數(shù)字信號(hào)的處理課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì) ( 綜合實(shí)驗(yàn) )班級(jí)：電子信息工程 1202X姓名：X X學(xué)號(hào)：1207050227指導(dǎo)教師：XXX設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.12.22-2015.1.4成績(jī)：評(píng)語(yǔ)：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)一時(shí)域采樣與頻域采樣定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)1. 時(shí)域采樣理論與頻域采樣理論是數(shù)字信號(hào)處理中的重要理論。要求掌握模擬信號(hào)采樣前后頻譜的變化，以及如何選擇采樣頻率才能使采樣后的信號(hào)不丟失信息；2. 要求掌握頻率域采樣會(huì)引起時(shí)域周期化的概念，以及頻率域采樣定理及其對(duì)頻域采樣點(diǎn)數(shù)選擇的指導(dǎo)作用。二、程序運(yùn)行結(jié)果1. 時(shí)域采樣定理驗(yàn)證結(jié)果：2. 頻域采樣定理驗(yàn)證結(jié)果：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案三、參數(shù)與

2、結(jié)果分析1. 時(shí)域采樣參數(shù)與結(jié)果分析：對(duì)模擬信號(hào)xa (t) 以 T 進(jìn)行時(shí)域等間隔理想采樣，形成的采樣信號(hào)的頻譜會(huì)以采樣角頻率s（ s=2 /T ）為周期進(jìn)行周期延拓。采樣頻率s 必精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案須大于等于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍以上，才能使采樣信號(hào)的頻譜不產(chǎn)生頻譜混疊。xa (t )的最高截止頻率為500HZ，而因?yàn)椴蓸宇l率不同，得到的x1(n) 、x2(n) 、x3(n) 的長(zhǎng)度不同。頻譜分布也就不同。x1(n) 、 x2(n) 、 x3(n) 分別為采樣頻率為 1000HZ、 300HZ、 200HZ 時(shí)候的采樣序列，而進(jìn)行64 點(diǎn) DFT之后通過(guò) DFT分析頻譜后得實(shí)驗(yàn)圖中的圖，

3、可見在采樣頻率大于等于 1000 時(shí)采樣后的頻譜無(wú)混疊，采樣頻率小于1000 時(shí)頻譜出現(xiàn)混疊且在 Fs/2處最為嚴(yán)重。2. 頻域采樣參數(shù)與結(jié)果分析：對(duì)信號(hào)x(n) 的頻譜函數(shù)進(jìn)行 N 點(diǎn)等間隔采樣，進(jìn)行 N 點(diǎn)IDFT()NXk得到的序列就是原序列x(n) 以 N為周期進(jìn)行周期延拓后的主值區(qū)序列。對(duì)于給定的 x(n) 三角波序列其長(zhǎng)度為27 點(diǎn)則由頻率域采樣定理可知當(dāng)進(jìn)行32 點(diǎn)采樣后進(jìn)應(yīng)該無(wú)混疊而16 點(diǎn)采樣后進(jìn)行IFFT 得到的x(n) 有混疊，由實(shí)驗(yàn)的圖形可知頻域采樣定理的正確性。四、思考題如果序列x(n) 的長(zhǎng)度為M，希望得到其頻譜在0, 2 上的N 點(diǎn)等間隔采樣，當(dāng)N<M時(shí)，如

4、何用一次最少點(diǎn)數(shù)的DFT得到該頻譜采樣？答：通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，可以先對(duì)原序列x(n) 以 N 為周期進(jìn)行周期延拓后取主值區(qū)序列，再計(jì)算N 點(diǎn) DFT則得到 N點(diǎn)頻域采樣。實(shí)驗(yàn)二正余弦信號(hào)的譜分析一、設(shè)計(jì)目的1. 用 DFT實(shí)現(xiàn)對(duì)正余弦信號(hào)的譜分析；2. 觀察 DFT長(zhǎng)度和窗函數(shù)長(zhǎng)度對(duì)頻譜的影響；3. 對(duì) DFT進(jìn)行譜分析中的誤差現(xiàn)象獲得感性認(rèn)識(shí)。二、程序運(yùn)行結(jié)果精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案三、參數(shù)與結(jié)果分析對(duì)于第一小題，一個(gè)余弦信號(hào)xcos(2 ft ) ，其頻率為 f 。 xcos(2fnT ) ，其中T為采樣周期， T=1/Fs 。則其數(shù)字角頻率為w=2*pi*f*T ，即 w=2*pi*f/Fs

5、，則其周期為 2*pi/w。整理得 Fs/f 。Fs=64Hz，當(dāng) f=10Hz時(shí)， n 前面的系數(shù)為 32/5 ，所以其周期為32。當(dāng) f=11Hz時(shí)， n 前面的系數(shù)為 64/11 ，所以周期為64. 由于周期不同，所以當(dāng)序列長(zhǎng)度為32 點(diǎn)時(shí)候，10Hz 的正好采了一個(gè)周期的， 而 11Hz 的只采了半個(gè)周期， 因此， 10Hz 的不發(fā)生頻譜泄露現(xiàn)象，而 11Hz 的發(fā)生了頻譜泄露現(xiàn)象。從第二、第三小題可以看到，采樣的點(diǎn)數(shù)越多，其頻譜分辨率越高。由于頻譜分辨率要小于（ f2-f1）即 0.03Hz 。令頻譜分辨率F=0.03Hz ，則采樣長(zhǎng)度Tp=1/F=16.6s 。又因?yàn)橐獫M足采樣定理

6、，即Fs>=2fc ，即 Fs>=0.5 。取采樣頻率為Fs=1Hz，則采樣周期T=1s, 此時(shí)信號(hào)長(zhǎng)度為N=2fc/F=16.6 ，為符合FFT 算法，取N=32，此時(shí)，所畫的頻譜能將0.22 與 0.25分離開來(lái)。四、思考題（ 1） 對(duì)于周期序列，如果周期不知道，如何用FFT精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案答：如果 X(n) 的周期預(yù)先不知道，可先截取M點(diǎn)進(jìn)行 DFT，即x M (n) x ( n) R M (n) ， X M( k) DFT X M( n) 0<=K<=M-1 再將截取長(zhǎng)度擴(kuò)大一倍，截取x2M(n) x(n)R2M (n)， X 2M (k)DFT X 2M

7、( n) ， 0<=K<=2M-1比較X M ( k) 和 X 2M (k ) ，如果二者的主譜差別滿足分析誤差要求，則以X M (k) 或X 2M (k)近似表示 x (n) 的頻譜，否則繼續(xù)將截取長(zhǎng)度加倍，直至前后再次分析所得主譜頻率差別滿足誤差要求，設(shè)最后截取長(zhǎng)度為iM，則 X iM (K 0) 表示 w 2 /(iM ) k0 點(diǎn)的譜線強(qiáng)度（ 2） 如何選擇 FFT 的變換區(qū)間？（包括非周期信號(hào)和周期信號(hào)）答：對(duì)于非周期信號(hào)：有頻譜分辨率F，而頻譜分辨率直接和 FFT 的變換區(qū)間有關(guān)，因?yàn)?FFT 能夠?qū)崿F(xiàn)的頻率分辨率是2 /N.因此有最小的N>2 /F 。就可以根據(jù)

8、此式選擇FFT的變換區(qū)間。對(duì)于周期信號(hào)，周期信號(hào)的頻譜是離散譜，只有用整數(shù)倍周期的長(zhǎng)度作FFT，得到的離散譜才能代表周期信號(hào)的頻譜。實(shí)驗(yàn)三語(yǔ)音信號(hào)濾波處理一、設(shè)計(jì)目的1. 了解語(yǔ)音信號(hào)的產(chǎn)生、采集，能繪制語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線及頻譜圖；2. 學(xué)會(huì)用 MATLAB對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析和處理；3. 掌握用濾波器去除語(yǔ)音信號(hào)噪聲的方法，觀察去噪前后的語(yǔ)音信號(hào)。二、程序運(yùn)行結(jié)果（ 1）該信號(hào)的原始波形及頻譜圖如下：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案（ 2）設(shè)計(jì)的帶通以及帶阻濾波器的頻譜圖如下：則原始信號(hào)通過(guò)該帶阻濾波器之后的波形圖以及頻譜圖如下：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案將該信號(hào)的頻譜與原始信號(hào)的頻譜做比較，可以看出， 濾

9、波效果良好， 在兩個(gè)聲音頻率之間的雜音信號(hào)都被衰減掉了。設(shè)計(jì)的帶通濾波器的頻譜圖如下：橢圓帶通濾波器10.8度 0.6幅0.40.200200400600800100012001400160018002000頻 率 Hz通過(guò)帶阻濾波器之后的信號(hào)再通過(guò)帶通濾波器之后的波形及頻譜圖如下：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案將該信號(hào)的頻譜與通過(guò)帶阻之后的濾波器的信號(hào)頻譜做比較可以看出來(lái)濾波效果良好，在波段范圍以外的雜音頻率都被衰減掉。三、結(jié)果分析與體會(huì)首先要做的事情就是分辨出哪些是不想要雜音干擾，尖峰周圍的毛刺就是那些雜音信號(hào)。而為了將這些雜音信號(hào)分離開，就需要設(shè)計(jì)合適的濾波器。先讓聲音信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶阻濾波器， 把

10、中間的雜音濾除掉，再讓信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶通濾波器，把純凈的聲音信號(hào)提取出來(lái)。實(shí)驗(yàn)四數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計(jì)目的(1) 熟悉 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和方法；(2)學(xué)會(huì)調(diào)用MATLAB信號(hào)處理工具箱中的濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)設(shè)計(jì)各種IIR 數(shù)字濾波器，學(xué)會(huì)根據(jù)濾波要求確定濾波器指標(biāo)參數(shù)；(3) 掌握用 IIR 數(shù)字濾波器的 MATLAB實(shí)現(xiàn)方法， 并能繪制濾波器的幅頻特性、 相頻特性；(4) 通過(guò)觀察濾波器的輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域波形及其頻譜，建立數(shù)字濾波的概念。二、程序 調(diào)試分析由于本次試驗(yàn)所要求參數(shù)為題目要求，因此只需把相應(yīng)的通帶截止頻率和阻帶截止頻率根據(jù)不同的濾波器相互轉(zhuǎn)換（低通，帶通，高通）

11、，按照題目要求的通帶最大衰減0.1db和祖代最小衰減60db 設(shè)計(jì)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案（ 1）請(qǐng)閱讀信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)mstg，確定三路調(diào)幅信號(hào)的載波頻率和調(diào)制信號(hào)頻率。答：第 1 路調(diào)幅信號(hào)載波頻率fc1=1000Hz; 第 1 路調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制信號(hào)頻率fm1=100Hz第 2 路調(diào)幅信號(hào)載波頻率fc2=500Hz; 第 2 路調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制信號(hào)頻率fm2=50Hz精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案第 3 路調(diào)幅信號(hào)載波頻率fc3=250Hz; 第 3 路調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制信號(hào)頻率fm3=25Hz（ 2）信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)mstg 中采樣點(diǎn)數(shù)N=1600，對(duì) st 進(jìn)行 N 點(diǎn)

12、FFT 可以得到 6 根理想譜線。如果取N=1800，可否得到6 根理想譜線？為什么？N=2000 呢？請(qǐng)改變函數(shù)mstg中采樣點(diǎn)數(shù)N 的值，觀察頻譜圖驗(yàn)證您的判斷是否正確。答：當(dāng) N=1800 時(shí)不能得到6 根理想譜線，而N=2000 時(shí)可以得到。因?yàn)樾盘?hào)st 是周期序列，譜分析時(shí)要求觀察時(shí)間為整數(shù)倍周期。分析可知，st 的每個(gè)頻率成分都是25Hz 的整數(shù)倍。采樣頻率Fs=10kHz=25× 400Hz，即在 25Hz 的正弦波的1 個(gè)周期中采樣400 點(diǎn)。所以，當(dāng) N 為 400 的整數(shù)倍時(shí)一定為st 的整數(shù)個(gè)周期。因此，采樣點(diǎn)數(shù)N=1600 和 N=2000 時(shí)，對(duì)st 進(jìn)行 N 點(diǎn) FFT 可以得到6 根理想譜線。如果取N=1800，不是 400 的整數(shù)倍，不能得到6根理想譜線。實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)本次數(shù)字信號(hào)處理的課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多書上學(xué)不到的知識(shí)。我不僅知道了實(shí)踐與理論相結(jié)合的道理，還學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤與解決錯(cuò)誤的方法。本次設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)第一個(gè)題目，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要遇到了以下兩個(gè)問(wèn)題：調(diào)用 M文件中兩個(gè)函數(shù)相乘時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，后來(lái)請(qǐng)教老師后才知道我犯了一個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤，原來(lái)矩陣相乘時(shí)不能直接使用“* ”的符號(hào)，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；第二個(gè)問(wèn)題是在設(shè)計(jì)第二問(wèn)的時(shí)候，畫出Xk 的原圖型的橫坐標(biāo)軸不知道用什么表示， 通過(guò)上網(wǎng)查找后我知道表達(dá)方