北郵DSP軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告重點(diǎn)講義

1、MATLAB軟件仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 MATLAB軟件仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名：_ _學(xué) 號：_201321099X_班 級：_201321120X_學(xué) 院：_電子工程學(xué)院_專 業(yè)：_電子科學(xué)與技術(shù)_目 錄實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字信號的 FFT 分析21.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求22.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.實(shí)驗(yàn)代碼34.實(shí)驗(yàn)截圖4實(shí)驗(yàn)二： DTMF 信號的編碼51實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求52實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.實(shí)驗(yàn)代碼64.實(shí)驗(yàn)截圖9實(shí)驗(yàn)三：FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)141.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：142.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?53.實(shí)驗(yàn)代碼154.實(shí)驗(yàn)截圖17四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)18實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字信號的 FFT 分析1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求(1) 離散信號的頻譜分析： 設(shè)信號此信號

2、的0.3pi 和 0.302pi兩根譜線相距很近，譜線 0.45pi 的幅度很小，請選擇合適的序列長度 N 和窗函數(shù)，用 DFT 分析其頻譜，要求得到清楚的三根譜線。(2) DTMF 信號頻譜分析用計(jì)算機(jī)聲卡采用一段通信系統(tǒng)中電話雙音多頻（DTMF）撥號數(shù)字 09的數(shù)據(jù)，采用快速傅立葉變換（FFT）分析這10個號碼DTMF撥號時的頻譜。 2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本次實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該掌握：(a) 用傅立葉變換進(jìn)行信號分析時基本參數(shù)的選擇。 (b) 經(jīng)過離散時間傅立葉變換（DTFT）和有限長度離散傅立葉變換（DFT） 后信號頻譜上的區(qū)別，前者 DTFT 時間域是離散信號，頻率域還是連續(xù)的，而 DFT 在兩個域中

3、都是離散的。(c) 離散傅立葉變換的基本原理、特性，以及經(jīng)典的快速算法（基2時間抽選法），體會快速算法的效率。(d) 獲得一個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間分辨率的概念，為將來進(jìn)一步進(jìn)行時頻分析（例如小波）的學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。(e) 建立 DFT 從整體上可看成是由窄帶相鄰濾波器組成的濾波器組的概念，此概念的一個典型應(yīng)用是數(shù)字音頻壓縮中的分析濾波器，例如 DVD AC3 和MPEG Audio。3.實(shí)驗(yàn)代碼頻譜分析：clf;close all;%關(guān)閉所有圖形窗口N=1000;%DFT點(diǎn)數(shù)n=1:1:N;x=0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*

4、n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4);y=fft(x,N);mag=abs(y);%對FFT結(jié)果求模w=2*pi/N*0:1:N-1; %數(shù)字角頻率wsubplot(2,1,1);%將圖形窗分為2行1列stem(n,x,'.');%畫脈沖圖title('時域');xlabel('n');ylabel('x(n)');subplot(2,1,2);stem(w/pi,mag);%歸一化角頻率axis(0 0.5 0 2);%控制坐標(biāo)范圍以使譜線幅度合適title('1000點(diǎn)DFT');xlabel(

5、'數(shù)字頻率');ylabel('X(k)');grid on;DTMF頻譜分析：x,fs,bits=wavread('mjl_num.wav');%從當(dāng)前目錄下讀取聲音文件N=1:1:fs;%取樣點(diǎn)數(shù)subplot(2,1,1);plot(x);%畫出時域波形title('時域聲音波形');xlabel('n');ylabel('x(n)');n=2*fs;%奈奎斯特取樣xk=fft(x,n);k=0:1:n-1;w=2*pi/n*k;%數(shù)字角頻率subplot(2,1,2);stem(w/pi,a

6、bs(xk),'.');%歸一化角頻率title('頻譜');xlabel('數(shù)字頻率');ylabel('幅度');axis(0 2 0 1200);4.實(shí)驗(yàn)截圖實(shí)驗(yàn)二： DTMF 信號的編碼1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1）把您的聯(lián)系電話號碼 通過DTMF 編碼生成為一個 .wav 文件。³ 技術(shù)指標(biāo)：± 根據(jù) ITU Q.23 建議，DTMF 信號的技術(shù)指標(biāo)是：傳送/接收率為每秒 10 個號碼，或每個號碼 100ms。± 每個號碼傳送過程中，信號存在時間至少 45ms，且不多于 55ms，100ms 的其余時

7、間是靜音。± 在每個頻率點(diǎn)上允許有不超過 ±1.5% 的頻率誤差。任何超過給定頻率 ±3.5% 的信號，均被認(rèn)為是無效的，拒絕接收。（其中關(guān)鍵是不同頻率的正弦波的產(chǎn)生?？梢允褂貌楸矸绞侥M產(chǎn)生兩個不同頻率的正弦波。正弦表的制定要保證合成信號的頻率誤差在±1.5%以內(nèi)，同時使取樣點(diǎn)數(shù)盡量少）2）對所生成的DTMF文件進(jìn)行解碼。³ DTMF 信號解碼可以采用 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，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)較大，不利于實(shí)時實(shí)現(xiàn)。因此，F(xiàn)FT 不適合于 DTMF 信

8、號解碼的應(yīng)用。³ 由于只需要知道 8 個特定點(diǎn)的頻譜值，因此采用一種稱為 Goertzel 算法的 IIR 濾波器可以有效地提高計(jì)算效率。其傳遞函數(shù)為：³2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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（字長效應(yīng)）；(e)了解通信系統(tǒng)電話 DTMF 撥號的基本原理和 IIR 濾波器實(shí)現(xiàn)方法。3.實(shí)驗(yàn)代碼=500;fs=8000;tm=49,50,51,65;52,53,54,66;55,56,57,67;42,4

9、8,35,68;n=1:N;%取樣點(diǎn)flow=697 770 852 941;%低頻fhigh=1209 1336 1477 1633;%高頻x01=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(1)*n/fs); %1x02=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %3x03=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(2)*n/fs); %2x04=sin(2*pi*flow(2)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %6x05=sin(2*pi*

10、flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9x06=sin(2*pi*flow(2)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %6x07=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %3x08=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9x09=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(2)*n/fs); %2x10=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(1

11、)*n/fs); %7x11=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9 x=x01,x02,x03,x04,x05,x06,x07,x08,x09,x10,x11;%組成矩陣 x01_z=x01,zeros(1,500);%補(bǔ)零x02_z=x02,zeros(1,500);x03_z=x03,zeros(1,500);x04_z=x04,zeros(1,500);x05_z=x05,zeros(1,500);x06_z=x06,zeros(1,500);x07_z=x07,zeros(1,500);x08_z=x08,zeros(1,

12、500);x09_z=x09,zeros(1,500);x10_z=x10,zeros(1,500);x11_z=x11,zeros(1,500); x_z=x01_z,x02_z,x03_z,x04_z,x05_z,x06_z,x07_z,x08_z,x09_z,x10_z,x11_z;x_z=x_z/max(abs(x_z);subplot(2,1,1);plot(x_z);sound(x_z);wavwrite(x_z,fs,'phone_wl.wav');%寫入聲音文件 k=18 20 22 24 31 34 38 42;N=205;subplot(2,1,2);dis

13、p('解碼得到的號碼是：')for i=1:11 m=800*(i-1); X=goertzel(x(m+1:m+N),k+1);%goertzel算法做變換 v=abs(X);%求模 stem(k,v,'.');%畫脈沖圖 grid; xlabel('k'); ylabel('x(k)'); set(gcf,'color','w'); shg; pause; limit=80; for s=5:8; if v(s)>limit,break,endendfor r=1:4; if v(r)&g

14、t;limit,break,endend disp(setstr(tm(r,s-4)end4.實(shí)驗(yàn)截圖數(shù)字1 _ 數(shù)字3 _數(shù)字2 _ 數(shù)字6 _ 數(shù)字9 _ 數(shù)字6 _ 數(shù)字3 _ 數(shù)字9 _ 數(shù)字2 _ 數(shù)字7 _ 數(shù)字9 _ 實(shí)驗(yàn)三：FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：錄制自己的一段聲音，長度為 45秒，取樣頻率 32kHz，然后疊加一個高斯白噪聲，使得信噪比為 20dB。請采用窗口法設(shè)計(jì)一個 FIR 帶通濾波器，濾除噪聲提高質(zhì)量。n 提示：³ 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，阻帶衰減大于 50dB；³ Matlab

15、 函數(shù) y = awgn(x,snr,'measured') ，首先測量輸入信號 x 的功率，然后對其疊加高斯白噪聲；2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本次實(shí)驗(yàn)，掌握以下知識：± 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)對濾波效果的影響，以及窗函數(shù)和長度 N 的選擇。3.實(shí)驗(yàn)代碼fs=32000; x,fs=audioread('mysound.wav'); %原聲snr=20; x2=awgn(x,snr,'measured','db'); %加噪聲au

16、diowrite('sound_noise.wav',x2,fs);%加噪聲后的聲音t=0:1/fs:(size(x2)-1)/fs;wp=8000*pi/32000; ws=9000*pi/32000;wdelta=ws-wp; N=ceil(11*pi/wdelta); %取整wn=(ws+wp)/2; %截止頻率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)subplo

17、t(2,1,1)plot(t,x2) title('濾波前時域波形');subplot(2,1,2)plot(t,f2) title('濾波后時域波形'); F0=fft(f2,1024); f=fs*(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'); audiowrite('filterable.wav',f2,fs); 4.實(shí)驗(yàn)截圖四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)是數(shù)字信號處理的軟件實(shí)驗(yàn)，以MATLAB為軟件平臺，實(shí)現(xiàn)課本上所學(xué)的內(nèi)容，將枯燥抽象的書本內(nèi)容通過具體的實(shí)驗(yàn)展示出來，鞏固課堂所學(xué)的知