北郵DSP軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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(hào)：______201321099X_________班級(jí)：______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(hào)的FFT分析 21.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 22.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?23.實(shí)驗(yàn)代碼 34.實(shí)驗(yàn)截圖 4實(shí)驗(yàn)二：DTMF信號(hào)的編碼 51．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 52．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?63.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?153.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(hào)的FFT分析1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求(1)離散信號(hào)的頻譜分析：設(shè)信號(hào)此信號(hào)的0.3pi和0.302pi兩根譜線相距很近，譜線0.45pi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。(2)DTMF信號(hào)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(hào)數(shù)字0～9的數(shù)據(jù)，采用快速傅立葉變換（FFT）分析這10個(gè)號(hào)碼DTMF撥號(hào)時(shí)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(hào)分析時(shí)基本參數(shù)的選擇。(b)經(jīng)過離散時(shí)間傅立葉變換（DTFT）和有限長(zhǎng)度離散傅立葉變換（DFT）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)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(shí)間抽選法），體會(huì)快速算法的效率。(d)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)。(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(gè)典型應(yīng)用是數(shù)字音頻壓縮中的分析濾波器，例如DVDAC3和MPEGAudio。3.實(shí)驗(yàn)代碼頻譜分析：clf;closeall;%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*n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4);y=fft(x,N);mag=abs(y);%對(duì)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(shí)域');xlabel('n');ylabel('x(n)');subplot(2,1,2);stem(w/pi,mag);%歸一化角頻率axis([00.502]);%控制坐標(biāo)范圍以使譜線幅度合適title('1000點(diǎn)DFT');xlabel('數(shù)字頻率');ylabel('X(k)');gridon;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(shí)域波形title('時(shí)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,abs(xk),'.');%歸一化角頻率title('頻譜');xlabel('數(shù)字頻率');ylabel('幅度');axis([0201200]);4.實(shí)驗(yàn)截圖實(shí)驗(yàn)二：DTMF信號(hào)的編碼1．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1）把您的聯(lián)系電話號(hào)碼通過DTMF編碼生成為一個(gè).wav文件。技術(shù)指標(biāo)：根據(jù)ITUQ.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)間是靜音。在每個(gè)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(hào)，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(gè)不同頻率的正弦波。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)使取樣點(diǎn)數(shù)盡量少）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，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)較大，不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。因此，F(xiàn)FT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濾波器可以有效地提高計(jì)算效率。其傳遞函數(shù)為：2．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(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;42,48,35,68];n=1:N;%取樣點(diǎn)flow=[697770852941];%低頻fhigh=[1209133614771633];%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*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)*n/fs);%7x11=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs);%9x=[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(1,500)];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=[1820222431343842];N=205;subplot(2,1,2);disp(['解碼得到的號(hào)碼是：'])fori=1:11m=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;fors=5:8;ifv(s)>limit,break,endendforr=1:4;ifv(r)>limit,break,endenddisp([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(zhǎng)度為45秒，取樣頻率32kHz，然后疊加一個(gè)高斯白噪聲，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；2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本次實(shí)驗(yàn)，掌握以下知識(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。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audiowrite('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)subplot(2,1,1)plot(t,x2)title