DSP软件实验报告_让你最牛

1、北京邮电大学DSP软件课程实验报告姓 名学 号：班 级：院 系：电子工程学院实验一：数字信号的 FFT 分析1、实验内容及要求(1) 离散信号的频谱分析： 设信号 此信号的0.3pi 和 0.302pi两根谱线相距很近，谱线 0.45pi 的幅度很小，请选择合适的序列长度 N 和窗函数，用 DFT 分析其频谱，要求得到清楚的三根谱线。(2) DTMF 信号频谱分析 用计算机声卡采用一段通信系统中电话双音多频（DTMF）拨号数字 09的数据，采用快速傅立叶变换（FFT）分析这10个号码DTMF拨号时的频谱。 2、实验目的通过本次实验，应该掌握：(a) 用傅立叶变换进行信号分析时基本参数的选择。

2、(b) 经过离散时间傅立叶变换（DTFT）和有限长度离散傅立叶变换（DFT） 后信号频谱上的区别，前者 DTFT 时间域是离散信号，频率域还是连续的，而 DFT 在两个域中都是离散的。(c) 离散傅立叶变换的基本原理、特性，以及经典的快速算法（基2时间抽选法），体会快速算法的效率。(d) 获得一个高密度频谱和高分辨率频谱的概念和方法，建立频率分辨率和时间分辨率的概念，为将来进一步进行时频分析（例如小波）的学习和研究打下基础。(e) 建立 DFT 从整体上可看成是由窄带相邻滤波器组成的滤波器组的概念，此概念的一个典型应用是数字音频压缩中的分析滤波器，例如 DVD AC3 和MPEG Audio。

3、3、 实验步骤及结果(1)离散信号频谱分析程序如下：close all;%关闭文件clear;%清除内存N=1000; n=0:N-1;%n=0,1,.999xn=0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4);%生成含有1000个元素的信号序列yn=fft(xn,N);%快速傅里叶变换stem(2*n/N,log(abs(yn)+1),'b');%abs(yn)表示求模，作脉冲图axis(0.25,0.5,-1,10)%限制坐标范围title('FFT频谱分析');%标题ylabel('对

4、X(k)的模取对数');%Y轴标签text(0.35,8,'电子4班，许金良，10210929')text(0.3,2,'注意：幅度用log函数进行了对数处理')运行结果：图一（左边两个频率分量相距很近，右边一个频率分量很小）(2) DTMF 信号频谱分析程序如下：close all;clear;tm=1,2,3,65;4,5,6,66;7,8,9,67;42,0,35,68; % DTMF信号代表的16个数N=205;f1=697,770,852,941; % 行频率向量f2=1209,1336,1477,1633; TN=input('键入1

5、位0-9的数字= ');for p=1:4for q=1:4if tm(p,q)=abs(TN),break,end % 检测码相符的列号qendif tm(p,q)=abs(TN),break,endendn=0:1023; x = sin(2*pi*n*f1(p)/8000) + sin(2*pi*n*f2(q)/8000);% 构成双频信号X=fft(x',1024);X=abs(X);y=sort(X);for i=1:1024 if X(i)<=y(1020) X(i)=0; end;endx=1:512./512*4000;X=X(1:512);fo=;for

6、 i=1:512 if X(i)=0 fo=fo,i; endendfo=round(fo*8000/1024);stem(x,X)wucha=(fo-f1(p),f2(q)./f1(p),f2(q)*100;wucha=strcat('频率误差：','',num2str(wucha),'',' %');text(2000,350,'所拨打的号码：',int2str(TN)text(2000,300,'检测到的频率：',int2str(fo);text(2000,250,'查表所得频率：&#

7、39;,int2str(f1(p),f2(q);text(2000,200,wucha,'color','r');title('DTMF频谱分析与误差','color','r')disp('检测到的频率为：',num2str(fo)输入0:图二输入1:图三输入2:图四输入3:图五输入4:图六输入5： 图七输入:6：图八输入7：图九输入8：图十输入9：图十一实验二： DTMF 信号的编码 1、实验内容及要求（1）把您的联系电话号码 通过DTMF 编码生成为一个 .wav 文件。技术指标：根据 ITU

8、Q.23 建议，DTMF 信号的技术指标是：传送/接收率为每秒 10 个号码，或每个号码 100ms。每个号码传送过程中，信号存在时间至少 45ms，且不多于 55ms，100ms 的其余时间是静音。在每个频率点上允许有不超过 ±1.5% 的频率误差。任何超过给定频率 ±3.5% 的信号，均被认为是无效的，拒绝接收。（其中关键是不同频率的正弦波的产生。可以使用查表方式模拟产生两个不同频率的正弦波。正弦表的制定要保证合成信号的频率误差在±1.5%以内，同时使取样点数尽量少）（2）对所生成的DTMF文件进行解码。DTMF 信号解码可以采用 FFT 计算 N 点频率处的

9、频谱值，然后估计出所拨号码。但 FFT计算了许多不需要的值，计算量太大，而且为保证频率分辨率，FFT的点数较大，不利于实时实现。因此，FFT 不适合于 DTMF 信号解码的应用。由于只需要知道 8 个特定点的频谱值，因此采用一种称为 Goertzel 算法的 IIR 滤波器可以有效地提高计算效率。其传递函数为：2、实验目的(a)复习和巩固 IIR 数字滤波器的基本概念；(b)掌握 IIR 数字滤波器的设计方法；(c)掌握 IIR 数字滤波器的实现结构；(d)能够由滤波器的实现结构分析滤波器的性能（字长效应）；(e)了解通信系统电话 DTMF 拨号的基本原理和 IIR 滤波器实现方法。3、实验步

10、骤及结果按照实验要求编写程序，本程序分为两部分：第一步，由用户输入11位手机号，程序运行后生成波形文件，m文件命名为： dsp2_dtmf_part1.m ；第二步，由程序读入第一步生成的波形文件，进行频谱分析，恢复拨号数据，m文件命名为：dsp2_dtmf_part2.m 。程序代码：1. dsp2_dtmf_part1.m tm=1,2,3,65;4,5,6,66;7,8,9,67;42,0,35,68; % DTMF信号代表的16个数N=205;K=18,20,22,24,31,34,38,42;f1=697,770,852,941; % 行频率向量f2=1209,1336,1477,1

11、633; % 列频率向量wav=;TN=input('请您拨出11位手机号码= '); % 输入8位数字TN2=TN;TNr=0; for m=1:11 d=fix(TN/10(11-m); TN=TN-d*10(11-m); for p=1:4; for q=1:4; if tm(p,q)=abs(d),break,end % 检测码相符的列号q end if tm(p,q)=abs(d),break,end end n=1:400; % 为了发声，加长序列 x = sin(2*pi*n*f1(p)/8000) + sin(2*pi*n*f2(q)/8000);% 构成双频信

12、号 wav=wav,x,zeros(1,400); endx=1:8800./8800*11;plot(x,wav)title('DTMF信号的时域波形，有半个周期的静音','color','b');text(2,4,'您拨打的手机号：',int2str(TN2),'color','r');axis(0,12,-5,5)sound(wav,8000); wav=wav./2;wavwrite(wav,8000,'第一步_wav文件')2. dsp2_dtmf_part2.m tm=1

13、,2,3,65;4,5,6,66;7,8,9,67;42,0,35,68; % DTMF信号代表的16个数N=205;K=18,20,22,24,31,34,38,42;f1=697,770,852,941; % 行频率向量f2=1209,1336,1477,1633; % 列频率向量TNr=0; %接收端电话号码初值为零 wav=wavread('第一步_wav文件.wav');wav=wav.*2;figure(1)x=1:8800./8800*11;plot(x,wav)axis(0,12,-5,5)sound(wav,8000); figure(2)for m=1:11

14、 % 接收检测端的程序 xulie=wav(m-1)*800+1:(m-1)*800+205); X=goertzel(xulie,K+1); % 用Goertzel算法计算八点DFT样本 val = abs(X); % 列出八点DFT向量 subplot(4,3,m); stem(K,val,'.');grid;ylabel('|X(k)|') % 画出8点DFT幅度 axis(10 50 0 120) limit = 80; for s=5:8; if val(s) > limit, break, end % 查找列号 end for r=1:4; i

15、f val(r) > limit, break, end % 查找行号 end TNr=TNr+tm(r,s-4)*10(11-m);%将6位电话号码表示成一个6位数，以便显示 hao=int2str(tm(r,s-4); title(hao,'color','r');enddisp('接收端检测到的号码为：') % 显示接收到的字符disp(num2str(TNr)拨号运行结果： 图十二（产生11段DTMF信号，有50%的静音）图十三（11段DTMF信号的频谱图，每个子图上方为检测到的数字）实验三：FIR 数字滤

16、波器的设计和实现1、实验内容及要求：³ 录制自己的一段声音，长度为 45秒，取样频率 32kHz，然后叠加一个高斯白噪声，使得信噪比为 20dB。请采用窗口法设计一个 FIR 带通滤波器，滤除噪声提高质量。n 提示：³ 滤波器指标参考：通带边缘频率为 4kHz，阻带边缘频率为4.5kHz，阻带衰减大于 50dB；³ Matlab 函数 y = awgn(x,snr,'measured') ，首先测量输入信号 x 的功率，然后对其叠加高斯白噪声；2、实验目的³ 通过本次实验，掌握以下知识：± FIR 数字滤波器窗口设计法的原理和设

17、计步骤；± Gibbs 效应发生的原因和影响；± 不同类型的窗函数对滤波效果的影响，以及窗函数和长度 N 的选择。3、实验步骤及结果按照实验要求，用matlab程序截取了一段10s的音乐并转换为wave格式，加噪声及滤波器程序如下：luyin,fs=wavread('luyin.wav'); if fs =32000 wavwrite(luyin,32000,'luyin2.wav'); luyin,fs=wavread('luyin2.wav'); endfftt=fft(luyin,fs*10); fftt=abs(fft

18、t);fanwei=(2:319999); addlu=awgn(luyin,20,'measured'); wavwrite(10.*addlu,32000,'加噪声后的波形文件')fftt1=fft(luyin,fs*10);fftt1=abs(fftt1);half1=fftt1(2:320000/2);fftt2=fft(addlu,fs*10);fftt2=abs(fftt2);half2=fftt2(2:320000/2); wp=pi/4;ws=9/32*pi;tr_width=ws-wp;N=ceil(6.6*pi/tr_width);N=cei

19、l(6.6*pi/tr_width)+1;n=1:N;wc=(ws+wp)/2;h=fir1(N,wc/pi);db=freqz(h,1); addluconv=conv(h,addlu);wavwrite(10*addluconv,32000,'滤波后的波形文件')x=1:159999/159999*16000;figure(1);subplot(3,1,1);plot(luyin);title('加高斯白噪声前的波形');subplot(3,1,2);plot(addlu);title('加高斯白噪声后的波形');subplot(3,1,3)

20、;plot(addluconv);title('汉明窗滤波器滤波后的波形');figure(2)addluconv=addluconv(1:320000);fftt3=fft(addluconv,fs*10);fftt3=abs(fftt3);half3=fftt3(2:320000/2);subplot(3,1,1);plot(x,half1);xlabel('x轴：模拟频率,单位/Hz');title('加高斯白噪声前的频谱');axis(0,16000,0,15);subplot(3,1,2);plot(x,half2);xlabel(&#

21、39;x轴：模拟频率,单位/Hz');title('加高斯白噪声后的频谱');axis(0,16000,0,15);subplot(3,1,3);plot(x,half3);xlabel('x轴：模拟频率,单位/Hz');title('汉明窗滤波器滤波后的频谱');axis(0,16000,0,15);hd = dfilt.dffir(h);freqz(hd);运行后，得原音频文件，加噪声后和汉明窗滤波后的时域波形：图十四（加噪后时域波形变粗，滤波后变细）原音频文件，加噪声后和汉明窗滤波后的频域波形：图十五（加噪后在整个频带内假如了均匀的

22、噪声分量，滤波后阻带范围内的的频谱分量为0。另外横坐标均折合成了模拟角频率，这样理解更直观）汉明窗低通滤波器的幅频，相频特性图：图十六（可以看到阻带衰减大于55dB,在通带内相频呈线性）四、实验中遇到的问题及解决方案：1 实验一第一小题的幅度差别太大，无法再同一张图上显示。后来我想到对幅度取对数，发现效果很好。2 实验二处怎么控制占空比大约为50%，后来我干脆加上一半时间的0.3 实验三要求一段45s左右的录音(实际录音只有10s左右)，由于录音频率不符合标准，导致程序再运行时刻再次遇到困难，更改频率之后问题正常解决。 我的解决方法是：将波形文件读取，若采样频率不是32 KHz,就把音频文件重

23、写，同时设定其采样频率。5、 实验总结与心得： 图十七（软件界面和程序执行界面） 图十八（部分程序文件和执行程序产生的音乐文件） 我对matlab是很钟爱的。我之前参加过数学建模，学了一些matlab编程知识，甚至matlab的威力，觉得学点matlab相关的东西，能够用matlab做点实用的东西，这对以后的学习和工作是大有裨益的。第一次课之后，我回到寝室，花了几个小时查资料，终于拼凑出符合题目要求的matlab程序。我觉得自己还行。虽然程序要粗糙很多，但是距离验收的时间还早呢，有的是时间来对它进行润色和改善。后来在不断更改的过程中，我渐渐对一部分程序功能的实现方法产生了一些新的想法。1. 第1_1题为了能够清楚地显示频率分量，