华工-数字信号处理实验报告.doc

1、数字信号处理第一次实验报告数字信号处理实验报告班 级： 姓 名： 组 号： 第九组 日 期： 二零一四年十一月 实验1 常见离散信号产生和实现一、实验目的1、加深对常用离散信号的理解；2、熟悉使用MATLAB在时域中产生一些基本的离散时间信号。 二、实验原理1、单位抽样序列 在MATLAB中可以利用函数实现。 2、单位阶越序列 在MATLAB中可以利用函数实现: 3、正弦序列 在MATLAB中实现过程如下： 4、复指数序列 在MATLAB中实现过程如下： 5、指数序列 在MATLAB中实现过程如下： 三、预习要求1、预先阅读实验讲义（MATLAB基础介绍）；2、讨论正弦序列、复指数序列的性质。

2、A绘出信号，当、时、时的信号实部和虚部图；当时呢？此时信号周期为多少？程序dsp1.m如下：titlez1=-1/12+j*pi/6;titlez2=1/12+j*pi/6;z3=1/12;z4=2+j*pi/6;z5=j*pi/6;n=0:20;x1=exp(titlez1*n);x2=exp(titlez2*n); x3=exp(z3*n);x4=exp(z4*n); x5=exp(z5*n); subplot(5,2,1);stem(n,real(x1);xlabel(n);ylabel(real(x1);title(z1=-1/12+j*pi/6时)subplot(5,2,2);ste

3、m(n,imag(x1); xlabel(n);ylabel(imag(x1);title(z1=-1/12+j*pi/6时)subplot(5,2,3);stem(n,real(x2);xlabel(n);ylabel(real(x2);title(z2=1/12+j*pi/6时)subplot(5,2,4);stem(n,imag(x2); xlabel(n);ylabel(image(x2);title(z2=1/12+j*pi/6时)subplot(5,2,5);stem(n,real(x3); xlabel(n);ylabel(real(x3);title(z3=1/12时)subp

4、lot(5,2,6);stem(n,imag(x3); xlabel(n);ylabel(image(x3);title(z3=1/12时)subplot(5,2,7);stem(n,real(x4);xlabel(n);ylabel(real(x4);title(z4=2+j*pi/6时)subplot(5,2,8);stem(n,imag(x4);xlabel(n);ylabel(image(x4);title(z4=2+j*pi/6时)subplot(5,2,9);stem(n,real(x5); xlabel(n);ylabel(real(x5);title(z5=j*pi/6时)su

5、bplot(5,2,10);stem(n,imag(x5); xlabel(n);ylabel(image(x5);title(z5=j*pi/6时)运行结果如下：结论：当Z=pi/6时，序列周期为12。B绘出信号的频率是多少？周期是多少？产生一个数字频率为0.9的正弦序列，并显示该信号，说明其周期。（1） 当x1=1.5*sin(2*pi*0.1*n)时程序dsp2.m如下：n=-20:20;x=1.5*sin(2*pi*0.1*n);stem(n,y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(x1=1.5*sin(2*pi*0.1*n)程序运行结果如下：由图可知，x1的周

6、期为10，频率为0.1.（2） 当x2=1.5*sin(0.9*pi*0.1*n)时程序dsp3.m如下：n=-20:20;x2=1.5*sin(0.9*n);stem(n,x2)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(x2=1.5*sin(0.9*pi*0.1*n)程序运行结果如下：由图可知，x2为非周期函数，由理论分析可得，0.9不是的倍数，所以不是周期函数。3、使用帮助功能学习square(方波),sawtooth(锯齿波)和sinc函数，并绘图。程序如下：（1）方波程序dsp4.m：%n=-2*pi:0.0001:2*piy=square(n);plot(n,y)x

7、label(时间序号);ylabel(幅度);title(square)方波结果：%（2）锯齿波程序dsp5.m：n=-10:0.0001:10;y=sawtooth(n);plot(n,y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(sawtooth)锯齿波结果：%（3）sinc函数程序dsp6.m：n=-10:0.1:10;y=sinc(n);plot(n,y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(sinc)Sinc函数结果：四、实验内容 编制程序产生上述5种信号，长度可输入确定，函数需要的参数可输入确定，并绘出其图形。（1）单位抽样序列函数部分fun

8、1.m：function y=fun1(n)y=zeros(1,n-1) 1 zeros(1,n-1);调用部分dsp7.m：n = 3;y = fun1(n);stem(-n+1):(n-1),y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);（2）阶跃序列函数部分fun2.m：function y=fun2(n)y=zeros(1,n-1) ones(1,n);调用部分dsp8.m：n=3;y = fun2(n);stem(-n+1):(n-1),y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);（3）正弦序列dsp9.mn=-20:20;A=2;fai=pi/6;f=10;fs=10

9、0;y=A*sin(2*pi*f*n/fs+fai);clf;stem(n,y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);图形如下：（4） 复指数序列函数部分fun4.m：function y=fun4(n,r,w)y=r*exp(j*w*n);subplot(2,1,1);stem(n,real(y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(real part)subplot(2,1,2);stem(n,imag(y);xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(imaginary part);调用部分dsp10.m：n=-20:20;r=2;w=5;

10、y=fun4(n,r,w);图形如下：（5） 指数序列函数部分fun5.m：function y=fun5(a,n);y=a.n;stem(n,y)xlabel(时间序号);ylabel(幅度);xlabel(时间序号);ylabel(幅度);title(指数序号)调用部分dsp11.m：n=-5:10;a=2;y=fun5(a,n);图形如下：实验2 离散系统的时域分析一、实验目的1、熟悉并掌握离散系统的差分方程表示法；2、加深对冲激响应和卷积分析方法的理解。 二、实验原理在时域中，离散时间系统对输入信号或者延迟信号进行运算处理，生成具有所需特性的输出信号，具体框图如下:其输入、输出关系可用

11、以下差分方程描述：输入信号分解为冲激信号,记系统单位冲激响应，则系统响应为如下的卷积计算式：当时，hn是有限长度的（），称系统为FIR系统；反之，称系统为IIR系统。三、预习要求1、在MATLAB中，熟悉利用函数实现差分方程的仿真；2、在MATLAB中，熟悉用函数 计算卷积，用求系统冲激响应的过程。 四、实验内容1、以下程序中分别使用conv和filter函数计算h和x的卷积y和y1，运行程序，并分析y和y1是否有差别，为什么要使用xn补零后的x1来产生y1；具体分析当hn有i个值，xn有j个值，使用filter完成卷积功能，需要如何补零？% Program dsp12.mh = 3 2 1

12、-2 1 0 -4 0 3; %impulse responsex = 1 -2 3 -4 3 2 1; %input sequencey = conv(h,x);n = 0:14;subplot(2,1,1);stem(n,y);xlabel(Time index n); ylabel(Amplitude);title(Output Obtained by Convolution); grid;x1 = x zeros(1,8);y1 = filter(h,1,x1);subplot(2,1,2);stem(n,y1);xlabel(Time index n); ylabel(Amplitu

13、de);title(Output Generated by Filtering); grid; 答：由于filter的使用方法中，所得矩阵的长度为maxlength（A），length（B）-1，但真正卷积所得矩阵长度为A+B-1，所以在使用filter 时,先算得两个要卷积的数组的最大长度A+B-1,然后若A卷积B,则用filter时要将B补(A-1)个0,若B卷积A,则对A 补(B-1)个0.而conv函数可以直接补零。2、编制程序求解下列两个系统的单位冲激响应和阶跃响应，并绘出其图形。要求分别用 filter、conv、impz三种函数完成。,，给出理论计算结果和程序计算结果并讨论。(1

14、)系统的单位冲激响应：A.使用Filter函dsp13.m：a=1,0.75,-.125;b=1,-1;n=0:20;x=1,zeros(1,20);yfilter=filter(b,a,x);stem(n,yfilter);title(filter);xlabel(x);ylabel(y);B.使用Conv函数dsp14.m:a=1,0.75,0.125;b=1,-1;x=1 zeros(1,10);h=impz(b,a,10);yconv=conv(h,x);n=0:19;stem(n,yconv);title(conv);xlabel(x);ylabel(y);C.使用Impz函数dsp

15、15.m: a=1,0.75,0.125; b=1,-1; c=impz(b,a,21); stem(c)系统的阶跃响应：A. 使用Filter函数dsp16.m:a1=1,0.75,0.125;b1=1,-1;n=0:20;x2=ones(1,21);y1filter=filter(b1,a1,x2);stem(n,y1filter);title(阶跃响应);xlabel(x);ylabel(y);B.使用Impz函数dsp17.m:a=1,0.75,0.125;b=1;impz(b,a)（2）冲击响应：A.使用filter函数dsp18.m：a=1;b=0,0.25,0.25,0.25,0

16、.25;n=0:20;x=1,zeros(1,20);yfilter=filter(b,a,x);stem(n,yfilter);title(filter);xlabel(x);ylabel(y)B.使用Impz函数dsp19.m:a=1;b=0,0.25,0.25,0.25,0.25;c=impz(b,a,21);stem(c)阶跃响应：A. 使用Filter函数dsp20.m:a1=1;b1=0,0.25,0.25,0.25,0.25;n=0:20;x2=ones(1,21);y1filter=filter(b1,a1,x2);stem(n,y1filter);title(阶跃响应);xl

17、abel(x);ylabel(y)B.使用Impz函数dsp21.m:n=0:20;b=0,0.25,0.5,0.75,ones(1,17);a=1;impz(b,a,21)若用y=filter(p,d,x)用来实现差分方程，d表示差分方程输出y的系数，p表示输入x的系数，而x表示输入序列。输出结果函数的长度即为x的长度。而y=conv(x,h)是用来实现卷积的，对x序列和h序列进行卷积，输出的结果个数等于x的长度与h的长度之和减去1。y=impz(p,d,N)是用来实现冲击响应的，d表示输入x的系数，d表示输出y的长度，N是x的长度。作业题M2.7程序M27.m如下：t=0:0.001:1;

18、f0=cos(6*pi*t);%三个信号频率分别为3、7、13Hzf1=cos(14*pi*t);f2=cos(26*pi*t);plot(t,f0,t,f1,t,f2);holdn=0:1:10;fn=cos(0.6*pi*n);%抽样函数频率为0.3Hzplot(n/10,fn,o);hold off实验结果如下：结论：如图所示，蓝色虚线，绿色虚线和红色实线相交于抽样点（蓝色圆圈），所以对于这三个信号抽样结果是相同的。M2.9程序M29.m如下：N=10;n=0:N-1;y = cos(2*n);x=rand(1,N)+y-0.5;%产生随机函数rand从零到N来模拟信号x的噪声r = c

19、onv(x,fliplr(x);%自相关序列n1 = length(x)-1;k = -n1:n1stem(k,r);%画出自相关离散图像xlabel(Lag index); ylabel(Amplitude);实验结果如下：结论： 如图所示，当n=0的时候序列的自相关序列呈现尖峰。M4.1程序M41.m如下：% Program 4_1% Signal Smoothing by a Moving-Average FilterR = 50;d = rand(R,1)-0.5;m = 0:1:R-1;s = 2*m.*(0.9.m);x = s + d;plot(m,d,r-,m,s,b-,m,x

20、,g:)xlabel(Time index n); ylabel(Amplitude)legend(dn,sn,xn);pauseM = input(Number of input samples = );b = ones(M,1)/M;y = filter(b,1,x);plot(m,s,r-,m,y,b-)legend(sn,yn);xlabel (Time index n);ylabel(Amplitude)实验结果如下：M=5M=7M=9结论：如图，红色实线是平滑后的输出，蓝色虚线是含噪输出。由图可知随着滤波器长度的增加，曲线的平滑度上升，但是平滑后输出与含噪输出之间的延迟也增加了。M

21、4.2程序M42.m如下：a=9;%设定xn的系数alphay0=1;%设定初始值y-1=-1y1=0.5*(y0+(a/y0);%得到递归方程while abs(y1-y0)0.00001%当相邻两个y值接近时（收敛）的时候 y2=0.5*(y1+(a/y1);%停止运算与赋值 y0=y1; y1=y2;end实验结果如下：1）若a=9此时，变量结果如图：2）若a=100此时，变量结果如图：可证yn收敛于。M4.5程序M45.m如下：h=-4.8788 9.5631 -4.8788;H,w=freqz(h,1);%求出冲激响应和频率范围m=abs(H);%求出频响幅值plot(w/pi,m)

22、;grid；实验结果如下：PPT声音处理题课前每人录制一段自己的拼音字母“a、o、e、b、p、t”、以及“a、o、e”四个声调的声音 (采样率8kHz，单声道，16bit量化)利用文献中的方法编程求解出各自声音信号的基音周期，观察不同字母、声调的基音变化 语音信号需分帧处理，20ms一帧（160个样点），每一帧求一个周期程序：举例：a的一声a1.wav程序ayisheng.m如下：a1=wavread(a1.wav);subplot(3,1,1);stem(a1(6000:11200); %查看波形title(声音波形);beg=6000; %声音开始位置n=20; %帧数fl=160; %每

23、帧长度subplot(3,1,2);for i=1:n s=a1(beg+fl*(i-1):(beg+fl*i); %截取一帧 x=xcorr(s); %计算自相关 stem(x) title(自相关); M, I1=max(x); %找最大值位置M, I2=max(x(1:I1-10); %找最大值附近极大值位置d(i)=I1-I2 %计算周期endsubplot(3,1,3);stem(d)dm=mode(d)%求基音周期众数dmfd=8000/dm%求声音频率fdxlabel(帧数n);ylabel(d);title(基音周期)运行结果：1. “a”(1) 一声时d =29 29 29

24、29 29 29 28 28 28 28 28 29 29 29 29 29 29 29 29 29;基音周期众数：dm =29频率：fd =275.8621(2) 二声时d =41 40 40 40 79 79 39 78 77 38 38 38 38 38 37 37 37 36 36 36;基音周期众数：dm= 38频率fd =210.5263(3) 三声时d =39 40 41 41 41 42 42 42 43 43 43 44 44 44 45 45 45 45 45 45基音周期众数：dm = 45频率：fd =177.7778(4) 四声时d =10 10 17 21 21 2

25、2 22 22 22 22 22 23 23 23 23 23 24 24 24 24基音周期众数：dm =22频率：fd =363.6364(5) 四个声调对比：初步结论：由对比图可得后三种音调的波形图不如a的一声平稳，因为二三四声都经过了变调。而从基音周期看，四种声调基音周期和频率各不相同，其中，四声基音周期最小，频率最大。2. 清音和浊音的对比(1) a音一声d =29 29 29 29 29 29 28 28 28 28 28 29 29 29 29 29 29 29 29 29;基音周期众数：dm =29频率：fd =275.8621(2)o音一声：d =26 27 27 27 27 27 27 27 27 27 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26基音周期众数：dm =26频率：fd =307.6923