实验一 离散时间信号的表示及运算(数字信号实验)

数字信号处理实验报告引言数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是一门研究数字信号的获取、分析、处理和控制的学科。

在现代科技发展中，数字信号处理在通信、图像处理、音频处理等领域起着重要的作用。

本次实验旨在通过实际操作，深入了解数字信号处理的基本原理和实践技巧。

实验一：离散时间信号的生成与显示在实验开始之前，我们首先需要了解信号的生成与显示方法。

通过数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）可以轻松生成和显示各种类型的离散时间信号。

实验设置如下：1. 设置采样频率为8kHz。

2. 生成一个正弦信号：频率为1kHz，振幅为1。

3. 生成一个方波信号：频率为1kHz，振幅为1。

4. 将生成的信号通过DAC（Digital-to-Analog Converter）输出到示波器上进行显示。

实验结果如下图所示：（插入示波器显示的正弦信号和方波信号的图片）实验分析：通过示波器的显示结果可以看出，正弦信号在时域上呈现周期性的波形，而方波信号则具有稳定的上下跳变。

这体现了正弦信号和方波信号在时域上的不同特征。

实验二：信号的采样和重构在数字信号处理中，信号的采样是将连续时间信号转化为离散时间信号的过程，信号的重构则是将离散时间信号还原为连续时间信号的过程。

在实际应用中，信号的采样和重构对信号处理的准确性至关重要。

实验设置如下：1. 生成一个正弦信号：频率为1kHz，振幅为1。

2. 设置采样频率为8kHz。

3. 对正弦信号进行采样，得到离散时间信号。

4. 对离散时间信号进行重构，得到连续时间信号。

5. 将重构的信号通过DAC输出到示波器上进行显示。

实验结果如下图所示：（插入示波器显示的连续时间信号和重构信号的图片）实验分析：通过示波器的显示结果可以看出，重构的信号与原信号非常接近，并且能够还原出原信号的形状和特征。

这说明信号的采样和重构方法对于信号处理的准确性有着重要影响。

实验一 离散时间信号的表示与运算一 实验目的1、熟悉MATLAB 的绘图函数；2、掌握单位取样序列、单位阶跃序列、矩形序列和正余弦序列的产生方法；3、掌握离散时间信号基本运算的MATLAB 实现；4、掌握离散时间信号线性卷积和运算的MATLAB 实现。

二 实验设备1、计算机2、MA TLAB R2007a 仿真软件三 实验原理1）序列相加和相乘设有序列)(1n x 和)(2n x ，它们相加和相乘如下：)()()()()()(2121n x n x n x n x n x n x ⋅=+=注意，序列相加（相乘）是对应序列值之间的相加（相乘），因此参加运算的两个序列必须具有相同的长度，并且保证位置相对应。

如果不相同，在运算前应采用zeros 函数将序列左右补零使其长度相等并且位置相对应。

在MATLAB 中，设序列用x1和x2表示，序列相加的语句为：x=x1+x2；然而要注意，序列相乘不能直接用x=x1*x2,该式表示两个矩阵的相乘，而不是对应项的相乘。

对应项之间相乘的实现形式是点乘“.*”，实现语句为：x=x1.*x2。

2）序列翻转设有序列：)()(n x n y -=，在翻转运算中，序列的每个值以n=0为中心进行翻转，需要注意的是翻转过程中序列的样值向量翻转的同时，位置向量翻转并取反。

MATLAB 中，翻转运算用fliplr 函数实现。

设序列)(n x 用样值向量x 和位置向量nx 表述，翻转后的序列)(n y 用样值向量y 和位置向量ny 描述。

3）序列的移位移位序列)(n x 的移位序列可表示为：)()(0n n x n y -=，其中，00>n 时代表序列右移0n 个单位；00<n 时代表序列左移0n 个单位。

在移位过程中，序列值未发生任何变化，只是位置向量的增减。

MA TLAB 中没有固定函数实现移位运算。

设序列)(n x 用样值向量x 和位置向量nx 描述移位0n 后的序列)(n y 用样值向量y 和位置向量ny 描述。

第1篇一、实验目的1. 理解时域离散信号的基本概念和特性。

2. 掌握时域离散信号的表示方法。

3. 熟悉常用时域离散信号的产生方法。

4. 掌握时域离散信号的基本运算方法。

5. 通过MATLAB软件进行时域离散信号的仿真分析。

二、实验原理时域离散信号是指在时间轴上取离散值的一类信号。

这类信号在时间上不连续，但在数值上可以取到任意值。

时域离散信号在数字信号处理领域有着广泛的应用，如通信、图像处理、语音处理等。

时域离散信号的基本表示方法有：1. 序列表示法：用数学符号表示离散信号，如 \( x[n] \) 表示离散时间信号。

2. 图形表示法：用图形表示离散信号，如用折线图表示序列。

3. 时域波形图表示法：用波形图表示离散信号，如用MATLAB软件生成的波形图。

常用时域离散信号的产生方法包括：1. 单位阶跃信号：表示信号在某个时刻发生突变。

2. 单位冲激信号：表示信号在某个时刻发生瞬时脉冲。

3. 正弦信号：表示信号在时间上呈现正弦波形。

4. 矩形脉冲信号：表示信号在时间上呈现矩形波形。

时域离散信号的基本运算方法包括：1. 加法：将两个离散信号相加。

2. 乘法：将两个离散信号相乘。

3. 卷积：将一个离散信号与另一个离散信号的移位序列进行乘法运算。

4. 反褶：将离散信号沿时间轴翻转。

三、实验内容1. 实验一：时域离散信号的表示方法（1）使用序列表示法表示以下信号：- 单位阶跃信号：\( u[n] \)- 单位冲激信号：\( \delta[n] \)- 正弦信号：\( \sin(2\pi f_0 n) \)- 矩形脉冲信号：\( \text{rect}(n) \)（2）使用图形表示法绘制以上信号。

2. 实验二：时域离散信号的产生方法（1）使用MATLAB软件生成以下信号：- 单位阶跃信号- 单位冲激信号- 正弦信号（频率为1Hz）- 矩形脉冲信号（宽度为2）（2）观察并分析信号的波形。

3. 实验三：时域离散信号的基本运算（1）使用MATLAB软件对以下信号进行加法运算：- \( u[n] \)- \( \sin(2\pi f_0 n) \)（2）使用MATLAB软件对以下信号进行乘法运算：- \( u[n] \)- \( \sin(2\pi f_0 n) \)（3）使用MATLAB软件对以下信号进行卷积运算：- \( u[n] \)- \( \sin(2\pi f_0 n) \)（4）使用MATLAB软件对以下信号进行反褶运算：- \( u[n] \)4. 实验四：时域离散信号的仿真分析（1）使用MATLAB软件对以下系统进行时域分析：- 系统函数：\( H(z) = \frac{1}{1 - 0.5z^{-1}} \)（2）观察并分析系统的单位冲激响应。

数字信号处理课程实验报告实验一 离散时间信号和系统响应一. 实验目的1. 熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解2. 掌握时域离散系统的时域特性3. 利用卷积方法观察分析系统的时域特性4. 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对离散信号及系统响应进行频域分析二、实验原理1. 采样是连续信号数字化处理的第一个关键环节。

对采样过程的研究不仅可以了解采样前后信号时域和频域特性的变化以及信号信息不丢失的条件，而且可以加深对离散傅里叶变换、Z 变换和序列傅里叶变换之间关系式的理解。

对连续信号()a x t 以T 为采样间隔进行时域等间隔理想采样，形成采样信号： 式中()p t 为周期冲激脉冲，()a x t 为()a x t 的理想采样。

()a x t 的傅里叶变换为()a X j Ω：上式表明将连续信号()a x t 采样后其频谱将变为周期的，周期为Ωs=2π/T 。

也即采样信号的频谱()a X j Ω是原连续信号xa(t)的频谱Xa(jΩ)在频率轴上以Ωs 为周期，周期延拓而成的。

因此，若对连续信号()a x t 进行采样，要保证采样频率fs ≥2fm ，fm 为信号的最高频率，才可能由采样信号无失真地恢复出原模拟信号ˆ()()()a a xt x t p t =1()()*()21()n a a a s X j X j P j X j jn T π∞=-∞Ω=ΩΩ=Ω-Ω∑()()n P t t nT δ∞=-∞=-∑计算机实现时，利用计算机计算上式并不方便，因此我们利用采样序列的傅里叶变换来实现，即而()()j j n n X e x n e ωω∞-=-∞=∑为采样序列的傅里叶变换2. 时域中，描述系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，频域中可用系统函数描述系统特性。

已知输入信号，可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应。

南昌航空大学实验报告2012 年 04 月 06 日课程名称： 数字信号处理 实验名称： 离散信号及其MATLAB 实现 班级： 090423班 学号： 09042303 姓名： 张 丽实验一 离散信号及其MATLAB 实验一、实验目的（1）熟悉MATLAB 的主要操作命令；（2）学会离散信号的表示方法及其基本运算； （3）掌握简单的绘图命令；（4）用Matlab 编程并学会创建函数。

二、实验内容（1）序列的加、减、乘、除和乘方运算。

输入A=[1 2 3 4 ]，B=[3 4 5 6]，起点n=0，求C=A+B ，D=A-B ，E=A.*B ，F=A./B ，G=A.^B ，并用stem 语句画出A ，B ，C ，D ，E ，F ，G 。

（2）用MATLAB 实现下列序列：① x(n)=n 8.0 0≤n ≤15 ② x(n)=n j e )32.0( 0≤n ≤15③ x(n)=3cos(0.125πn+0.2π)+2sin(0.25πn+0.1π) 0≤n ≤15(3)编写函数如stepshift （n0，n1，n2）实现u(n)的移动序列u(n-n0)，n1≤n ≤n2，给出该函数的图形。

设n1=0，n2=9，n0=2(4) x(n)=[1，-1，3，5]，起点n=0，产生并绘出下列序列的样本： x1(n)=2x(n+2)-x(n-1)-2x(n)三、实验程序及实验图形 实验（1） 1、 程序：n=[0:3];A=[1 2 3 4 ]; %定义序列A ，即一行四列的矩阵 B=[3 4 5 6]; %定义序列BC=A+B;D=A-B;E=A.*B;F=A./B;G=A.^B; figure(1);subplot(2,2,1) %将图形界面分成2行2列，其中第一个显示下列图形 stem(n,A,'r*'); %绘制二维离散数据的火柴杆图，用红线和*号标出xlabel('n'); %x 轴标签为n ylabel('A'); %y 轴标签为A grid on; %绘制网格 subplot(2,2,2)stem(n,B);xlabel('n');ylabel('B');grid on; subplot(2,2,3)stem(n,C);xlabel('n');ylabel('C');grid on;title('序列的运算'); subplot(2,2,4);stem(n,D);xlabel('n');ylabel('D');grid on; figure(2);subplot(3,1,1)stem(n,E);xlabel('n');ylabel('E');grid on;title('序列的运算'); subplot(3,1,2)stem(n,F);xlabel('n');ylabel('F');grid on; subplot(3,1,3)stem(n,G);xlabel('n');ylabel('G');grid on;2、 运行结果nAnBnCnD图1 A 、B 、C 、D 的波形nE序列的运算nFnG图2 E 、F 、G 的波形3、 实验结果分析：由图1和图2可知：序列的加、减、乘、除是在n 上的对应点的加、减、乘、除，.*、./、.^也是矩阵的对应点相乘、除、乘方，对离散序列进行运算可以看作是对两个行向量的运算。

一、实验目的1. 理解数字信号处理的基本概念和原理。

2. 掌握离散时间信号的基本运算和变换方法。

3. 熟悉数字滤波器的设计和实现。

4. 培养实验操作能力和数据分析能力。

二、实验原理数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是利用计算机对信号进行采样、量化、处理和分析的一种技术。

本实验主要涉及以下内容：1. 离散时间信号：离散时间信号是指时间上离散的信号，通常用序列表示。

2. 离散时间系统的时域分析：分析离散时间系统的时域特性，如稳定性、因果性、线性等。

3. 离散时间信号的变换：包括离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）等。

4. 数字滤波器：设计、实现和分析数字滤波器，如低通、高通、带通、带阻滤波器等。

三、实验内容1. 离散时间信号的时域运算（1）实验目的：掌握离散时间信号的时域运算方法。

（2）实验步骤：a. 使用MATLAB生成两个离散时间信号；b. 进行时域运算，如加、减、乘、除等；c. 绘制运算结果的时域波形图。

2. 离散时间信号的变换（1）实验目的：掌握离散时间信号的变换方法。

（2）实验步骤：a. 使用MATLAB生成一个离散时间信号；b. 进行DTFT、DFT和FFT变换；c. 绘制变换结果的频域波形图。

3. 数字滤波器的设计和实现（1）实验目的：掌握数字滤波器的设计和实现方法。

（2）实验步骤：a. 设计一个低通滤波器，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等；b. 使用MATLAB实现滤波器；c. 使用MATLAB对滤波器进行时域和频域分析。

4. 数字滤波器的应用（1）实验目的：掌握数字滤波器的应用。

（2）实验步骤：a. 采集一段语音信号；b. 使用数字滤波器对语音信号进行降噪处理；c. 比较降噪前后的语音信号，分析滤波器的效果。

四、实验结果与分析1. 离散时间信号的时域运算实验结果显示，通过MATLAB可以方便地进行离散时间信号的时域运算，并绘制出运算结果的时域波形图。

数字信号处理实验一实验目的：掌握利用Matlab产生各种离散时间信号，实现信号的相加、相乘及卷积运算实验函数：参考课本77-19页，注意式(2.11.1)的表达与各matlab子函数间的关系。

1、stem(x,y) % 绘制以x为横轴，y为纵轴的离散序列图形2、[h ,t] = impz(b, a) % 求解数字系统的冲激响应h，取样点数为缺省值[h, t] = impz(b, a, n) % 求解数字系统的冲激响应h，取样点数为nimpz(b, a) % 在当前窗口用stem(t, h)函数出图3、[h ,t] = dstep(b, a) % 求解数字系统的阶跃响应h，取样点数为缺省值[h, t] = dstep (b, a, n) % 求解数字系统的阶跃响应h，取样点数为ndstep (b, a) % 在当前窗口用stairs(t, h)函数出图4、y = filter(b,a,x) % 在已知系统差分方程或转移函数的情况下求系统输出实验原理：一、常用的时域离散信号及其程序1、产生单位抽样函数δ(n)n1 = -5;n2 = 5;n0 = 0;n = n1:n2;x = [n==n0]; % x在n=n0时为1，其余为0stem(n,x,'filled'); %filled:序列圆心处用实心圆表示axis([n1,n2,0,1.1*max(x)])title('单位抽样序列')xlabel('time(n)')ylabel('Amplitude:x(n)')2、产生单位阶跃序列u(n)n1 = -2;n2 = 8;n0 = 0;n = n1:n2;x = [n>=n0]; % x在n>=n0时为1，其余为0stem(n,x,'filled');axis([n1,n2,0,1.1*max(x)])title('单位阶跃序列')xlabel('time(n)')ylabel('Amplitude:x(n)')3、复指数序列复指数序列的表示式为()(),00,0j n e n x n n σω+⎧≥⎪=⎨<⎪⎩，当0ω=时，()x n 为实指数序列；当0σ=时，()x n 为虚指数序列，即()()cos sin j n e n j n ωωω=+，即其实部为余弦序列，虚部为正弦序列。

实验一离散时间LTI系统的时域分析与Z域分析一、实验目的1、掌握用MATLAB求解离散时间系统的零状态响应、单位脉冲响应和单位阶跃响应；2、掌握离散时间系统系统函数零极点的计算方法和零极点图的绘制方法，并能根据零极点图分析系统的稳定性。

二、实验原理1、离散时间系统的时域分析（1）离散时间系统的零状态响应离散时间LTI系统可用线性常系数差分方程来描述，即MATLAB中函数filter可对式（1-1）的差分方程在指定时间范围内的输入序列所产生的响应进行求解。

函数filter的语句格式为：y=filter(b,a,x)其中，x为输入的离散序列；y为输出的离散序列；y的长度与x的长度一样；b与a分别为差分方程右端与左端的系数向量。

（2）离散时间系统的单位脉冲响应系统的单位脉冲响应定义为系统在 (n)激励下系统的零状态响应，用h(n)表示。

MATLAB求解单位脉冲响有两种方法：一种是利用函数filter；另一种是利用函数impz。

impz函数的常用语句格式为impz(b,a,n)，其中b和a的定义见filter，n表示脉冲响应输出的序列个数。

（3）离散时间系统的单位阶跃响应系统的单位阶跃响应定义为系统在ε(n)激励下系统的零状态响应。

MATLAB求解单位脉冲响应有两种方法：一种是利用函数filter，另一种是利用函数stepz。

stepz函数的常用语句格式为stepz(b,a,N)其中，b和a的定义见filter，N表示脉冲响应输出的序列个数。

2、离散时间系统的Z域分析(1)系统函数的零极点分析离散时间系统的系统函数定义为系统零状态响应的z变换与激励的z变换之比，即如果系统函数H(z)的有理函数表示式为那么，在MATLAB中系统函数的零极点就可通过函数roots得到，也可借助函数tf2zp得到。

roots的语法格式为：Z=roots(b)%计算零点b=[b1b2…bmbm+1]P=roots(a)%计算极点a=[a1a2…anan+1]tf2zp的语句格式为[Z,P,K]=tf2zp(b,a)其中，b与a分别表示H(z)的分子与分母多项式的系数向量。

实验一 离散时间信号的产生1. 实验目的数字信号处理系统中的信号都是以离散时间形态存在的，所以对离散时间信号的研究是数字信号处理的基本所在。

而要研究离散时间信号，首先需要产生各种离散时间信号。

使用MATLAB 软件 很方便的产生各种常见的离散时间信号，而且它还有强大的绘图功能，便于用户直接地处理输出结果。

2. 实验原理离散时间信号是指在离散时刻才有定义的信号，简称离散信号，或者序列。

离散序列通常用x(n)来表示，自变量必须是整数，常见的离散时间信号如下：（1） 单位冲激序列⎩⎨⎧=01)(n δ 00≠=n n如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，)(k n -δ即：⎩⎨⎧=-01)(k n δ 0≠=n k n长度为N 的单位冲激序列δ(n)可以通过下面的MATLAB 命令获得。

n=-(N-1):N-1x=[zeros(1,N-1) 1 zeros(1,N-1)];setm(n,x)延迟K 个采样点的长度为N 的单位冲激序列δ（N-k ）(k<N)可以用下面的命令获得： n=-(N-1):N-1x=[zeros(1,M) 1 zeros(1,N-M-1)];setm(n,y)(2)单位阶跃序列⎩⎨⎧01)(n u 00<≥n n 长度为N 的单位阶跃序列u (n)可以通过下面的MA TLAB 命令获得。

n=-(N-1):N-1x=[zeros(1,N-1) ones(1,N)];setm(n,x)延迟的单位阶跃序可以用类似于单位冲激信号的方法产生。

（3）矩形序列R N =u(n)-u(n-N)（4）正弦序列x (n ) = A cos(ωn +φ).这里A ，ω，φ都是实数分别为正弦信号的振幅，角频率，和初始相位，可以用下面的命令获得：n=0:N-1x=A*cos(2*pi*f*n/Fs+phase)(5) 单边指数序列：n a n x =)(u (n) 长度为N 的单边指数序列可以通过下面的MA TLAB 命令实现n a x N n .^1:0=-=setm(n,x)(6)复指数序列3实验内容(1)绘制程序产生单位冲激序列⎩⎨⎧=01)(n δ00≠=n n 及δ（n-“学号后两位”）并绘出其图形>> n=-10:10;>> x=[zeros(1,10),1,zeros(1,10)];>> stem(n,x)>> title('单位冲激序列'); >> xlabel('n');ylabel('x(n)');>> n=0:50;>> y=[zeros(1,40),1,zeros(1,10)];>>stem(n,y);>> title('单位冲激采样后的序列');>> xlabel('n');ylabel('y(n)');（2）绘制程序产生单位阶跃信号⎩⎨⎧01)(n u 00<≥n n 及u(n-“学号后两位”)及u(n)- u(n-“学号后两位”),并绘出其图形。