计算机仿真技术实验指导书
河南科技大学电子信息工程学院
二〇〇八年二月
计算机仿真技术实验指导书
MATLAB是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统。在生成矩阵对象时，不要求明确的维数说明。所谓交互式，是指MATLAB的草稿纸编程环境。
与C语言或FORTRON语言作科学数值计算的程序设计相比较，利用MATLAB可节省大量的编程时间。
本实验指导书主要讨论四个实验。
实验一信号与系统的时域分析以及信号合成与分解
1. 实验目的
(1) 连续时间信号的向量表示法和符号运算表示法，典型离散信号表示；
(2) 连续信号和离散信号的时域运算与时域变换；
(3) 连续系统和离散系统的卷积，以及冲激响应、阶跃响应、单位响应、零状态响应；
(4) 周期信号的傅立叶级数分解与综合（以周期方波为例）；
2. 实验原理与方法
(1) 信号在MATLAB中的表示方法
MATLAB用两种方法来表示连续信号，一种是用向量的方法来表示信号，另一种则是符号运算的方法来表示信号。用适当的MATLAB语句表示出信号后，就可以利用MATLAB的绘图命令绘制出直观的信号时域波形。
向量表示法表示信号的方法是：MATLAB用一个向量表示连续信号的时间范围，另一个向量表示连续信号在该时间范围内的对应样值。如下列代码p=0.001;
t=-pi:p:pi;
f=1+cos(t);
plot(t,f)
title('f(t)=1+cos(t)')
xlabel('t')
axis([-pi,pi,-0.2,2.4])
执行后即可绘制连续信号1+cos(t)的时域波形。
借助于符号运算以及符号绘图函数ezplot，也可以绘制连续信号时域波形。如下列代码
syms t
f=sym('1+cos(t)') %定义符号表达式
ezplot(f,[-pi,pi]) %绘制符号表达式波形
set(gcf,'color','w') %设置当前图形背景颜色为白色
执行后即可绘制连续信号1+cos(t)的时域波形。
与连续信号的表示相似，在MATLAB中，离散信号也需要用两个向量来表示，其中一个向量表示离散信号的时间范围，另一个向量表示该离散信号在该时间范围内的对应样值。但与连续信号表示有所不同的是，表示离散信号时间范围向量的元素必须为整数。如下列代码
n=[-3,-2,-1,0,1,2,3];
x=[-3,2,-1,3,1,-2,1];
stem(n,x,'filled')
set(gcf,'color','w')
title('x(n)')
xlabel('n')
执行后即可绘制离散信号x(n)={ -3,2,-1,3,1,-2,1}的时域波形。
↑
n=0
(2) 连续信号和离散信号的时域运算与时域变换
对连续信号而言，其基本时域变换有反褶、平移、尺度变换、倒相。
利用MATLAB的符号运算功能以及符号绘图函数ezplot，可以直观的观察和分析连续信号的时域运算与时域变换。如下列代码
syms t;
f=sym('(t+1)*(heaviside(t+1)-heaviside(t))');
f=f+sym('(heaviside(t)-heaviside(t-1))'); %定义信号符号表达式
ezplot(f,[-3,3]) %绘制信号波形
axis([-3,3,-1.2,1.2])
set(gcf,'color','w')
title('f(t)')
pause
f1=subs(f,t,t+1.5); %变量替换
ezplot(f1,[-3,3]) %绘制f(t+1.5)波形
title('f(t+1.5)')
pause
f2=subs(f,t,t-1.5);
ezplot(f2,[-3,3]) %绘制f(t-1.5)波形
title('f(t-1.5)')
pause
f3=subs(f,t,-t);
ezplot(f3,[-3,3]) %绘制f(-t)波形
title('f(-t)')
pause
f4=-f;
ezplot(f4,[-3,3]) %绘制-f(t)波形
title('-f(t)')
pause
f5=subs(f,t,(1/2)*t);
ezplot(f5,[-3,3]) %绘制f(0.5t)波形
title('f(0.5t)')
执行后即可实现连续信号的四种基本时域变换。
对离散信号而言，其基本时域变换有反褶、平移、倒相。其基本原理同连续信号时域变换。
(3) 连续系统和离散系统的卷积，以及冲激响应、阶跃响应、单位响应、零状态响应
卷积积分是连续信号与系统分析的有效方法和工具，利用MATLAB求离散序论卷积和的专用函数conv可以实现连续信号卷积积分的快速计算，并绘制出卷积积分信号的时域波形。其具体步骤如下：
将参与卷积积分运算的两个连续信号f1(t)和f2(t)以等时间间隔τ?进行采样，得到其离散序论f1(nτ?)和f2(nτ?)；
生成与离散序论f1(nτ?)和f2(nτ?)相对应的时间向量n1和n2；
调用conv函数计算卷积积分)
?的采
f
=在离散时间点mτ
t
f*
t
)
(2
(1
)
(t
f
样值f(mτ
?)；
生成与f(mτ
?)相对应的时间向量n。
如下列代码
function [f,t]=ctsconv(f1,f2,t1,t2)
%计算连续信号卷积积分实用函数
d=input('请输入取样时间间隔d: ');
f=conv(f1,f2); %计算序列f1与f2的卷积和f
f=f*d; %计算卷积积分信号f(t)离散样值
ts=t1(1)+t2(1) %计算序列f非零样值的起点位置
l=length(t1)+length(t2)-2; %计算卷积积分f的非零样值的宽度
t=ts:d:(ts+l*d) %确定卷积积分f非零样值的时间向量
subplot(2,2,1)
plot(t1,f1) %在子图1绘制信号f1(t)的时域波形
axis([min(t1),max(t1),min(f1)-abs(min(f1)*0.2),max(f1)+max(f1)*0.2])
title('f1(t) ')
xlabel('t')
subplot(2,2,2)
plot(t2,f2) %在子图2绘制信号f2(t)的时域波形
axis([min(t2),max(t2),min(f2)-min(f2)*0.2,max(f2)+max(f2)*0.2])
title('f2(t) ')
xlabel('t')
subplot(2,2,3)
plot(t,f); %在子图3绘制卷积积分f(t)的时域波形
axis([min(t),max(t),min(f)-min(f)*0.2,max(f)+max(f)*0.2])
p=get(gca, 'position');
p(3)=2.4*p(3);
set(gca, 'position',p) %将第三个子图的横坐标范围扩为原来的2.4倍title('f(t)=f1(t)*f2(t)')
xlabel('t')
执行后即可实现连续信号的卷积积分运算。
卷积和是离散信号与系统分析的有效方法和工具，利用MATLAB 求离散序论卷积和的专用函数conv 可以实现离散信号卷积和的计算。
(4) 周期信号的傅立叶级数分解与综合
周期信号可展开成如下两种正交函数线性组合的无穷级数：
三角函数式的傅立里叶级数 {cosn ω1t,…，sinn ω1t}和复指数函数式的傅里叶级数 { e j n ω1t }。设周期为T 的周期信号f(t)满足狄利赫利条件，则f(t)可以由三角函数的傅里叶级数线性组合表示如下：
)sin cos ()(1
0t n b t n a a t f n n n ωω++=∑∞
=
其中： ?+=T
t t dt t f T a 00
)(10
?
+=
T
t t n dt t n t f T
a 00
)cos()(2ω n=1，2，3，….
?+=
T
t t n dt t n t f T b 00
)sin()(2ω n=1，2，3，….
借助于MATLAB 的数学运算功能和可视化功能，可以直观的观察和分析周期信号的分解与合成。 3. 实验内容及步骤
(1) 认真复习信号与系统的时域分析以及信号合成与分解等有关内容，阅读本实验原理与方法。
(2) 编制实验用程序。
编制基本连续信号如单位阶跃信号、实指数信号、单边指数衰减信号、正弦信号、复指数信号、虚指数信号的可视化程序；
编制基本离散序列如单位抽样序列、单位阶跃序列、正弦序列、实指数序列、复指数序列的可视化程序；
用square 、sawtooh 、rectplus 、triplus 、sinc 函数生成常见的标准信号； 编写绘制x1(n)={ 2,1,0，1,2} 和 x2(n)={ 1,2,3，4,5,6}的时域波形，并编写绘
↑ ↑ n=0 n=0
制二者相加和相乘的时域波形。
编写求解连续信号卷积积分并绘制卷积积分信号时域波形实用子程序；
编写求解离散信号卷积和并能绘制卷积和信号时域波形的实用子程序；
以周期方波为例，编写周期信号的傅立叶级数分解与合成的实用子程序。
4．实验方式及要求
每人一台安装有Matlab7.0的计算机，在计算机上编程仿真。
一人一组，独立完成。
5. 思考题
脚本文件与函数文件编写上有什么区别？二者用法上有什么区别？
6. 实验报告要求
(1) 简述实验目的及实验原理。
(2) 按实验步骤附上实验过程中的连续信号以及离散序列的时域波形，并对所得结果进行分析和解释。
(3) 总结实验中的主要结论。
(4) 简要回答思考题。
实验二 信号与系统的频域分析以及信号采样和重构
1. 实验目的
(1) 周期信号频谱分析；
(2) 典型周期信号的频谱分析（以周期方波脉冲和周期三角波脉冲为例）； (3) 用FFT 实现周期信号的频谱分析；
(4) 信号幅度调制以及傅立叶变换性质的MATLAB 实现； (5) 系统频率响应； (6) 信号的采样与重构； 2. 实验原理与方法 (1) 周期信号频谱分析 由于周期信号可以分解如下：
)sin cos ()(1
0t n b t n a a e
F t f n n n t
jn n n ωωω++==
∑∑
∞
=∞
-∞
=
则只要求出周期信号傅立叶级数的系数n c （或者n F ）及n ?，就可以根据他们随角频率ω的变化关系画出信号的幅度频谱和相位频谱。
如下列代码
function CTFS_RP
% 以周期矩形脉冲信号为例，计算其频谱特性 % Nf ：级数分解的谐波次数，由键盘输入 % Nn ：输出数据的准确位数 % a0：直流项系数
% an ：第1,2,3,...次谐波余弦项展开系数 % bn ：第1,2,3,...次谐波正弦项展开系数 % tao ：周期矩形脉冲信号脉宽，由键盘输入 % T ：周期矩形脉冲信号周期，由键盘输入
display('Please input the value of T, tao and Nf'); %命令窗口提示用户输入参数 T = input('T = '); tao = input('tao = ');
Nf = input('Nf = ');
syms t n k x %定义符号变量
Nn = 32; %输出数据的位数为32位
an = zeros(Nf+1,1); %分配an系数数组
bn = zeros(Nf+1,1); %分配bn系数数组
phase = zeros(Nf+1,1); %分配相位数组
s1 = strcat('Heaviside(t+',num2str(tao/2),')'); %构造u(t+tao/2)
s2 = strcat('Heaviside(t-',num2str(tao/2),')'); %构造u(t-tao/2)
x = sym(s1) - sym(s2); %构造一个周期的脉冲信号
u(t+tao/2)-u(t-tao/2)
A0 =2*int(x,t,-T/2,T/2)/T; %求出直流项a0
As=2*int(x*cos(2*pi*n*t/T),t,-T/2,T/2)/T; %求出余弦项系数an
Bs=2*int(x*sin(2*pi*n*t/T),t,-T/2,T/2)/T; %求出正弦项系数bn
an(1) = double(vpa(A0,Nn)); %获取参数组A0所对应的ASCII 码数值数组
for k=1:Nf
an(k+1)=double(vpa(subs(As,n,k),Nn)); %获取参数组As所对应的ASCII 码数值数组
bn(k+1)=double(vpa(subs(Bs,n,k),Nn)); %获取参数组Bs所对应的ASCII 码数值数组
end
cn = sqrt(an.*an+bn.*bn); %计算幅度谱
for i = 1:Nf %由于bn=0，相位由an的符号决定为0或pi
if an(i) >= 0
phase(i) = 0;
else
phase(i) = pi;
end
end
t = -T*5:0.001:T*5;
d = -T*5:T:T*5;
xx = pulstran(t,d,'rectpuls',tao); %用pulstran函数生成矩形脉冲信号
subplot(311); %将显示窗口分为3个子窗口，并指向第1个子窗口
plot(t,xx); %绘制周期矩形脉冲信号
axis([-T*5 T*5 0 1.1]); %指定坐标系范围
%title('周期矩形脉冲信号','Fontsize',8); %标注标题
s1 = strcat('周期矩形脉冲信号 T=',num2str(T),' Tao=',num2str(tao),'t'); xlabel(s1,'Fontsize',8); %x轴标签
subplot(312); %指向第2个子窗口
k = 0:Nf;
stem(k,cn); %绘制幅度谱
hold on;
plot(k,cn); %绘制幅度谱包络线
xlabel('幅度谱 \omega','Fontsize',8);
subplot(313); %指向第3个子窗口
stem(k,phase); %绘制相位谱
xlabel('相位谱 \omega','Fontsize',8);
% End
绘制周期信号的频谱特性
执行后即可实现周期信号频谱分析。
(2) 信号幅度调制以及傅立叶变换性质
傅立叶变换性质非常多，本实验重点研究其频移特性即幅度调制性质。幅度调制的原理参考《信号与系统》教材，此处列举一个用门宽为2，门高为1的门信号去对余弦载频信号cos(ω0t)进行调幅，观察其频谱图的例子。如下列代码所示：
% 傅里叶变换的频移特性
display('Please input the value of w0');
w0 = input('w0 = '); %键盘输入载频
dt = 0.002;
t = -1:dt:1.01;
f = Heaviside(t+1)-Heaviside(t-1); %定义脉宽为2的门信号
f1 = 1/2*f.*(exp(-j*w0*t)+exp(j*w0*t)); %定义矩形调幅信号
W1=1.5*pi*(w0/pi);
N = 500;
k = -N:N;
W = k*W1/N;
F = f*exp(-j*t'*W)*dt; %求门信号的傅里叶变换F(ω) F1 = f1*exp(-j*t'*W)*dt; %求矩形调幅信号的傅里叶变换F1(ω)
F = real(F);
F1 = real(F1);
subplot(221);
plot(t,f,'r'); %用红色绘制时域门信号
axis([-1.5 1.5 0 1.1]);
title('门信号','Fontsize',8);
xlabel('t','Fontsize',8);
subplot(223);
plot(t,f1,'b'); %用蓝色绘制时域矩形调幅信号axis([-1.5 1.5 -1.1 1.1]);
title('矩形调幅信号','Fontsize',8);
xlabel('t','Fontsize',8);
subplot(222);
plot(W,F,'r'); %用红色绘制门信号的幅度频谱xlabel('w','Fontsize',8);
title('门信号的幅度频谱','Fontsize',8)
subplot(224);
plot(W,F1,'b'); %用蓝色绘制矩形调幅信号的幅度频谱
hold on;
plot(W,F,'r'); %绘制门信号的幅度频谱
xlabel('w');
title(strcat('矩形调幅信号的幅度频谱(w0 = ',num2str(w0),')')); %End
执行后即可实现调制特性的观察和演示。 (3) 系统频率响应
MATLAB 提供了专用函数freqs 来实现连续系统频率响应H(j ω)的分析。该函数可以求出系统频率响应的数值解，并可以绘制出系统的幅频及相频响应曲线。Freqs 有四种调用格式，分别如下：
H=freqs(B,A,W) [H,W]=freqs(B,A) [H,W]=freqs(B,A,N) freqs(B,A)
其具体用法及含义可以参考MATLAB 帮助。 (4) 信号的采样与重构
由Nyquist 采样定理可知：一个带宽为m ω的带限信号f(t)，可以唯一由它
的均匀采样信号)()(S s nT f t f =确定，其中，采样间隔m
S T ωπ
<
或m s ωω2≥，称采样间隔Ts 为Nyquist 间隔，采样角频率s ω为Nyquist 角频率。当m s ωω2=时，称s ω为临界采样角频率；当m s ωω2>时，称s ω为过采样角频率；当
m s ωω2<时，称s ω为欠采样角频率，此时采样信号的频率会发生混叠。
据此，可以编写MATLAB 程序来说明信号采样和Nyquist 采样定理作用。 采样是连续信号数字处理的第一个关键环节。因此本实验重点讨论该部分内容。
同样，依据信号与系统有关知识，我们可以知道，原信号f(t)也可以唯一的由采样函数内插进行恢复和重建。详细原理及过程参考信号与系统教材。
对一个连续信号xa(t)进行理想采样的过程可用下式表示：
)()()(t p t x t x a a =∧
其中)(t x a ∧
为)(t x a 的理想采样，)(t p 为周期冲激脉冲，即：
∑∞
-∞
=-=
n nT t t p )()(δ
)(t x ∧的傅里叶变换)(Ω∧
j X a 为
])([1)(∑∞
-∞
=∧
Ω-Ω=Ωm s a a m j X T j X
从而有
=
-=ΩΩ-∞
∞
-∞
-∞
=∧
?∑dt e
nT t t x j X t
j n a a ])()([)(δ∑?
∞
-∞
=Ω-∞
∞
--n t j a dt e nT t t x )]()(δ
∑∞
-∞
=Ω-=
n t j a
dt e nT x
)(
式中xa(nT)就是采样后得到的序列x(n)，即
∑∞
-∞
=-=
n n
j j e
n x e X ωω
)()(
x(n)的傅里叶变换为
)()(nT x n x a =
比较可知
T e X j X j a Ω==Ω∧
ωω|)()(
在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性，通常对X(ej ω)在［0, 2π］上进行M 点采样来观察分析。对长度为N 的有限长序列x(n), 有
其中一个时域离散线性非移变系统的输入/输出关系为
1
()()2,0,1,,1k N j n
j k
n k X e
x m e k k M M
ωωπ
ω--===
=???-∑()()()()()
m y n x n h n x m h n m ∞
=-∞
=*=
-∑
上述卷积运算也可以在频域实现
3. 实验内容及步骤
(1) 认真复习信号与系统的频域分析有关内容，阅读本实验原理与方法。 (2) 编制实验用频域分析程序。
编制典型周期信号如周期方波信号、周期锯齿脉冲信号、周期三角脉冲信号的频谱分析程序；
编制直观的观察傅立叶变换性质的程序；
编制求解下列两个系统的频率响应并绘制幅度响应和相位响应曲线的程序；
系统一：2
4.0)(04.0)(04.0)(2
2
++=ωωωωj j j j H 系统二：10
210
2)(++-=
ωωωj j j H
(3) 认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的傅里叶变换及性质等有关内容，阅读本实验原理与方法。
(4) 编制实验用主程序及相应子程序。
① 信号产生子程序，用于产生实验中要用到的下列信号序列： a ．对如下连续信号
x a (t)=Ae -at sin(Ω0t)u(t)
进行采样，可得到采样序列
x a (n)=x a (nT)=Ae -anT sin(Ω0nT)u(n), 0≤n<50
其中A 为幅度因子，a 为衰减因子，Ω0是模拟角频率，T 为采样间隔。这些参数都要在实验过程中由键盘输入，产生不同的x a (t)和x a (n)。
b. 单位脉冲序列： x b (n)=δ(n)
c. 矩形序列： x c (n)=R N (n), N=10
② 系统单位脉冲响应序列产生子程序。本实验要用到两种FIR 系统。
()()()
j j j Y e X e H e ωωω=
a. h a(n)=R10(n);
b. h b(n)=δ(n)+2.5δ(n-1)+2.5δ(n-2)+δ(n-3)
③有限长序列线性卷积子程序，用于完成两个给定长度的序列的卷积。可以直接调用MATLAB语言中的卷积函数conv。
conv用于两个有限长度序列的卷积，它假定两个序列都从n=0 开始。调用格式如下：
y=conv (x, h)
实验的主程序框图如下图1所示：
图1 实验的主程序框图
xa(t)的幅频特性曲线如图2所示。
图2 xa(t)的幅频特性曲线
(5) 调通并运行实验程序，完成下述实验内容： ① 分析采样序列的特性。
a. 取采样频率fs=1 kHz, 即T=1 ms 。
b. 改变采样频率， fs=300 Hz ，观察|X(ej ω)|的变化，并做记录(打印曲线)；进一步降低采样频率，fs=200 Hz ，观察频谱混叠是否明显存在，说明原因，并记录(打印)这时的|X(ej ω)|曲线。
② 时域离散信号、系统和系统响应分析。
a. 观察信号x b (n)和系统h b (n)的时域和频域特性； 利用线性卷积求信号x b (n)通过系统h b (n)的响应y(n)，比较所求响应y(n)和h b (n)的时域及频域特性， 注意它们之间有无差别，绘图说明，并用所学理论解释所得结果。
b. 观察系统h a (n)对信号x c (n)的响应特性。 ③ 卷积定理的验证。 4．实验方式及要求
每人一台安装有Matlab7.0的计算机，在计算机上编程仿真。 一人一组，独立完成。 5. 思考题
(1) 在分析理想采样序列特性的实验中，采样频率不同时，相应理想采样序列的傅里叶变换频谱的数字频率度量是否都相同? 它们所对应的模拟频率是否相同？为什么?
10.8
0.60.40.200
100200300
400500
x a (j f )
f /Hz
(2) 在卷积定理验证的实验中， 如果选用不同的频域采样点数M 值，例如，选M=10和M=20，分别做序列的傅里叶变换，求得
所得结果之间有无差异? 为什么?
(3) 在编程调试过程中应注意哪些问题？你都遇到了哪些问题，又是如何解决的？
6. 实验报告要求
(1) 简述实验目的及实验原理。
(2) 按实验步骤附上实验过程中的信号序列、 系统单位脉冲响应及系统响应序列的时域和幅频特性曲线， 并对所得结果进行分析和解释。
(3) 总结实验中的主要结论。 (4) 简要回答思考题。
()()(),0,1,,1
k k k j j j a Y e X e H e k M ωωω==???-
实验三数字信号处理基础以及信号变换技术
1.实验目的
（1）常用数字信号波形的产生，如：周期方波、周期三角波，Sinc函数、Diric 函数，脉冲信号、扫频信号等；
（2）数字信号的运算，采样率的转换以及离散系统模型的变换；
（3）DFT以及DFT应用中混叠现象与频率分辨率、栅栏效应与补零等问题；（4）FFT以及FFT应用；
（5）Z变换以及Z变换求解差分方程；
（6）DCT，Chirp z变换，Hilbert变换；
2. 实验原理与方法
（1）常用数字信号波形的产生
波形是数字信号处理的最基础内容，没有波形，数字信号处理就没了工作对
（2）数字信号的运算，采样率的转换以及离散系统模型的变换在数字信号处理领域，对信号所做的基本运算主要包括：信号加、信号乘、移位、采样和、采样积、翻转等。其MATLAB实现分别如下：信号加：x=x1+x2，注意：x1、x2长度必须相等，否则要补零后再相加；
信号乘：x=x1.*x2，注意：x1、x2长度必须相等，否则要补零后再相加；
信号移位：y(n)=x(n-k)；
信号采样和：y=sum(x(n1:n2))；
信号采样积：y=prod(x(n1:n2))；
信号翻转：y=fliplr(x)；
信号采样率的转换主要包括：信号整数倍抽取、信号整数倍插值、任意
倍数信号重采样，分别调用MATLAB函数decimate、interp、resample即可实现相应功能，其详细应用方法参考MATLAB帮助。
（3）DFT、FFT以及FFT应用
因为FFT只是DFT的一种快速算法，所以FFT的运算结果必然满足DFT 的基本性质，通过研究FFT以及FFT应用，可以进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解，而熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用，则可以学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。故本实验重点讨论FFT以及如何用FFT实现谱分析。
2.实验步骤
(1) 复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容。
(2) 复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流图和程序框图，读懂本实验提供的FFT子程序。
一、 填空题（每题2分，共10题） 1、 1、 对模拟信号（一维信号，是时间的函数）进行采样后，就是 信号，再 进行幅度量化后就是 信号。 2、 2、 )()]([ω j e X n x FT =，用)(n x 求出)](Re[ω j e X 对应的序列 为 。 ３、序列)(n x 的N 点DFT 是)(n x 的Z 变换在 的N 点等间隔采样。 ４、)()(5241n R x n R x ==，只有当循环卷积长度L 时，二者的循环卷积等于线性卷积。 ５、用来计算N ＝16点DFT ，直接计算需要_________ 次复乘法，采用基2FFT 算法，需要________ 次复乘法，运算效率为__ _ 。 ６、FFT 利用 来减少运算量。 ７、数字信号处理的三种基本运算是： 。 ８、FIR 滤波器的单位取样响应)(n h 是圆周偶对称的，N=6， 3)3()2(2 )4()1(5.1)5()0(======h h h h h h ，其幅度特性有什么特性？ ，相位有何特性？ 。 ９、数字滤波网络系统函数为 ∑=--= N K k k z a z H 111)(，该网络中共有 条反馈支路。 １０、用脉冲响应不变法将)(s H a 转换为)(Z H ，若)(s H a 只有单极点k s ，则系统)(Z H 稳定的条件是 （取s T 1.0=）。 二、 选择题（每题3分，共6题） 1、 1、 )6 3()(π-=n j e n x ，该序列是 。 A.非周期序列 B.周期 6π = N C.周期π6=N D. 周期π2=N 2、 2、 序列 )1()(---=n u a n x n ，则)(Z X 的收敛域为 。 A. a Z < B. a Z ≤ C. a Z > D. a Z ≥ 3、 3、 对)70()(≤≤n n x 和)190()(≤≤n n y 分别作20点DFT ，得)(k X 和)(k Y ， 19,1,0),()()(Λ=?=k k Y k X k F ，19,1,0)],([)(Λ==n k F IDFT n f ， n 在 范围内时，)(n f 是)(n x 和)(n y 的线性卷积。 A.70≤≤n B.197≤≤n C.1912≤≤n D.190≤≤n 4、 4、 )()(101n R n x =，) ()(72n R n x =，用DFT 计算二者的线性卷积，为使计算量尽可 能的少，应使DFT 的长度N 满足 。 A.16>N B.16=N C.16 数字图像处理实验三中值滤波和均值滤波实验报告 数字图像处理实验三 均值滤波、中值滤波的计算机实现12281166 崔雪莹计科1202班 一、实验目的： 1）熟悉均值滤波、中值滤波处理的理论基础； 2）掌握均值滤波、中值滤波的计算机实现方法； 3）学习VC++ 6。0 的编程方法； 4）验证均值滤波、中值滤波处理理论； 5）观察均值滤波、中值滤波处理的结果。 二、实验的软、硬件平台： 硬件：微型图像处理系统，包括：主机， PC机；摄像机； 软件：操作系统：WINDOWS2000或WINDOWSXP应用软件：VC++ 6.0 三、实验内容： 1）握高级语言编程技术； 2）编制均值滤波、中值滤波处理程序的方法； 3）编译并生成可执行文件； 4）考察处理结果。 四、实验要求： 1）学习VC++确6。0 编程的步骤及流程； 2）编写均值滤波、中值滤波的程序； 3）编译并改错； 4）把该程序嵌入试验二给出的界面中（作适当修改）； 5）提交程序及文档； 6）写出本次实验的体会。 五、实验结果截图 实验均值滤波采用的是3X3的方块，取周围的像素点取得其均值代替原像素点。边缘像素的处理方法是复制边缘的像素点，增加一个边框，计算里面的像素值得均值滤波。 六、实验体会 本次实验在前一次的实验基础上增加均值滤波和中值滤波，对于椒盐噪声的处理，发现中值滤波的效果更为好一点，而均值滤波是的整个图像变得模糊了一点，效果差异较大。本次实验更加增加了对数字图像处理的了解与学习。 七、实验程序代码注释及分析 // HistDemoADlg.h : 头文件 // #include "ImageWnd.h" #pragma once // CHistDemoADlg 对话框 class CHistDemoADlg : public CDialogEx { // 构造 实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现 一、实验指导 1．实验目的 （1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。 （4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。 2．实验容及步骤 （1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理； （2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示； 图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图 （3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。 （4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。 （4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord 和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。 提示：○1MATLAB函数fir1的功能及其调用格式请查阅教材； ○2采样频率Fs=1000Hz，采样周期T=1/Fs； ○3根据图1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz，阻带截 至频率fs=150Hz ，换算成数字频率，通带截止频率p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率s 20.3s f ωπ=T =π，阻带最小衰为60dB 。 ○ 4实验程序框图如图2所示，供读者参考。 图2 实验程序框图 4.思考题 (1)如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减,如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器?请写出设计步骤. (2)如果要求用窗函数法设计带通滤波器,且给定通带上、下截止频率为pl ω和pu ω，阻带上、下截止频率为sl ω和su ω，试求理想带通滤波器的截止频率cl cu ωω和。 （3）解释为什么对同样的技术指标，用等波纹最佳逼近法设计的滤波器阶数低？ 5．信号产生函数xtg 程序清单（见教材） 二、 滤波器参数及实验程序清单 1、滤波器参数选取 根据实验指导的提示③选择滤波器指标参数： 通带截止频率fp=120Hz ，阻带截至频率fs=150Hz 。代入采样频率Fs=1000Hz ，换算成数字频率，通带截止频率p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率 《数字信号处理》课程设计报告 设计课题滤波器设计与实现 专业班级电信1101班 姓名 学号 201105 报告日期2013年12月 《数字信号处理》 课程设计任务书 题目滤波器设计与实现 学生姓名甘源滢学号201105020103 专业班级电信1101班 设计内容与要求一、设计内容： 设计一个模拟低通巴特沃斯滤波器，技术指标：通带截止频率1000rad，通带最大衰减1dB；阻带起始频率5000rad，阻带最小衰减30dB，画出其幅度谱和相位谱。 二、设计要求 1 设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。 2 报告内容 （1）设计题目及要求 （2）设计原理(包括工作原理、涉及到的matlab函数的说明) （3）设计内容（设计思路，设计流程、仿真结果） （4）设计总结（收获和体会） （5）参考文献 （6）程序清单 起止时间2013年12 月16日至2013年12月23 日指导教师签名2013年12月10日系（教研室）主任签名2013年12 月12 日学生签名2013年12月13日 目录 1课题描述 (1) 1.1报告介绍 (1) 2设计原理 (2) 2.1巴特沃斯低通模拟滤波器的设计原理 (2) 2.2低通巴特沃斯滤波器的设计步骤如下 (3) 2.3函数说明 (3) 2.3.1buttord函数 (3) 2.3.2butter函数 (4) 2.4模拟低通滤波器的性能指标 (4) 3设计内容 (5) 3.1MATLAB简介 (5) 3.2巴特沃斯滤波器的设计步骤 (6) 3.3对巴特沃斯低通模拟滤波器的仿真 (6) 4实验结果分析 (7) 5实验心得体会 (7) 6程序清单 (8) 7参考文献 (9) 1.课题描述 1.1报告介绍 模拟滤波器的理论和设计方法已经发展的相当成熟，且有多种典型的滤波器供我们选择，如巴特沃斯(butterworth)滤波器,切比雪夫(chebyshev)滤波器，椭圆(ellipse)滤波器，贝塞尔(bessel)滤波器等。这些滤波器都有着严格的设计公式，现成的曲线和图表供设计人员使用，而且所设计的系统函数都满足电路实现条件。这些典型的滤波器各有特点：巴特沃斯滤波器具有单调下降到幅频特性；切比雪夫滤波器的幅频特性在带通或者阻带有等波纹特性，可以提高选择性；贝塞尔滤波器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性相对前三种是 1. 有一个线性移不变的系统，其系统函数为： 2z 2 1 )21)(2 11(2 3)(11 1<<-- - = ---z z z z H 1）用直接型结构实现该系统 2)讨论系统稳定性，并求出相应的单位脉冲响应)(n h 4．试用冲激响应不变法与双线性变换法将以下模拟滤波器系统函数变换为数字滤波器系统函数： H(s)= 3) 1)(s (s 2 ++其中抽样周期T=1s 。 三、有一个线性移不变的因果系统，其系统函数为： ) 21)(2 1 1(2 3)(111------= z z z z H 1用直接型结构实现该系统 2)讨论系统稳定性，并求出相应的单位脉冲响应)(n h 七、用双线性变换设计一个三阶巴特沃思数字低通虑波器，采样频率为kHz f s 4=（即采样周期为s T μ250=）,其3dB 截止频率为kHz f c 1=。三阶模拟巴特沃思滤波器为： 3 2 ) ()(2)(211)(c c c a s s s s H Ω+Ω+Ω+= 解1)2 111112 5 12 3) 21)(2 1 1(2 3)(------+-- = --- = z z z z z z z H …………………………….. 2分 当2 1 2> >z 时： 收敛域包括单位圆……………………………6分 系统稳定系统。……………………………….10分 1111 1211 2 111)21)(2 11(2 3)(------- -= -- - = z z z z z z H ………………………………..12分 )1(2)()2 1 ()(--+=n u n u n h n n ………………………………….15分 4.（10分）解： 3 1 11)3)(1(1)(+- +=++= s s s s s H ………………1分 1 311)(------ -= Z e s T Z e T z H T T ……………………3分 数字图像处理作业 ——空间域滤波器 摘要 在图像处理的过程中,消除图像的噪声干扰是一个非常重要的问题。本文利用matlab软件,采用空域滤波的方式,对图像进行平滑和锐化处理。平滑空间滤波器用于模糊处理和减小噪声，经常在图像的预处理中使用；锐化空间滤波器主要用于突出图像中的细节或者增强被模糊了的细节。本文使用的平滑滤波器有中值滤波器和高斯低通滤波器，其中，中值滤波器对去除椒盐噪声特别有效，高斯低通滤波器对去除高斯噪声效果比较好。使用的锐化滤波器有反锐化掩膜滤波、Sobel边缘检测、Laplacian边缘检测以及Canny算子边缘检测滤波器。不同的滤波方式，在特定的图像处理应用中有着不同的效果和各自的优势。 1、分别用高斯滤波器和中值滤波器去平滑测试图像test1和2，模板大小分别 是3x3 ， 5x5 ，7x7；利用固定方差 sigma=1.5产生高斯滤波器. 附件有产生高斯滤波器的方法。 实验原理分析： 空域滤波是直接对图像的数据做空间变换达到滤波的目的。它是一种邻域运算，其机理就是在待处理的图像中逐点地移动模板，滤波器在该点地响应通过事先定义的滤波器系数与滤波模板扫过区域的相应像素值的关系来计算。如果输出像素是输入像素邻域像素的线性组合则称为线性滤波（例如最常见的均值滤波和高斯滤波），否则为非线性滤波（中值滤波、边缘保持滤波等）。 空域滤波器从处理效果上可以平滑空间滤波器和锐化空间滤波器：平滑空间滤波器用于模糊处理和减小噪声，经常在图像的预处理中使用；锐化空间滤波器主要用于突出图像中的细节或者增强被模糊了的细节。 模板在源图像中移动的过程中，当模板的一条边与图像轮廓重合后，模板中心继续向图像边缘靠近，那么模板的某一行或列就会处于图像平面之外，此时最简单的方法就是将模板中心点的移动范围限制在距离图像边缘不小于（n－1）/2个像素处，单处理后的图像比原始图像稍小。如果要处理整幅图像，可以在图像轮廓边缘时用全部包含于图像中的模板部分来滤波所有图像，或者在图像边缘以外再补上一行和一列灰度为零的像素点（或者将边缘复制补在图像之外）。 ①中值滤波器的设计： 中值滤波器是一种非线性统计滤波器，它的响应基于图像滤波器包围的图像区域中像素的排序，然后由统计排序的中间值代替中心像素的值。它比小尺寸的线性平滑滤波器的模糊程度明显要低，对处理脉冲噪声（椒盐噪声）非常有效。中值滤波器的主要功能是使拥有不同灰度的点看起来更接近于它的邻近值，去除那些相对于其邻域像素更亮或更暗，并且其区域小于滤波器区域一半的孤立像素集。 在一维的情况下，中值滤波器是一个含有奇数个像素的窗口。在处理之后，位于窗口正中的像素的灰度值，用窗口内各像素灰度值的中值代替。例如若窗口长度为5，窗口中像素的灰度值为80、90、200、110、120，则中值为110，因为按小到大（或大到小）排序后，第三位的值是110。于是原理的窗口正中的灰度值200就由110取代。如果200是一个噪声的尖峰，则将被滤除。然而，如果它是一个信号，则滤波后就被消除，降低了分辨率。因此中值滤波在某些情况下抑制噪声，而在另一些情况下却会抑制信号。 将中值滤波推广到二维的情况。二维窗口的形式可以是正方形、近似圆形的或十字形等。本次作业使用正方形模板进行滤波，它的中心一般位于被处理点上。窗口的大小对滤波效果影响较大。 根据上述算法利用MATLAB软件编程，对源图像test1和test2进行滤波处理，结果如下图： IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 掌握冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理和方法； 观察冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的频率特性； 了解冲激相应不变法和双线性变换法的特点和区别。 二、实验原理： 无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计思想： a)设计一个合适的模拟滤波器 b)利用一定的变换方法将模拟滤波器转换成满足预定指 标的数字滤波器 切贝雪夫I型：通带中是等波纹的，阻带是单调的 切贝雪夫II型：通带中是单调的，阻带是等波纹的 1．用冲击响应不变法设计一个低通切贝雪夫I型数字滤波器通带上限截止频率为400Hz 阻带截止频率为600Hz 通带最大衰减为0.3分贝 阻带最小衰减为60分贝 抽样频率1000Hz 2．用双线性变换法设计切贝雪夫II型高通滤波器 通带截止频率2000Hz 阻带截止频率1500Hz 通带最大衰减0.3分贝 阻带最小衰减50分贝 抽样频率20000Hz 四、实验程序： 1） Wp=2*pi*400; Ws=2*pi*600; Rp=0.3; Rs=60; Fs=1000; [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [Z,P,K]=cheb1ap(N,Rp); [A,B,C,D]=zp2ss(Z,P,K); [At,Bt,Ct,Dt]=lp2lp(A,B,C,D,Wn); [num1,den1]=ss2tf(At,Bt,Ct,Dt); [num2,den2]=impinvar(num1,den1,Fs); [H,W1]=freqs(num1,den1); figure(1) subplot(2,1,1); semilogx(W1/pi/2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz'); ylabel(' 模拟滤波器幅值(db)'); [H,W2]=freqz(num2,den2,512,'whole',Fs); subplot(2,1,2); plot(W2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz'); 数字信号处理实验报告 设计题目：数字信号处理设计与仿真分析 学院：电子工程学院 专业： 班级： 学号： 姓名： 电子邮件： 日期： 成绩： 指导教师： 题目：数字信号处理设计与仿真分析 1. 引言 实验要求 (1) 建立两个模拟信号的数学模型s a1(t)和s a2(t)，其中s a1(t)是有用信号，s a2(t) 是干扰信号。两个信号的中心频率、信号带宽等参数由学生自己选定，要求两个信号的频谱不重叠，s a2(t)的幅度比s a1(t)的幅度高20dB ，两个信号时域叠加得到合成信号x a (t)，即 x a (t)= s a1(t)+ s a2(t) 设计计算机程序仿真产生s a1(t)、s a2(t)、x a (t)信号，分别画出三个模拟信号的时域波形和频谱图； (2) 根据x a (t)的中心频率和带宽，按照奈奎斯特采样定理选择采样频率f s ，分 别对信号s a1(t)、s a2(t)、x a (t)进行时域采样，得到离散信号s 1(n)、s 2(n)、x(n)。利用FFT 算法分析离散信号的频谱，分别画出三个离散信号的时域波形和频谱图； (3) 设计数字滤波器H(z)，要求该滤波器对干扰信号s 2(n)的衰减大于40dB 。提 出滤波器的设计指标，并设计滤波器，给出滤波器的设计结果，绘制滤波器的幅频特性和相频特性曲线，验证滤波器的设计结果是否达到设计指标要求； (4) 选择实现数字滤波器H(z)的结构，画出结构信号流图； (5) 将合成信号x(n)输入数字滤波器H(z)，按照所选择的滤波器结构，设计计 算机程序计算滤波器的输出响应y(n)，画出y(n)的时域波形和频谱图； (6) 分析、总结设计结果，提交课程设计报告。 实验目的 (1) 深入理解信号的采样过程、模拟信号与离散信号的特点、时域采样定理。 (2) 熟悉数字滤波的基本概念、数字滤波器的主要技术指标及其物理意义。 (3) 了解模拟和数字滤波器的频率变换、IIR 数字滤波器的直接(优化)设计方 法。 1、一线性时不变系统，输入为x (n)时，输出为y (n);则输入为2x (n)时，输出为2y(n) ;输入为x (n-3)时，输出为y(n-3) ________________________________ 。 2、从奈奎斯特采样定理得出，要使实信号采样后能够不失真还原，采样频率fs与信号最咼频率f max关系为：fS> = 2f max 。 3、已知一个长度为N的序列x(n)，它的离散时间傅立叶变换为X(e jw)，它的N点 离散傅立叶变换X ( K是关于X (e jw)的_N ________ 点等间隔采样。 4、有限长序列x(n)的8点DFT为X ( K),则X (K) = _________ 。 5、用脉冲响应不变法进行IIR数字滤波器的设计，它的主要缺点是频谱的交叠 所产生的混叠_________ 现象。 6、若数字滤波器的单位脉冲响应h(n)是奇对称的，长度为N,贝陀的对称中心是(N-1)/2_______ 。 7、用窗函数法设计FIR数字滤波器时，加矩形窗比加三角窗时，所设计出的滤波 器的过渡带比较窄，阻带衰减比较小。 8、无限长单位冲激响应(IIR )滤波器的结构上有反馈环路，因此是递归型结构。 9、若正弦序列x(n)=sin(30n n /120)是周期的，则周期是N二8 。 10、用窗函数法设计FIR数字滤波器时，过渡带的宽度不但与窗的类型有关，还与窗的采样点数有关 11、DFT与DFS有密切关系，因为有限长序列可以看成周期序列的主值区间截断，而周期序列可以看成有限长序列的周期延拓。 12、对长度为N的序列x(n)圆周移位m位得到的序列用Xn(n)表示，其数学表达式为x m(n)= x((n-m)) N R(n)。 13、对按时间抽取的基2-FFT流图进行转置，并将输入变输出，输出变输入即可得到按频率抽取的基 2-FFT流图。 14、线性移不变系统的性质有交换率、结合率和分配律。 数字图像处理实验报告 班级： 姓名： 学号： 日期： 邻域平均法和中值滤波处理 一、实验目的 图像变换是数字图像处理中的一种综合变换，如直方图变换、几何变换等。通过本实验，使得学生掌握两种变换的程序实现方法。 二、实验任务 请设计程序，分别用邻域平均法，其模板为：和中值滤波法对testnoise图像进行去噪处理（中值滤波的模板的大小也设为3×3）。 三、实验环境 本实验在Windows平台上进行，对内存及cpu主频无特别要求，使用VC或者MINGW（gcc）编译器均可。 四、设计思路 介绍代码的框架结构、所用的数据结构、各个类的介绍（类的功能、类中方法的功能、类的成员变量的作用）、各方法间的关系写。在此不进行赘述。 五、具体实现 实现设计思路中定义的所有的数据类型，对每个操作给出实际算法。对主程序和其他模块也都需要写出实际算法。 代码： <邻域平均法>(3*3) #include #include 数字信号处理 实验报告 实验四 IIR数字滤波器的设计学生姓名张志翔 班级电子信息工程1203班 学号 指导教师 实验四 IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 1. 掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设 计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的MATLAB编程。 2. 观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。 3.熟悉Butterworth滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。 二、实验原理: 1．脉冲响应不变法 用数字滤波器的单位脉冲响应序列模仿模拟滤波器的冲激响应 ,让正好等于的采样值，即，其中为采样间隔，如果以及分别表示的拉式变换及的Z变换，则 2．双线性变换法 S平面与z平面之间满足以下映射关系： s平面的虚轴单值地映射于z平面的单位圆上，s平面的左半平面完全映射到z平面的单位圆内。 双线性变换不存在混叠问题。 双线性变换是一种非线性变换，这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。 三、实验内容及步骤： 实验中有关变量的定义: fc 通带边界频率； fr阻带边界频率；δ通带波动；At 最小阻带衰减； fs采样频率； T采样周期 （1） =0.3KHz, δ=0.8Db, =0.2KHz, At =20Db,T=1ms; 设计一个切比雪夫高通滤波器，观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 MATLAB源程序： wp=2*1000*tan(2*pi*300/(2*1000)); ws=2*1000*tan(2*pi*200/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wp,ws,0.8,20,'s'); %给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动波动0.8，阻带最小衰减20dB，求出最低阶数和通带滤波器的通带边界频率Wn [B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s');%给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动 [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/(2*pi)*1000; plot(f,20*log10(abs(h))); 《DSP技术与应用---基于TMS320C54X》 实验指导书 湘潭大学信息工程学院 姚志强 2010.09.23 TMS320VC5402 DSK使用注意事项 1) 先用并口电缆和串口线(用到的话)将TMS320VC5402DSK与PC机相连， 而后再将电源接上，打开Code Composer Studio（简称CCS）后有可能报TMS320VC5402DSK和PC机未能连上的错误，可在PC机的CMOS_BIOS重新设置并行口的特性。 2) 将TMS320VC5402DSK上的DIP Switches的5、6置ON，其它置OFF。 3) 要在关闭CCS后及在断电的情况下插拔USB电缆线和串口线。 4) 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口容 易损坏。 5) TMS320VC5402DSK电路板上大多是CMOS集成电路，为防止静电击毁， 在拿出实验电缆后请立即将玻璃盖复原，任何时候都请不要用手及其它带电物体直接和电路板接触。 实验报告的撰写 1) 每个实验都单独写实验报告。 2) 实验要求和目的； 3) 实验主要内容； 4) 看懂程序代码，并画出程序流程图； 5) 作出硬件描述（如果与DSK板硬件有关）； 6）实验结果和心得。 实验注意事项 1) 实验项目所建工程文件统一放在F:\TI\CCS\myprojects下，其余盘在重启后会复原。 2) 实验过程中，不要涉及到中文路径(CCS不支持)，包括CCS程序安装路径、文件添加路径、实验源文件名称等。 3) 实验七CODEC语音回放实验用到DSK板，需要自带耳麦，请准备好。 实验一 CCS的安装与CCS操作界面的熟悉 一、实验目的 学会安装与设置Code Composer Studio。 熟悉CCS软件的操作界面。 二、实验设备 CCS安装光盘（本次安装程序在D:\DSP\ccs2.0ForC5000）、装有Windows 98以上操作系统的PC机 三、实验内容及步骤 https://www.doczj.com/doc/2919150488.html,S的安装 安装前需要卸载系统原来的C5000，进入控制面板进行卸载完毕后，再开始下面的步骤。 （1）找到CCS的安装软件，点击安装程序setup.exe，双击启动安装。安装完成后在 桌面上会有“CCS 2 C5000”和“SETUP CCS 2 C5000”两个快捷方式图标，分别对应CCS应用程序和CCS配置程序。 （2）双击运行“SETUP CCS 2 C5000”配置程序，配置驱动程序。本次实验没有用到实验箱，只需配置软件驱动程序。在弹出的“Import Configurantions”对话框中，先点击“Clear”键，清除以前的配置，然后选择“C5402 Simulator”,点击“Import”,最后点击“Save and Quit”按钮，完成配置。 https://www.doczj.com/doc/2919150488.html,S操作界面的熟悉 （1）在桌面上双击“CCS 2 C5000”，弹出一个TI仿真器并行调试管理器窗口。 （2）在管理器窗口的“open”菜单下选择“C54xx(C5402) Simulator”命令，将弹出一个CCS运行主窗口(如果直接弹出CCS运行主窗口,此步可略)。 (3) 点击Help_>Contents打开TMS320C54x Code Composer Stdio Help，在左边Contents列表中点击最后一个TMS320C5402 DSK,浏览了解其下所有子列表的内容，熟悉DSK板的基本硬件、配置及功能。 （4）对照教材介绍CCS的地方，逐一熟悉CCS中的12项菜单的功能，包括File、Edit、View、Project、Debug、Profiler、Option、GEL、Tools等菜单(结合实验二建立项目熟悉更好)。 （5）对照教材，逐一熟悉CCS的五种工具栏：Standard Toolbar、GEL Toolbar、Project Toolbar、Debug Toolbar、Edit Toolbar(结合实验二建立项目熟悉更好)。 数字信号处理期末复习题 一、单项选择题（在每个小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内，每小题1分，共20分） 1.要从抽样信号不失真恢复原连续信号，应满足下列条件的哪几条( ① )。 (Ⅰ)原信号为带限 (Ⅱ)抽样频率大于两倍信号谱的最高频率 (Ⅲ)抽样信号通过理想低通滤波器 ①.Ⅰ、Ⅱ②.Ⅱ、Ⅲ ③.Ⅰ、Ⅲ④.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 2.在对连续信号均匀采样时，若采样角频率为Ωs，信号最高截止频率为Ωc，则折叠频率为( ④ )。 ①Ωs ②.Ωc ③.Ωc/2 ④.Ωs/2 3.若一线性移不变系统当输入为x(n)=δ(n)时输出为y(n)=R3(n)，则当输入为u(n)-u(n-2)时输出为( ② )。 ①.R3(n) ②.R2(n) ③.R3(n)+R3(n-1) ④.R2(n)-R2(n-1) 4.已知序列Z变换的收敛域为｜z｜>1，则该序列为( ② )。 ①.有限长序列②.右边序列 ③.左边序列④.双边序列 5.离散系统的差分方程为y(n)=x(n)+ay(n-1)，则系统的频率响应( ③ )。 ①当｜a｜<1时，系统呈低通特性 ②.当｜a｜>1时，系统呈低通特性 ③.当0 6.序列x(n)=R5(n)，其8点DFT记为X(k)，k=0,1,…,7，则X(0)为( ④ )。 ①.2 ②.3 ③.4 ④.5 7.下列关于FFT的说法中错误的是( ① )。 ①.FFT是一种新的变换 ②.FFT是DFT的快速算法 ③.FFT基本上可以分成时间抽取法和频率抽取法两类 ④.基2 FFT要求序列的点数为2L(其中L为整数) 8.下列结构中不属于FIR滤波器基本结构的是( ③ )。 ①.横截型②.级联型 ③.并联型④.频率抽样型 9.已知某FIR滤波器单位抽样响应h(n)的长度为(M+1)，则在下列不同特性的单位抽样响应中可以用来设计线性相位滤波器的是( ① )。 ①.h［n］=-h［M-n］ ②.h［n］=h［M+n］ ③.h［n］=-h［M-n+1］ ④.h［n］=h［M-n+1］ 10.下列关于用冲激响应不变法设计IIR滤波器的说法中错误的是( ④ )。 ①.数字频率与模拟频率之间呈线性关系 ②.能将线性相位的模拟滤波器映射为一个线性相位的数字滤波器 ③.容易出现频率混叠效应 ④.可以用于设计高通和带阻滤波器 11.利用矩形窗函数法设计FIR滤波器时，在理想特性的不连续点附近形成的过滤带的宽度近似等于( ① )。 ①.窗函数幅度函数的主瓣宽度 ②.窗函数幅度函数的主瓣宽度的一半 数字图像处理实验三 均值滤波、中值滤波的计算机实现12281166 崔雪莹计科1202班 一、实验目的： 1）熟悉均值滤波、中值滤波处理的理论基础； 2）掌握均值滤波、中值滤波的计算机实现方法； 3）学习VC++ 6。0 的编程方法； 4）验证均值滤波、中值滤波处理理论； 5）观察均值滤波、中值滤波处理的结果。 二、实验的软、硬件平台： 硬件：微型图像处理系统，包括：主机， PC机；摄像机； 软件：操作系统：WINDOWS2000或WINDOWSXP应用软件：VC++ 6.0 三、实验内容： 1）握高级语言编程技术； 2）编制均值滤波、中值滤波处理程序的方法； 3）编译并生成可执行文件； 4）考察处理结果。 四、实验要求： 1）学习VC++确6。0 编程的步骤及流程； 2）编写均值滤波、中值滤波的程序； 3）编译并改错； 4）把该程序嵌入试验二给出的界面中（作适当修改）； 5）提交程序及文档； 6）写出本次实验的体会。 五、实验结果截图 实验均值滤波采用的是3X3的方块，取周围的像素点取得其均值代替原像素点。边缘像素的处理方法是复制边缘的像素点，增加一个边框，计算里面的像素值得均值滤波。 六、实验体会 本次实验在前一次的实验基础上增加均值滤波和中值滤波，对于椒盐噪声的处理，发现中值滤波的效果更为好一点，而均值滤波是的整个图像变得模糊了一点，效果差异较大。本次实验更加增加了对数字图像处理的了解与学习。 七、实验程序代码注释及分析 // HistDemoADlg.h : 头文件 // #include "ImageWnd.h" #pragma once // CHistDemoADlg 对话框 class CHistDemoADlg : public CDialogEx { // 构造 实验六 FIR 数字滤波器的设计 一、实验目的 1．熟悉FIR 滤波器的设计基本方法 2．掌握用窗函数设计FIR 数字滤波器的原理与方法。 二、实验内容 1．FIR 数字滤波器的设计方法 FIR 滤波器的设计问题在于寻求一系统函数)(z H ，使其频率响应)(ωj e H 逼近滤波器要求的理想频率响应)(ωj d e H ，其对应的单位脉冲响应为)(n h d 。 （1）用窗函数设计FIR 滤波器的基本原理 设计思想：从时域从发，设计)(n h 逼近理想)(n h d 。设理想滤波器)(ωj d e H 的单位脉 冲响应为)(n h d 。以低通线性相位FIR 数字滤波器为例。 ?∑--∞-∞=== ππωωωωω πd e e H n h e n h e H jn j d d jn n d j d )(21)()()( (6-1) )(n h d 一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断)()()(n w n h n h d =，即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。对称中心必须等于滤波器的延时常数，即 ???-==2 /)1()()()(N a n w n h n h d (6-2) 用矩形窗设计的FIR 低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象，且最大波纹大约为幅度的9%，这个现象称为吉布斯（Gibbs ）效应。为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数。 （2） 典型的窗函数 ① 矩形窗(Rectangle Window) )()(n R n w N = （6-3） 数字信号处理课程设计报告《应用Matlab对信号进行频谱分析及滤波》 专业： 班级： 姓名： 指导老师： 二0 0五年一月一日 目录 设计过程步骤（） 2.1 语音信号的采集（） 2.2 语音信号的频谱分析（） 2.3 设计数字滤波器和画出其频谱响应（） 2.4 用滤波器对信号进行滤波（） 2.5滤波器分析后的语音信号的波形及频谱（） ●心得和经验（） 设计过程步骤 2.1 语音信号的采集 我们利用Windows下的录音机，录制了一段开枪发出的声音，时间在1 s内。接着在C盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。通过wavread函数和sound的使用，我们完成了本次课程设计的第一步。其程序如下： [x,fs,bite]=wavread('c:\alsndmgr.wav',[1000 20000]); sound(x,fs,bite); 2.2 语音信号的频谱分析 首先我们画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在Matlab中，我们利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性性。到此，我们完成了课程实际的第二部。 其程序如下： n=1024; subplot(2,1,1); y=plot(x(50:n/4)); grid on ; title('时域信号') X=fft(x,256); subplot(2,1,2); plot(abs(fft(X))); grid on ; title('频域信号'); 运行程序得到的图形： 一、 填空题（30分，每空1分） 1、对模拟信号（一维信号，是时间的函数）进行采样后，就是 离散时间 信号，再进行幅度量化后就是 数字 信号。 2、已知线性时不变系统的单位脉冲响应为 )(n h ，则系统具有因果性要求)0(0)(<=n n h ，系统稳定要求 ∞ <∑∞ -∞ =n n h )(。 3、若有限长序列x(n)的长度为N ，h(n)的长度为M ，则其卷积和的长度L 为 N+M-1。 4、傅里叶变换的几种形式：连续时间、连续频率—傅里叶变换；连续时间离散频率—傅里叶级数；离散时间、连续频率—序列的 傅里叶变换；散时间、离散频率—离散傅里叶变换 5、 序列 )(n x 的N 点DFT 是)(n x 的Z 变换在 单位圆上 的N 点等间隔采样。 6、若序列的Fourier 变换存在且连续，且是其z 变换在单位圆上的值，则序列x(n)一定绝对可和。 7、 用来计算N ＝16点DFT ，直接计算需要__256___次复乘法，采用基2FFT 算法，需要__32__ 次复乘法 。 8、线性相位FIR 数字滤波器的单位脉冲响应 ()h n 应满足条件()()1--±=n N h n h 。 9. IIR 数字滤波器的基本结构中， 直接 型运算累积误差较大； 级联型 运算累积误差较小； 并联型 运算误差最小且运算速度最高。 10. 数字滤波器按功能分包括 低通 、 高通 、 带通 、 带阻 滤波器。 11. 若滤波器通带内 群延迟响应 = 常数，则为线性相位滤波器。 12. ()?? ? ??=n A n x 7 3cos π 错误!未找到引用源。的周期为 14 13. 求z 反变换通常有 围线积分法（留数法）、部分分式法、长除法等。 14. 用模拟滤波器设计IIR 数字滤波器的方法包括：冲激响应不变法、阶跃响应不变法、双线性变换法。 15. 任一因果稳定系统都可以表示成全通系统和 最小相位系统 的级联。 二、选择题（20分，每空2分） 1. 对于x(n)= n ? ? ? ??21u(n)的Z 变换，( B )。 A. 零点为z= 21，极点为z=0 B. 零点为z=0，极点为z=2 1 语音信号滤波去噪报告书 课程：数字信号处理 指导老师: 完成组员： 完成日期：2013.01.05 摘要本课程设计主要是下载一段语音信号，绘制其波形并观察其频谱。然后在该语言信号中加一个噪音，利用布莱克曼和矩形窗窗设计一个FIR滤波器，对该语音信号进行虑噪处理，然后比较滤波前后的波形与频谱。在本课程设计中，是用MATLAB的集成环境完成一系列的设计。首先对加噪的语音信号进行虑波去噪处理，再比较滤波前后的频率响应曲线，若一样则满足所设计指标，否则不满足。也可以调用函数sound听滤波前后其语音信号是否带有噪声。若无噪声也说明该滤波器的设置也是成功的。 关键词语音信号；MATLAB；FIR滤波器；滤波去噪； 1 引言 人们在语音通信的过程中将不可避免的会受到来自周围环境的干扰，例如传输媒介引入的噪声，通信设备内部的电噪声，乃至其他讲话者的话音等。正因为有这些干扰噪声的存在，接受者接受到的语音已不是原始的纯净语音信号，而是受噪声干扰污染的带噪声语音信号。而本课程设计就是利用MATLAB集成环境用布莱克曼窗的方法设计一个FIR滤波器，对语音信号进行滤波去噪处理，并将虑噪前后的频谱图进行对比。 1.1 课程设计目的 数字信号处理课程设计是数字信号处理课程的重要实践性环节，是学生在校期间一次较全面的工程师能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而复习巩固了课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现了对数字信号的处理。本课程设计能使学生对通信工程领域各种技术的DSP实现的设计有较熟练的掌握。且通过自身的实践，对DSP的设计程序、内容和方法有更深入的掌握，提高实际运用的能力。并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。 1.2课程设计的要求 （1）、录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。 （2）、给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应。 （3）、用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化并回放语音信号； （4）、通过利用各种不同的开发工具实现语音信号的滤波去噪，掌握数字信号的分析方法和处理方法。而且通过课程设计能够培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。 （5）、在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。数字图像处理实验三中值滤波和均值滤波实验报告
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