(2,1,2),plot(f,180/pi*unwrap(angle(h)));

xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/^o');grid on;

figure(2);

f1=1000;f2=4000;%輸入信號(hào)的頻率

N=100;%數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

dt=1/fs;n=0:N-1;t=n*dt;%采樣間隔和時(shí)間序列

x=sin(2*pi*f1*t)+0.5*cos(2*pi*f2*t);%濾波器輸入信號(hào)

subplot(2,1,1),plot(t,x),title('輸入信號(hào)')%畫出輸入信號(hào)

%y=filtfilt(bz,az,x);

y1=filter(bz,az,x);%用上面設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)輸入信號(hào)濾波

subplot(2,1,2),plot(t,y1,'r-'),title('輸出信號(hào)'),xlabel('時(shí)間/s');legend('filter')

五、實(shí)驗(yàn)習(xí)題

用脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)一個(gè)Butterworth低通數(shù)字濾波器，通帶頻率為0=

六，實(shí)驗(yàn)結(jié)果

第五篇：數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)

目 錄

摘要...........................................................................................................................................1 1 緒論..............................................................................................................................................2

1.1 DSP系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)基本原則......................................................................................2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài).............................................................................................................2 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................................................................................................................3 3硬件設(shè)計(jì)........................................................................................................................................5

3.1 硬件結(jié)構(gòu)...........................................................................................................................5 3.2 硬件電路設(shè)計(jì)...................................................................................................................7

3.2.1 總輸入電路...........................................................................................................7 3.2.2 總輸出電路...........................................................................................................7 3.2.3 語(yǔ)音輸入電路.......................................................................................................9 3.2.4 語(yǔ)音輸出電路.......................................................................................................9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.........................................................................................................................10 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果.........................................................................................................................10 4.2 實(shí)驗(yàn)分析.........................................................................................................................12 5 總結(jié)與心得體會(huì).........................................................................................................................13 參考文獻(xiàn).........................................................................................................................................14 致謝................................................................................................................................................15

摘要

基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用TMS320VC5509作為主處理器，TLV320AIC23B作為音頻芯片，在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建和軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集、濾波和回放功能，它可作為語(yǔ)音信號(hào)處理的通用平臺(tái)。

語(yǔ)音是人類相互之間進(jìn)行交流時(shí)使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息載體。在高度信息化的今天，語(yǔ)音信號(hào)處理是信息高速公路、多媒體技術(shù)、辦公自動(dòng)化、現(xiàn)代通信及智能系統(tǒng)等新興領(lǐng)域應(yīng)用的核心技術(shù)之一。通常這些信號(hào)處理的過(guò)程要滿足實(shí)時(shí)且快速高效的要求，隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，以DSP為內(nèi)核的設(shè)備越來(lái)越多，為語(yǔ)音信號(hào)的處理提供了良好的平臺(tái)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于TMS320VC5509定點(diǎn)的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集、處理與回放等功能，為今后復(fù)雜的語(yǔ)音信號(hào)處理算法的研究和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)通用平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音處理；DSP；TMS320VC5509;TLV320AIC23B

1 緒論

語(yǔ)音是人類相互間所進(jìn)行的通信的最自然和最簡(jiǎn)潔方便的形式，語(yǔ)音通信是一種理想的人機(jī)通信方式。語(yǔ)音通信的研究涉及到人工智能、數(shù)字信號(hào)處理、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、語(yǔ)言聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等許多領(lǐng)域，所以說(shuō)語(yǔ)音的通信是一個(gè)多學(xué)科的綜合研究領(lǐng)域，其研究成果具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。另外通過(guò)語(yǔ)音來(lái)傳遞信息是人類最重要的、最有效、最常用的交換信息的形式。語(yǔ)言是人類特有的功能，聲音是人類常用的工具，是相互傳遞信息的主要手段。同時(shí)也是眾構(gòu)成思想交流和感情溝通的最主要的途徑。

1.1 DSP系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)基本原則

DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

語(yǔ)音信號(hào)處理作為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，已經(jīng)有很長(zhǎng)的研究歷史。但是它的快速發(fā)展可以說(shuō)是從1940年前后Dudley的聲碼器和Potter等人的可見(jiàn)語(yǔ)音開(kāi)始的；20世紀(jì)60年代中期形成的一系列數(shù)字信號(hào)處理的理念和技術(shù)基礎(chǔ)；到了80年代，由于矢量量化、隱馬爾可夫模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等相繼被應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)處理，并經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)與完善，使得語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)產(chǎn)生了突破性的進(jìn)展。一方面，對(duì)聲學(xué)語(yǔ)音學(xué)統(tǒng)計(jì)模型的研究逐漸深入，魯棒的語(yǔ)音識(shí)別、基于語(yǔ)音段的建模方法及隱馬爾可夫模型與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合成為研究的熱點(diǎn)。另一方面，為了語(yǔ)音識(shí)別實(shí)用化的需要，講者自適應(yīng)、聽(tīng)覺(jué)模型、快速搜索識(shí)別算法以及進(jìn)一步的語(yǔ)言模型的研究等課題倍受關(guān)注。

在通信越來(lái)越發(fā)達(dá)的當(dāng)今世界，尤其最近幾十年，語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)在移動(dòng) 通信、IP電話通信、保密通信、衛(wèi)星通信以及語(yǔ)音存儲(chǔ)等很多方面得到了廣泛的應(yīng)用。因此，語(yǔ)音編碼一直是通信和信號(hào)處理的研究熱點(diǎn)，并其取得了驚人的進(jìn)展，目前在PC機(jī)上的語(yǔ)音編碼已經(jīng)趨于成熟，而如何在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音壓縮編碼則是近些年來(lái)語(yǔ)音信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際生活中，當(dāng)聲源遇到物體時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射的聲波和聲源聲波一起傳輸，聽(tīng)者會(huì)發(fā)現(xiàn)反射聲波部分比聲源聲波慢一些，類似人們面對(duì)山體高聲呼喊后可以在過(guò)一會(huì)兒聽(tīng)到回聲的現(xiàn)象。聲音遇到較遠(yuǎn)物體產(chǎn)生的反射會(huì)比遇到較近的反射波晚些到達(dá)聲源位置，所以回聲和原聲的延遲隨反射物體的距離大小改變。同時(shí)，反射聲音的物體對(duì)聲波的反射能力，決定了聽(tīng)到的回聲的強(qiáng)弱和質(zhì)量。另外，生活中的回聲的成分比較復(fù)雜，有反射、漫反射、折射，還有回聲的多次反射、折射效果。

當(dāng)已知一個(gè)數(shù)字音源后，可以利用計(jì)算機(jī)的處理能力，用數(shù)字的方式通過(guò)計(jì)算模擬回聲效應(yīng)。簡(jiǎn)單的講，可以在原聲音流中疊加延遲一段時(shí)間后的聲流，實(shí)現(xiàn)回聲效果。當(dāng)然通過(guò)復(fù)雜運(yùn)算，可以計(jì)算各種效應(yīng)的混響效果。如此產(chǎn)生的回聲，我們稱之為數(shù)字回聲。

本次實(shí)驗(yàn)的程序流程圖如下：

圖2.1 程序流程圖

本次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)框圖如下：

圖2.2 系統(tǒng)框圖

3硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

圖3.1是系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖, 系統(tǒng)主要包括VC5509和A IC23 兩個(gè)模塊。

圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

利用VC5509 的片上外設(shè)I2C(Inter-Integrated Circuit, 內(nèi)部集成電路)模塊配置AIC23 的內(nèi)部寄存器;通過(guò)VC5509 的McBSP(Multi channel Buffered Serial Ports, 多通道緩存串口)接收和發(fā)送采樣的音頻數(shù)據(jù)?？刂仆ǖ乐辉谂渲肁IC23 的內(nèi)部寄存器時(shí)工作, 而當(dāng)傳輸音頻數(shù)據(jù)時(shí)則處于閑置狀態(tài)。

AIC23通過(guò)麥克風(fēng)輸入或者立體聲音頻輸入采集模擬信號(hào), 并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào), 存儲(chǔ)到DSP的內(nèi)部RAM中,以便DSP處理。

當(dāng)DSP完成對(duì)音頻數(shù)據(jù)的處理以后, AIC23再把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào), 這樣就能夠在立體聲輸出端或者耳機(jī)輸出端聽(tīng)到聲音。

AIC23能夠?qū)崿F(xiàn)與VC5509 DSP的McBSP端口的無(wú)縫連接, 使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。接口的原理框圖, 如下圖所示。

圖3.2 AIC23與VC5509接口原理圖

系統(tǒng)中A IC23的主時(shí)鐘12 MHz直接由外部的晶振提供。MODE接數(shù)字地, 表示利用I2 C控制接口對(duì)AIC23傳輸控制數(shù)據(jù)。CS接數(shù)字地, 定義了I2 C總線上AIC23的外設(shè)地址, 通過(guò)將CS接到高電平或低電平, 可以選擇A IC23作為從設(shè)備在I2 C總線上的地址。SCLK和SDIN是AIC23控制端口的移位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入端,分別與VC5509的I2C模塊端口SCL和SDA相連。

收發(fā)時(shí)鐘信號(hào)CLKX1和CLKR1由A IC23的串行數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘BCLK提供, 并由A IC23的幀同步信號(hào)LRCIN、LRCOUT啟動(dòng)串口數(shù)據(jù)傳輸。DX1和DR1分別與A IC23 的D IN 和DOUT 相連, 從而完成VC5509與AIC23間的數(shù)字信號(hào)通信。

3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

3.2.1 總輸入電路

圖3.3 總輸入電路

從左到右各部分電路為：

話筒，開(kāi)關(guān)，語(yǔ)音輸入電路，UA741高增益放大電路，有源二階帶 通濾波器。

3.2.2 總輸出電路

圖3.4 總輸出電路

從左到右各部分電路為：

LM386高頻功率放大器及其外圍器件連接電路，語(yǔ)音輸出電路，開(kāi)關(guān)，揚(yáng)聲器。

3.2.3 語(yǔ)音輸入電路

圖3.5語(yǔ)音輸入電路

3.2.4 語(yǔ)音輸出電路

圖3.6 語(yǔ)音輸出電路

語(yǔ)音信號(hào)通道包括模擬輸入和模擬輸出兩個(gè)部分。模擬信號(hào)的輸入輸出電路如圖所示。上圖中MICBIAS 為提供的麥克風(fēng)偏壓，通常是3/4 AVDD，MICIN為麥克風(fēng)輸入，可以根據(jù)需要調(diào)整輸入增益。下圖中LLINEOUT 為左聲道輸出，RLINEOUT為右聲道輸出。用戶可以根據(jù)電阻阻值調(diào)節(jié)增益的大小，使語(yǔ)音輸入輸出達(dá)到最佳效果。從而實(shí)現(xiàn)良好的模擬語(yǔ)音信號(hào)輸入與模擬信號(hào)的輸出。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按“F5”鍵運(yùn)行，注意觀察窗口中的bEcho=0，表示數(shù)字回聲功能沒(méi)有激活。這時(shí)從耳機(jī)中能聽(tīng)到麥克風(fēng)中的輸入語(yǔ)音放送。將觀察窗口中bEcho的取值改成非0值。這時(shí)可從耳機(jī)中聽(tīng)到帶數(shù)字回聲道語(yǔ)音放送。

分別調(diào)整uDelay和uEffect的取值，使他們保持在0-1023范圍內(nèi)，同時(shí)聽(tīng)聽(tīng)耳機(jī)中的輸出有何變化。

當(dāng)uDelay和uEffect的數(shù)值增大時(shí)，數(shù)字回聲的效果就會(huì)越加的明顯。

圖4.1 修改前程序圖

圖4.2 修改前程序圖

圖4.3 頻譜分析

圖4.4 左聲道及右聲道波形 4.2 實(shí)驗(yàn)分析

所以，從本實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)已知一個(gè)數(shù)字音源后，可以利用計(jì)算機(jī)的處理能力，用數(shù)字的方式通過(guò)計(jì)算模擬回聲效應(yīng)。簡(jiǎn)單的講，可以在原聲音流中疊加延遲一段時(shí)間后的聲流，實(shí)現(xiàn)回聲效果。當(dāng)然通過(guò)復(fù)雜運(yùn)算，可以計(jì)算各種效應(yīng)的混響效果。

聲音放送可以加入數(shù)字回聲，數(shù)字回聲的強(qiáng)弱和與原聲的延遲均可在程序中設(shè)定和調(diào)整。5 總結(jié)與心得體會(huì)

通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我明白了細(xì)節(jié)決定成敗這句話的道理，在實(shí)驗(yàn)中，有很多注意的地方，都被忽視了，導(dǎo)致再花費(fèi)更多的時(shí)間去修改，這嚴(yán)重影響了試驗(yàn)的進(jìn)度。同時(shí)，在本次實(shí)驗(yàn)中我了解了ICETEK – VC5509 – A板上語(yǔ)音codec芯片TLV320AIC23的設(shè)計(jì)和程序控制原理，并進(jìn)一步掌握了數(shù)字回聲產(chǎn)生原理、編程及其參數(shù)選擇、控制，以及了解了VC5509DSP擴(kuò)展存儲(chǔ)器的編程使用方法。

這一學(xué)期的理論知識(shí)學(xué)習(xí)加上這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)DSP有了更加深刻的了解，對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理功能，軟硬件相結(jié)合，語(yǔ)音信號(hào)的采集與放送等等方面都有了很深的了解，相信本次課程設(shè)計(jì)，無(wú)論是對(duì)我以后的學(xué)習(xí)，還是工作等方面都有一個(gè)很大的幫助。因此，本次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。

參考文獻(xiàn)

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致謝

在本次課程設(shè)計(jì)的即將完成之際，筆者的心情無(wú)法平靜，本文的完成既是筆者孜孜不倦努力的結(jié)果，更是指導(dǎo)老師樊洪斌老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)的結(jié)果。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的選題、研究和撰寫過(guò)程中，老師都給了我精心的指導(dǎo)、熱忱的鼓勵(lì)和支持，他的精心點(diǎn)撥為我開(kāi)拓了研究視野，修正了寫作思路，對(duì)課程設(shè)計(jì)的完善和質(zhì)量的提高起到了關(guān)鍵性的作用。另外，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)和高尚的人格魅力，都給了學(xué)生很大感觸，使學(xué)生終生受益。在此，學(xué)生謹(jǐn)向老師致以最真摯的感激和最崇高的敬佩之情。

另外，還要感謝這段時(shí)間來(lái)陪我一起努力同學(xué)，感謝我們這個(gè)小團(tuán)隊(duì)，感謝每一個(gè)在學(xué)習(xí)和生活中所有給予我關(guān)心、支持和幫助的老師和同學(xué)們，幾年來(lái)我們一起學(xué)習(xí)、一起玩耍，共同度過(guò)了太多的美好時(shí)光。我們始終是一個(gè)團(tuán)結(jié)、友愛(ài)、積極向上的集體。