DSP軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告--matlab-北郵

1、DSP 軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告 -matlab- 北 郵實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字信號(hào)的 FFT分析1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)本次試驗(yàn)，應(yīng)該掌握：（ a） 用傅里葉變換進(jìn)行信號(hào)分析時(shí)基本參數(shù)的選擇（ b） 經(jīng)過(guò)離散時(shí)間傅里葉變換和有限長(zhǎng)度離散傅里葉變換后信號(hào)頻譜上的區(qū)別，前者 DTFT時(shí)間域是離散信號(hào)，頻率域還是連續(xù)的，而 DFT在兩個(gè)域中都是離散的。c）d）e）離散傅里葉變化的基本原理、特性，以及經(jīng)典的快速算法（基 2 時(shí)間抽選法） 速算法的效率 獲得一個(gè)高密度頻譜和高分辨率頻譜的概念和方法，建立頻率分辨率和時(shí)間分辨率的 概念，為將來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)頻分析（例如小波）的學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。 建立 DFT從整體上可看成是由窄帶

2、相鄰濾波器組成的濾波器組的概念，此概念的 典型應(yīng)用時(shí)數(shù)字音頻壓縮中的分析濾波器，例如 DVD AC3和 MPEG Audio。，體會(huì)快2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及結(jié)果。（1）離散信號(hào)的頻譜分析：設(shè)信號(hào) x(n)=0.001*cos(0.45n )+sin(0.3n )-cos(0.302n - 4 )此信號(hào)的 0.3和 0.302兩根譜線相距很近，譜線 0.45 的幅度很小，請(qǐng)選擇合適的序列長(zhǎng)度 N和窗函數(shù)，用 DFT分析其頻譜，要求得到清楚的三根譜線。all【實(shí)驗(yàn)代碼】： clear;close N=5000; n=1:1:N; x=0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*n*p

3、i)-cos(0.302*n*pi-pi/4); y=fft(x,N);a=abs(y(1:1:N/2+1); k=0:1:N/2; w=2*pi/N*k; stem(w/pi,a); axis(0.29,0.46,0,10);實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖】：2）DTMF信號(hào)頻譜分析 用計(jì)算機(jī)聲卡采集一段通信系統(tǒng)中電話雙音多頻（ DTMF）撥號(hào)數(shù)字 09 的數(shù)據(jù)，采 用快速傅里葉變換（ FFT）分析這 10 個(gè)號(hào)碼 DTMF撥號(hào)時(shí)的頻譜。【實(shí)驗(yàn)代碼】：clear;close all ;column=1209,1336,1477,1633;line=697,770,852,941fs=10000;N=1024;t

4、s=1/fs;n=0:N-1;f=0:fs/N:fs/N*(N-1);key=zeros(16,N);key(1,:)=cos(2*pi*column(1)*n*ts)+cos(2*pi*line(1)*n*ts);key(2,:)=cos(2*pi*column(2)*n*ts)+cos(2*pi*line(1)*n*ts);key(3,:)=cos(2*pi*column(3)*n*ts)+cos(2*pi*line(1)*n*ts);key(4,:)=cos(2*pi*column(1)*n*ts)+cos(2*pi*line(2)*n*ts);key(5,:)=cos(2*pi*col

5、umn(2)*n*ts)+cos(2*pi*line(2)*n*ts);key(6,:)=cos(2*pi*column(3)*n*ts)+cos(2*pi*line(2)*n*ts);key(7,:)=cos(2*pi*column(1)*n*ts)+cos(2*pi*line(3)*n*ts);key(8,:)=cos(2*pi*column(2)*n*ts)+cos(2*pi*line(3)*n*ts);key(9,:)=cos(2*pi*column(3)*n*ts)+cos(2*pi*line(3)*n*ts);key(10,:)=cos(2*pi*column(2)*n*ts)+c

6、os(2*pi*line(4)*n*ts);figure;for i=1:10subplot(4,4,i)plot(f,abs(fft(key(i,:);grid;end【實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖】：實(shí)驗(yàn)二： DTMF信號(hào)的編碼1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?a） 復(fù)習(xí)和鞏固 IIR 數(shù)字濾波器的基本概念；（ b） 掌握 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法；（ c） 掌握 IIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；（ d） 能夠由濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析濾波器的性能（字長(zhǎng)效應(yīng)） ；（ e） 了解通信系統(tǒng)電話 DTMF撥號(hào)的基本原理和 IIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及結(jié)果：1) 把你的聯(lián)系電話號(hào)碼通過(guò) DTMF編碼生成一個(gè)

7、 .wav 文件技術(shù)指標(biāo)：根據(jù) ITU Q.23 建議，DTMF信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)是：傳送 /接收率為每秒 10個(gè)號(hào)碼，或每個(gè)號(hào) 碼 100ms。每個(gè)號(hào)碼傳送過(guò)程中，信號(hào)存在時(shí)間至少 45ms，且不多于 55ms，100ms的其余時(shí)間是靜號(hào)，均被正 盡量少)在每個(gè)頻率點(diǎn)上允許有不超過(guò) ±1.5%的頻率誤差。任何超過(guò)給定頻率 ±3.5%的信 認(rèn)為是無(wú)效的，拒絕接收。(其中關(guān)鍵是不同頻率的正弦波的產(chǎn)生。可以使用查表方式模擬產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的 弦波。正弦表的制定要保證合成信號(hào)的頻率誤差在 ±1.5%以內(nèi)，同時(shí)是取樣點(diǎn)數(shù)【實(shí)驗(yàn)代碼】：d=input(' 請(qǐng)鍵入電話號(hào)碼

8、： ','s');sum=length(d);total_x=;sum_x=;sum_x=sum_x,zeros(1,800);for a=1:sumsymbol=abs(d(a);tm=49,50,51,65;52,53,54,66;55,56,57,67;42,48,35,68;for p=1:4;for q=1:4;if tm(p,q)=abs(d(a);break,endendif tm(p,q)=abs(d(a);break,end end f1=697,770,852,941; f2=1209,1336,1477,1633; n=1:400; x=sin(2

9、*pi*n*f1(p)/8000)+sin(2*pi*n*f2(q)/8000); x=x,zeros(1,400);sum_x=sum_x+x; total_x=total_x,x;end wavwrite(total_x,'soundwave') sound(total_x);subplot(2,1,1);plot(t,total_x);axis(0,1.2,-2,2);xlabel(' 時(shí)間 /s') title('DTMF 信號(hào)時(shí)域波形 ') xk=fft(x); mxk=abs(xk);subplot(2,1,2);k=(1:800)*

10、sum*8000/800;plot(k,mxk);xlabel(' 頻率 ');title('DTMF 信號(hào)頻譜 ');disp(' 雙頻信號(hào)已生成并發(fā)出 ')【實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖】：2) 對(duì)所生成的 DTMF文件進(jìn)行解碼。 DTMF信號(hào)解碼可以采用 FFT計(jì)算 N 點(diǎn)頻率處的頻譜值， 然后估計(jì)出所撥號(hào)碼。但 FFT計(jì)算了許多不需要的值，計(jì)算量太大，而且為保證頻率 分辨率， FFT 的點(diǎn)數(shù)較大，不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。因此， FFT不適合于 DTMF信號(hào)解碼的應(yīng) 用。由于只需要知道 8 個(gè)特定點(diǎn)的頻譜值， 因此采用一種稱為 Goertzel 算法的 IIR 濾波

11、器可1-2cos( 2Nk)Z -1 +Z -2實(shí)驗(yàn)代碼】：k=18 20 22 24 31 34 38 42;N=205;disp(' 接收端檢測(cè)到的號(hào)碼為 ') for a=1:summ=800*(a-1);X=goertzel(total_x(m+1:m+N),k+1);val=abs(X);xk2=val.2;xk2limit=80;for s=5:8if val(s)>limit,break,endfor r=1:4if val(r)>limit,break,endenddisp(setstr(tm(r,s-4)end實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖】：實(shí)驗(yàn)三： FIR 數(shù)字濾

12、波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握一下知識(shí)：? FIR 數(shù)字濾波器窗口設(shè)計(jì)法的原理和設(shè)計(jì)步驟；? Gibbs 效應(yīng)發(fā)生的原因和影響；? 不同類型的窗函數(shù)對(duì)濾波效果的影響，以及窗函數(shù)和長(zhǎng)度 N 的選擇(效果，耳機(jī)聽(tīng)前后聲音，或者看前后的頻譜圖)2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及結(jié)果：錄制一段自己的聲音，長(zhǎng)度為十幾秒，取樣頻率 32khz，然后疊加一個(gè)高斯白噪聲， (知 道噪聲分布，知道噪聲功率，只要知道輸入信號(hào)功率) ，使得信噪比為 20db。請(qǐng)采用 窗口法，設(shè)計(jì)一個(gè) FIR 帶通濾波器，濾除噪聲提高質(zhì)量。提示：濾波器指標(biāo)參考：通帶邊緣頻率為 4khz ，阻帶邊緣頻率為 4.5khz ，阻

13、帶衰減大于 50db； Matlab 函數(shù) y=awgn(x,snr, 'measured'), 首先測(cè)量輸入信號(hào) x 的功率，然后對(duì)其疊加 高斯白噪聲?！緦?shí)驗(yàn)代碼】：clc, clearfs=32000;x,fs,bits=wavread('wo.wav');snr=20;x2=awgn(x,snr,'measured','db');wavwrite(x2,fs,16,'wo-1.wav');t=0:1/fs:(size(x2)-1)/fs;wp=8000*pi/32000;ws=9000*pi/32000;wd

14、elta=ws-wp;N=ceil(11*pi/wdelta); % 取整wn=(ws+wp)/2;b=fir1(N,wn/pi,blackman(N+1); % 選擇窗函數(shù)，并歸一化截止頻率figure(1)freqz(b,1,512)f2=filter(b,1,x2);title(' 濾波器幅頻、相頻特性 ');figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,x2)title(' 濾波前時(shí)域波形 ');subplot(2,1,2)plot(t,f2)title(' 濾波后時(shí)域波形 ');F0=fft(f2,1024);f=fs*(

15、0:511)/1024;figure(3)y2=fft(x2,1024);subplot(2,1,1)plot(f,abs(y2(1:512);title(' 濾波前頻譜 ')xlabel('Hz'); ylabel(' 幅度 '); subplot(2,1,2)F2=plot(f,abs(F0(1:512); title(' 濾波后頻譜 ') xlabel('Hz'); ylabel('幅度 ');wavwrite(f2,fs,16,'wo-2.wav');【實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖】：實(shí)驗(yàn)總結(jié)：這次的 matlab 實(shí)驗(yàn)讓學(xué)到了許多，以前是學(xué)過(guò) matlab 的，但是已經(jīng)忘的差不多了，正 好有這次機(jī)會(huì)讓我重新復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。 把 matlab 與數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)知識(shí)很好的聯(lián)系到 一起。在數(shù)字信號(hào)處理的理論課上， 對(duì)于傅里葉變換、 數(shù)字濾波器等知識(shí)的了解并不是很深刻， 但是通過(guò)這次試驗(yàn)，我更好的理解了用傅里葉變換進(jìn)行信號(hào)分析時(shí)基本參數(shù)的選擇、離散時(shí) 間傅里葉變換和有限長(zhǎng)度離散傅里葉變換后信號(hào)頻譜上的區(qū)別、 離散傅里葉變化的基本原理、 特性，以及經(jīng)典的快速算法的效率，也更好的掌握了 I