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数字信号综合实验八

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数字信号处理实验 题 目 数字音频信号的分析与处理 班 级 电子111班 姓 名 陈述创 学 号 1107400113 日 期 2014.06.13-2013.06.20 一、实验目的 1．复习巩固数字信号处理的基本理论； 2．利用所学知识研究并设计工程应用方案。

二、实验原理 数字信号处理技术在音频信号处理中的应用日益增多，其灵活方便的优点得到体现。分频器即为其中一种音频工程中常用的设备。 人耳能听到的声音频率范围为20Hz~20000Hz，但由于技术所限，扬声器难以做到在此频率范围内都有很好的特性，因此一般采用两个以上的扬声器来组成一个系统，不同的扬声器播放不同频带的声音，将声音分成不同频带的设备就是分频器。下图是一个二分频的示例。

图8.1 二分频示意图 高通滤波器和低通滤波器可以是FIR或IIR类型，其中FIR易做到线性相位，但阶数太高, 不仅需要耗费较多资源，且会带来较长的延时；IIR阶数低，但易出现相位失真及稳定性问题。 对分频器的特性，考虑最多的还是两个滤波器合成的幅度特性，希望其是平坦的，如图8.2所示：

图8.2 分频器幅度特性

分频器 低频放大器 高频放大器

声音 输入

High-pass

Low-pass 由于IIR的延时短，因此目前工程中大量应用的还是Butterworth、Bessel、Linkwitz-Riley三种IIR滤波器。其幅频特性如图8.3所示：

图8.3 三种常用IIR分频器的幅度特性 巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等类型的数字滤波器系数可通过调用MATLAB函数很方便的计算得到，但Bessel、Linkwitz-Riley数字滤波器均无现成的Matlab函数。 并联系统的系统函数为

级联系统的系统函数为 宁可瑞滤波器（Linkwitz-Riley），由两个巴特沃斯滤波器级联而成。 N阶巴特沃夫滤波器等效宁可瑞滤波器的设计

lhhllh

()()()()()()()()()()()()()()()B=conv(B,A)+conv(B,A)A=conv(A,A)lhlhlhlhhllhBzBzHzHzHzAzAzBzAzBzAzBzAzAzAz





1212

12

l212

()()()()()()()()()B=conv(B,B)A=conv(A,A)BzBzBz

HzHzHzAzAzAz



 为了使设计的IIR滤波器方便在DSP上实现，常将滤波器转换为二阶节级联的形式。 设计好分频器后，为验证分频后的信号是否正确，可用白噪声信号作为输入信号，然后对分频后的信号进行频谱分析。

三、仪器设备 1.硬件：计算机一台，耳机。 2.软件：MATLAB R2010b

四、实验步骤 任意选择两种类型的IIR数字滤波器，设计一个二分频的数字分频器，已知系统的采样率为48000Hz。 （1）分频点为2000Hz； （2）要求给出类似图8.3的幅频特性图，分频器的幅频响应平坦，在分频点处最多不能超过3dB的偏差； （3）滤波器必须是二阶节形式； （4）给出相位特性图； （5）用频谱分析的方法验证设计好的分频器； （6）对选用的两种类型的滤波器效果进行对比。 滤波器设计的基本步骤：

五、数据记录 我选择要设计的合成滤波器为ButterWorth IIR滤波器和Linkwitz-Riley IIR滤波器。

B(z)/A(z) (N/2阶) B(z)/A(z)

(N/2阶)

x(n) y(n)

根据分频点要求初始化参数（截止频率、滤波器阶数N） 调用MATLAB函数设计滤波器（如[B,A] = butter(N,wc)） 评估滤波器性能（[magH,w]=freqz(B,A)） 1.设计程序 设计程序如下：（以4阶巴特沃斯滤波器、宁可瑞滤波器设计的分频器程序为例（分频器阶数为8阶）） %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%设计分频器 clear;clc; fs = 48000;%采样频率为48000Hz fc = 2000;%分频点为2000Hz wc = 2 * fc / fs; N = 4; %滤波器阶数，分频器阶数为2*N [BL,AL] = butter(N,wc); %计算巴特沃思低通滤波器系统函数B,A系数 [BH,AH] = butter(N,wc,'high'); %计算巴特沃思高通滤波器系统函数B,A系数 [magHH,w]=freqz(BH,AH);%计算巴特沃思高通滤波器幅频特性 magHH=20*log10(abs(magHH)); f=w*fs/(2*pi);%把数字频率w转换为模拟频率f [BL1,AL1] = butter(N/2,wc); [BH1,AH1] = butter(N/2,wc,'high'); BL1=conv(BL1,BL1); %计算宁可瑞低通滤波器系统函数B,A系数 AL1 = conv(AL1,AL1); BH1=conv(BH1,BH1);%计算宁可瑞高通滤波器系统函数B,A系数 AH1 = conv(AH1,AH1); [magHH1,w1]=freqz(BH1,AH1);%计算宁可瑞高通滤波器幅频特性 magHH1=20*log10(abs(magHH1)); f1=w1*fs/(2*pi); semilogx(f,magHH,'-.r',f1,magHH1,'b'); hold on; [magHL,w]=freqz(BL,AL);%计算巴特沃思低通滤波器幅频特性 magHL=20*log10(abs(magHL)); f=w*fs/(2*pi); [magHL1,w1]=freqz(BL1,AL1);%计算宁可瑞低通滤波器幅频特性 magHL1=20*log10(abs(magHL1)); f1=w1*fs/(2*pi); semilogx(f,magHL,'-.r',f1,magHL1,'b'); hold on; B=conv(BL,AH)+conv(BH,AL); %计算巴特沃思滤波器并联系统的系统函数 A=conv(AL,AH); [magH,w]=freqz(B,A); %计算巴特沃思滤波器并联系统幅频特性 magH=20*log10(abs(magH)); f=w*fs/(2*pi); B1=conv(BL1,AH1)+conv(BH1,AL1); %计算宁可瑞滤波器并联系统的系统函数 A1=conv(AL1,AH1); [magH1,w1]=freqz(B1,A1); %计算宁可瑞滤波器并联系统幅频特性 magH1=20*log10(abs(magH1)); f1=w1*fs/(2*pi); semilogx(f,magH,'-.r',f1,magH1,'b'); legend('巴特沃斯滤波器','宁可瑞滤波器'); title('IIR分频器的幅度特性'); axis([100 20000 -40 10]); hold on grid on %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %分析巴特沃斯滤波器及其设计的分频器的幅频特性、零极点分布 %巴特沃斯低通 subplot(2,2,1);zplane(BL,AL); title('巴特沃斯低通滤波器的零极点分布') [HL,wL]=freqz(BL,AL); subplot(2,2,2);plot(wL/pi,abs(HL)); title('巴特沃斯低通滤波器的幅度特性') xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|'); subplot(2,2,4);plot(wL/pi,angle(HL)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)'); title('巴特沃斯低通滤波器的相频特性') %巴特沃斯高通 subplot(2,2,1);zplane(BH,AH); title('巴特沃斯高通滤波器的零极点分布') [HH,wH]=freqz(BH,AH); subplot(2,2,2);plot(wH/pi,abs(HH)); title('巴特沃斯高通滤波器的幅度特性') xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|'); subplot(2,2,4);plot(wH/pi,angle(HH)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)'); title('巴特沃斯高通滤波器的相频特性') %设计的分频器 subplot(2,2,1);zplane(B,A); title('分频器的零极点分布') [H,w]=freqz(B,A); subplot(2,2,2);plot(w/pi,abs(H)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(e^j^\omega)|'); title('分频器的幅度特性') subplot(2,2,4);plot(w/pi,angle(H)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('\phi(\omega)'); title('分频器的相频特性') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %分析宁可瑞滤波器及其设计的分频器的幅频特性、零极点分布 %宁可瑞低通 subplot(2,2,1);zplane(BL1,AL1); title('宁可瑞低通滤波器的零极点分布')

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数字信号处理实验报告

数字信号处理实验报告

数字信号处理实验报告⼀、课程设计(综合实验)的⽬的与要求⽬的与要求：1．掌握《数字信号处理基础》课程的基本理论； 2．掌握应⽤MATLAB 进⾏数字信号处理的程序设计；实验内容：已知低通数字滤波器的性能指标如下：0.26p ωπ=，0.75dB p R =，0.41s ωπ=，50dB s A =要求：1. 选择合适的窗函数，设计满⾜上述指标的数字线性相位FIR 低通滤波器。

⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分析显⽰滤波器的单位冲激响应、相频响应、幅频响应和以dB 为纵坐标的幅频响应曲线。

2. ⽤双线性变换法，设计满⾜上述指标的数字Chebyshev I 型低通滤波器。

⽤⼀个图形窗⼝，包括三个⼦图，分析显⽰滤波器的幅频响应、以dB 为纵坐标的幅频响应和相频响应。

3. 已知模拟信号1234()2sin(2)5sin(2)8cos(2)7.5cos(2)x t f t f t f t f t ππππ=+++其中10.12f kHz =，2 4.98f kHz =，3 3.25f kHz =，4 1.15f kHz =，取采样频率10s f kHz =。

要求：(1) 以10s f kHz =对()x t 进⾏取样，得到()x n 。

⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x t 以及()x n (0511n ≤≤)的波形；(2) ⽤FFT 对()x n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

求出⼀个记录长度中的最少点数x N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x n 以及()X k 的幅值； (3) ⽤要求1中设计的线性相位低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出1()y n ，并⽤FFT 对1()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

求出⼀个记录长度中的最少点数1y N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分别显⽰()x n （01x n N ≤≤-）、()X k 、1()y n （101y n N ≤≤-）和1()Y k 的幅值；(4) ⽤要求2中设计的Chebyshev 低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出2()y n ，并⽤FFT 对2()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

北邮-DSP数字信号处理 实验-实验报告

北邮-DSP数字信号处理 实验-实验报告

北京邮电大学电子工程学院电子实验中心<数字信号处理实验>实验报告班级： xxx学院： xxx实验室： xxx 审阅教师：姓名（班内序号）： xxx 学号： xxx 实验时间： xxx评定成绩：目录一、常规实验 (3)实验一常用指令实验 (3)1.试验现象 (3)2.程序代码 (3)3.工作原理 (3)实验二数据储存实验 (4)1.试验现象 (4)2.程序代码 (4)3.工作原理 (4)实验三I/O实验 (5)1.试验现象 (5)2.程序代码 (5)3.工作原理 (5)实验四定时器实验 (5)1.试验现象 (5)2.程序代码 (6)3.工作原理 (9)实验五INT2中断实验 (9)1.试验现象 (9)2.程序代码 (9)3.工作原理 (13)实验六A/D转换实验 (13)1.试验现象 (13)2.程序代码 (14)3.工作原理 (18)实验七D/A转换实验 (19)1.试验现象 (19)2.程序代码 (19)3.工作原理 (37)二、算法实验 (38)实验一快速傅里叶变换（FFT）算法实验 (38)1.试验现象 (38)2.程序代码 (38)3.工作原理 (42)实验二有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验 (42)1.试验现象 (42)2.程序代码 (42)3.工作原理 (49)实验三无限冲击响应滤波器（IIR）算法实验 (49)1.试验现象 (49)2.程序代码 (49)3.工作原理 (56)作业设计高通滤波器 (56)1.设计思路 (56)2.程序代码 (57)3.试验现象 (64)一、常规实验实验一常用指令实验1.试验现象可以观察到实验箱CPLD右上方的D3按一定频率闪烁。

2.程序代码.mmregs.global _main_main:stm #3000h,spssbx xf ;将XF置1，D3熄灭call delay ;调用延时子程序,延时rsbx xf ;将XF置0，D3点亮call delay ;调用延时子程序,b _main ;程序跳转到"_MAIN"nopnop;延时子程序delay:stm 270fh,ar3 ;将0x270f(9999)存入ar3loop1:stm 0f9h,ar4 ;将0x0f9(249)存入ar4loop2:banz loop2,*ar4- ;*ar4自减1，不为0时跳到loop2的位置banz loop1,*ar3- ;*ar3自减1，不为0时跳到loop1的位置ret ;可选择延迟的返回nopnop.end3.工作原理主程序循环执行：D3熄灭→延时→D3点亮→延时。

数字信号处理实验

数字信号处理实验

数字信号处理实验实验一信号、系统及系统响应1、实验目的认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的z 变换及性质等有关内容；掌握离散时间序列的产生与基本运算，理解离散时间系统的时域特性与差分方程的求解方法，掌握离散信号的绘图方法；熟悉序列的z 变换及性质，理解理想采样前后信号频谱的变化。

2、实验内容a. 产生长度为500 的在[0,1]之间均匀分布的随机序列，产生长度为500 的均值为0 单位方差的高斯分布序列。

b. 线性时不变系统单位脉冲响应为h(n)=(0.9)nu(n)，当系统输入为x(n)=R10(n)时，求系统的零状态响应，并绘制波形图。

c. 描述系统的差分方程为：y(n)-y(n-1)+0.9y(n-2)=x(n)，其中x(n)为激励，y(n)为响应。

计算并绘制n=20,30,40,50,60,70,80,90,100 时的系统单位脉冲响应h(n)；计算并绘制n=20,30,40,50,60,70,80,90,100 时的系统单位阶跃响应s(n)；由h(n)表征的这个系统是稳定系统吗？d. 序列x(n)=(0.8)nu(n)，求DTFT[x(n)]，并画出它幅度、相位，实部、虚部的波形图。

观察它是否具有周期性？e. 线性时不变系统的差分方程为y(n)=0.7y(n-1)+x(n)，求系统的频率响应H(ejω)，如果系统输入为x(n)=cos(0.05πn)u(n)，求系统的稳态响应并绘图。

f. 设连续时间信号x(t)=e-1000|t|，计算并绘制它的傅立叶变换；如果用采样频率为每秒5000 样本对x(t)进行采样得到x1(n)，计算并绘制X1(ejω)，用x1(n)重建连续信号x(t)，并对结果进行讨论；如果用采样频率为每秒1000 样本对x(t)进行采样得到x2(n)，计算并绘制X2(ejω)，用x2(n)重建连续信号x(t)，并对结果进行讨论。

加深对采样定理的理解。

g. 设X1(z)=z+2+3z-1，X2(z)=2z2+4z+3+5z-1，用卷积方法计算X1(z)X2(z)。

数字信号处理实验答案完整版

数字信号处理实验答案完整版

数字信号处理实验答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】实验一熟悉Matlab环境一、实验目的1.熟悉MATLAB的主要操作命令。

2.学会简单的矩阵输入和数据读写。

3.掌握简单的绘图命令。

4.用MATLAB编程并学会创建函数。

5.观察离散系统的频率响应。

二、实验内容认真阅读本章附录，在MATLAB环境下重新做一遍附录中的例子，体会各条命令的含义。

在熟悉了MATLAB基本命令的基础上，完成以下实验。

上机实验内容：（1）数组的加、减、乘、除和乘方运算。

输入A=[1 2 3 4]，B=[3 4 5 6]，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。

clear all;a=[1 2 3 4];b=[3 4 5 6];c=a+b;d=a-b;e=a.*b;f=a./b;g=a.^b;n=1:4;subplot(4,2,1);stem(n,a);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('A');subplot(4,2,2);stem(n,b);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('B');subplot(4,2,3);stem(n,c);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('C');subplot(4,2,4);stem(n,d);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('D');subplot(4,2,5);stem(n,e);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('E');subplot(4,2,6);stem(n,f);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('F');subplot(4,2,7);stem(n,g);xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('G');（2）用MATLAB实现下列序列：a) x(n)= 0≤n≤15b) x(n)=e+3j)n 0≤n≤15c) x(n)=3cosπn+π)+2sinπn+π) 0≤n≤15(n)=x(n+16),绘出四个周期。