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数字信号处理实验指导


奇偶合成:
几何级数:
序列相关:
卷积运算:
差分方程:
在Matlab中: 三、实验内容
1.典型序列的实现 单位阶跃序列;实数指数序列;复数指数序列;正余弦序列;随机 序列用rand(1,N)和randn(1,N)来生成;
2.序列的运算 给定序列x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9], ns1=-4; x2=[9 8 7 6 5 4 3 2 1], ns2=4 求:1) x1+x2; 2) y3=x1×x2;
三、实验内容 IIR滤波器 给定IIR滤波器,求其典范型、级连型、并联型结构。 FIR滤波器 给定FIR滤波器,求其级连型、频率抽样型结构。
四、本实验用到的一些函数 求多项式的根:b=roots(a) 构造指定根的多项式:a=poly(b) 部分分式展开:[r1,p1,k]=residuez(b,a) [b,a]=residuez(r1,p1,k) 对复数进行重新排序:p1=cplxpair(p) 变直接形式为级联形式:[b0,B,A]=dir2cas(b,a) 滤波器的级联实现:y=casfiltr(b0,B,A,x) 变级联形式为直接形式:[b,a]=cas2dir(b0,B,A)
五、MATLAB编程和调试技巧 因为 MATLAB 语言是一种解释性语言,所以有时 MATLAB 程序的 执行速度不是很理想。因此尽量避免使用循环,用向量化的运算来代
替循环操作。 注意;的使用。
如果有的同学对MATLAB的使用不熟悉,请在老师处考取语言学习 PPT。 六、实验报告的要求 实验目的; 实验原理; 实验内容:要求有程序,有图形(坐标要标识清楚)。 实验结论。
实验二 离散时间傅立叶变换
一、实验目的 1.复习离散时间傅立叶正反变换 2.复习DTFT的两个重要特性 3.复习DTFT的其它特性 4.离散LTI系统的频率响应 5.采样及重构信号
二、实验原理 1、信号的离散时间傅立叶变换(DTFT) 2、DTFT的两个重要特性
周期性:离散时间傅立叶变换是w的周期函数,其周期为2π。 对称性:对于实值的X(n),是共扼对称的。即实部为偶对称,虚部为 奇对称。 3、DTFT的其他特性 线性; 时移: 共扼: 折叠: 卷积: 乘法: 能量: 4、LTI系统的频率响应
3) y1=0.5×x1+0.8×x2; 4) y2=0.3×x1(n)×δ(n-6)+0.8×δ(n-5)×x2(n); 5) x1和x2的反折序列; 6) x1(n)和x2(n)的功率; 7) y3=x1*x2 (线性卷积);
四、本实验用到的一些MATLAB函数 Stem(x,y),Plot(x,y): x轴和y轴均为线性刻度(Linear scale) Xlable (‘x’), Ylable(‘y’) Title(‘x’) axis([xmin,xmax,ymin,ymax]):调整图轴的范围 Subplot(x,y,z):同时画出数个小图形在同一视窗中。 Real(x):求复数x的实数部分; Imag(x):求复数x的虚数部分; Abs(x):求复数x的模; Angle(x):求复数x的相位; Conv(x,y):求x和y的卷积,注意下标是从1开始; Fliplr(x):信号反折; Fliter(b,a,x):差分方程的实现。
2、求出低通模拟原型滤波器后,再利用函数[z,p,k]=Buttap(n); [z,p,k]=Cheb1ap(n,Rp) 求出零极点型系统函数,然后可用函数zp2tf[bap,aap]=zp2tf(z,p,k)将其转化为b/a型 3、将模拟低通原型滤波器经频率变换为所要求的模拟滤波器(低通,
高通,带通,带阻)可用函数lp2lp,lp2hp,lp2bs, lp2bp。 [b,a]=lp2lp(bap,aap,wo) [b,a]=lp2bs(bap,aap,wo) 4、求出滤波器的幅频,相频及冲激响应。 [db,mag,pha,w]=freqs_m(b,a,Wmax)(见附录) [ha,x,t]=impulse(b,a)(matlab自带) 直接画出幅频特性和相频特性:freqs(b,a) (matlab自带) 例:wp=0.2*pi;Rp=1;ws=0.3*pi;As=15; [n,wn]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s') [z,p,k]=buttap(n); [bap,aap]=zp2tf(z,p,k) [b,a]=lp2lp(bap,aap,wn); [db,mag,pha,w]=freqs_m(b,a,0.5*pi); [ha,x,t]=impulse(b,a); figure(1) subplot(2,2,1),plot(w/pi,mag);title('幅度'); subplot(2,2,2),plot(w/pi,db);title('幅度 in db');
2、FIR滤波器 FIR滤波器可表示为: 其差分方程为: 直接形式:可用函数filter来实现。 级联形式:
线性相位形式: 线性相位的条件: 可表示为:h(n)=h(M-1-n) 偶对称
h(n)=-h(M-1-n) 奇对称 频率取样形式: 冲激响应h(n)的M点DFT为H(k)则有: H(z)=Z[h(n)]=Z[IDFT(H(k))] 利用内插公式可得:
实验五 IIR数字滤波器的设计
一、模拟滤波器的设计 设滤波器的通带截止频率为wp,阻带截止频率为ws,通带衰减
为Rp,阻带衰减为As,通带波纹为Rp。 1、根据给定指标得出,利用函数buttord,cheb1ord,cheb2ord可以计算
出低通模拟原型滤波器的阶数和截止频率。 [n,wn]=buttord(wp,ws,Rp,As,’s’) [n,wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,As,’s’)
实验四 数字滤波器结构
一、实验目的 1.掌握IIR滤波器的三种结构(直接形式、级联形式、并联形式)及 其它们的互相转换。 2.掌握线性相位FIR滤波器的四种结构(横截形、级联形、线性相位 形、频率抽样形)及其它们互相转换。
二、实验原理 1、IIR滤波器
IIR滤波器可以写成:
其差分方程可表示为:
直接形式:可利用y=filter(B,A,x)直接实现。 级联形式: 并联形式:
subplot(2,2,3),plot(w/pi,pha/pi);title('相位'); subplot(2,2,4),plot(t,ha),title('冲激响应'); figure(2) freqs(b,a); 二、数字滤波器的设计
设滤波器的通带截止频率为Wp,止带截止频率为Ws,通带衰减为 Rp,止带衰减为As,通带波纹为Rp。 设计方法一: 1、根据给定指标得出,低通模拟原型滤波器的阶数和截止频率。可利 用函数buttord, cheb1ord,cheb2ord完成。
四、本实验用到的函数 有限长序列的DTFT:dtft(x,n,w)(该函数需自己编写) 算法:
用Matlab语言来实现: function [y]=dtft(x,n,w) y=x*(exp(-j).^(n'*w)); 五、实验报告的要求 实验目的; 实验原理; 实验内容:要求有程序,有图形(坐标要标识清楚)。 实验结论。
5、快速傅立叶变换(FFT) 在MATLAB中提供fft函数来计算x的DFT。 X=fft(x,N);
三、实验内容 1.离散傅立叶级数 给定有限长序列[1 2 3 4],延拓为周期N=6的周期序列,并求其 DFS。
2.求以下序列的N=16,32,64点的快速傅立叶变换 x(n)=exp(-i*pi/8*n);x2(n)=cos(pi/8*n);x3(n)=sin(pi/8*n) 3.利用DFT计算线性卷积 给定序列x1(n)=0.9^n,n=[0:11];h(n)=R9(n) 求x1(n)*h(n);x1(n) 与h(n)的10点圆周卷积。 四、本实验用到的一些函数 1.离散傅立叶级数:Xk=dfs(xn,N) 算法:
3、DFT的性质 线性性 循环折叠性 共轭性 时序列的对称性 序列的圆周移位 频域中的圆周移位 时域循环卷积 频域循环卷积 帕赛瓦尔定理
4、用DFT计算线性卷积 1)设x1(n)为N1点的序列,x2(n)为N2点的序列,则线性卷积的长度 为N1+ N2-1,而当其两者的圆周卷积的长度取为N1+N2-1时, 圆周卷积与线性卷积相等。 2)实际中,当x1(n)的长度远远大于和x2(n)的长度时,往往采用分 块卷积的方法,即重叠保留法和重叠相加法。
变直接形式为并联形式:[C,B,A]=dir2par(b,a) 滤波器的并联实现:y=parfiltr(b0,B,A,x) 变并联形式为直接形式:[b,a]=par2dir(C,B,A)
变h(n)值形式为频率取样形式:[C,B,A]=dir2fs(h)
五、实验报告的要求 实验目的; 实验原理; 实验内容:要求有程序,有图形(坐标要标识清楚)。 实验结论。
5、模拟信号的采样与重构 采样定理 重构: 步骤如下
(a)先把样本集转换成一个加权脉冲串列
(b)再将此脉冲串列通过一个带宽为F的低通滤波器进行滤波。 以上两个步骤可用插值公式来描述:
三、实验内容 1.求信号的离散时间傅立叶变换并分析其周期性和对称性; 给定正弦信号x(t)=2*cos(2*pi*10*t),fs=100HZ,求其DTFT。 2.用以下两个有限长序列来验证DTFT的线性、卷积和共轭特性; x1(n)=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12];x2(n)=R10(n) 3. 求LTI系统的频率响应 给定0256] B=[0.98997 0.989 0.98997],求系统的幅频响应和相频响应。 (要求使用filter(B,A,δ(n))求解。 4. 采样和频谱混叠 给定信号x(t)=100*exp(-100*t)*cos(2*pi*500*t),求该信号的频 谱;当采样频率分别为fs1=2000HZ,fs2=1000HZ;fs3=500HZ; fs4=200HZ,时输出序列的DTFT。
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