北邮DSP软件实验报告重点讲义

1、MATLAB软件仿真实验报告 MATLAB软件仿真实验报告姓 名：_ _学 号：_201321099X_班 级：_201321120X_学 院：_电子工程学院_专 业：_电子科学与技术_目 录实验一：数字信号的 FFT 分析21.实验内容及要求22.实验目的23.实验代码34.实验截图4实验二： DTMF 信号的编码51实验内容及要求52实验目的63.实验代码64.实验截图9实验三：FIR 数字滤波器的设计和实现141.实验内容及要求：142.实验目的153.实验代码154.实验截图17四、实验总结18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

2、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。 (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

3、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.实验代码频谱分析：clf;close all;%关闭所有图形窗口N=1000;%DFT点数n=1:1:N;x=0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*

4、n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4);y=fft(x,N);mag=abs(y);%对FFT结果求模w=2*pi/N*0:1:N-1; %数字角频率wsubplot(2,1,1);%将图形窗分为2行1列stem(n,x,'.');%画脉冲图title('时域');xlabel('n');ylabel('x(n)');subplot(2,1,2);stem(w/pi,mag);%归一化角频率axis(0 0.5 0 2);%控制坐标范围以使谱线幅度合适title('1000点DFT');xlabel(

5、'数字频率');ylabel('X(k)');grid on;DTMF频谱分析：x,fs,bits=wavread('mjl_num.wav');%从当前目录下读取声音文件N=1:1:fs;%取样点数subplot(2,1,1);plot(x);%画出时域波形title('时域声音波形');xlabel('n');ylabel('x(n)');n=2*fs;%奈奎斯特取样xk=fft(x,n);k=0:1:n-1;w=2*pi/n*k;%数字角频率subplot(2,1,2);stem(w/pi,a

6、bs(xk),'.');%归一化角频率title('频谱');xlabel('数字频率');ylabel('幅度');axis(0 2 0 1200);4.实验截图实验二： 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。³ 技术指标：± 根据 ITU 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

7、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。³ DTMF 信号解码可以采用 FFT 计算 N 点频率处的频谱值，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

8、号解码的应用。³ 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：³2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.实验代码=500;fs=8000;tm=49,50,51,65;52,53,54,66;55,56,57,67;42,4

9、8,35,68;n=1:N;%取样点flow=697 770 852 941;%低频fhigh=1209 1336 1477 1633;%高频x01=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(1)*n/fs); %1x02=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %3x03=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(2)*n/fs); %2x04=sin(2*pi*flow(2)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %6x05=sin(2*pi*

10、flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9x06=sin(2*pi*flow(2)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %6x07=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %3x08=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9x09=sin(2*pi*flow(1)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(2)*n/fs); %2x10=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(1

11、)*n/fs); %7x11=sin(2*pi*flow(3)*n/fs)+sin(2*pi*fhigh(3)*n/fs); %9 x=x01,x02,x03,x04,x05,x06,x07,x08,x09,x10,x11;%组成矩阵 x01_z=x01,zeros(1,500);%补零x02_z=x02,zeros(1,500);x03_z=x03,zeros(1,500);x04_z=x04,zeros(1,500);x05_z=x05,zeros(1,500);x06_z=x06,zeros(1,500);x07_z=x07,zeros(1,500);x08_z=x08,zeros(1,

12、500);x09_z=x09,zeros(1,500);x10_z=x10,zeros(1,500);x11_z=x11,zeros(1,500); x_z=x01_z,x02_z,x03_z,x04_z,x05_z,x06_z,x07_z,x08_z,x09_z,x10_z,x11_z;x_z=x_z/max(abs(x_z);subplot(2,1,1);plot(x_z);sound(x_z);wavwrite(x_z,fs,'phone_wl.wav');%写入声音文件 k=18 20 22 24 31 34 38 42;N=205;subplot(2,1,2);dis

13、p('解码得到的号码是：')for i=1:11 m=800*(i-1); X=goertzel(x(m+1:m+N),k+1);%goertzel算法做变换 v=abs(X);%求模 stem(k,v,'.');%画脉冲图 grid; xlabel('k'); ylabel('x(k)'); set(gcf,'color','w'); shg; pause; limit=80; for s=5:8; if v(s)>limit,break,endendfor r=1:4; if v(r)&g

14、t;limit,break,endend disp(setstr(tm(r,s-4)end4.实验截图数字1 _ 数字3 _数字2 _ 数字6 _ 数字9 _ 数字6 _ 数字3 _ 数字9 _ 数字2 _ 数字7 _ 数字9 _ 实验三：FIR 数字滤波器的设计和实现1.实验内容及要求：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

15、 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.实验代码fs=32000; x,fs=audioread('mysound.wav'); %原声snr=20; x2=awgn(x,snr,'measured','db'); %加噪声au

16、diowrite('sound_noise.wav',x2,fs);%加噪声后的声音t=0:1/fs:(size(x2)-1)/fs;wp=8000*pi/32000; ws=9000*pi/32000;wdelta=ws-wp; N=ceil(11*pi/wdelta); %取整wn=(ws+wp)/2; %截止频率b=fir1(N,wn/pi,blackman(N+1); %选择窗函数，并归一化截止频率 figure(1) freqz(b,1,512)f2=filter(b,1,x2); title('滤波器幅频、相频特性');figure(2)subplo

17、t(2,1,1)plot(t,x2) title('滤波前时域波形');subplot(2,1,2)plot(t,f2) title('滤波后时域波形'); F0=fft(f2,1024); f=fs*(0:511)/1024; figure(3)y2=fft(x2,1024); subplot(2,1,1)plot(f,abs(y2(1:512);title('滤波前频谱') xlabel('Hz');ylabel('幅度'); subplot(2,1,2) F2=plot(f,abs(F0(1:512); title('滤波后频谱') xlabel('Hz'); ylabel('幅度'); audiowrite('filterable.wav',f2,fs); 4.实验截图四、实验总结本次实验是数字信号处理的软件实验，以MATLAB为软件平台，实现课本上所学的内容，将枯燥抽象的书本内容通过具体的实验展示出来，巩固课堂所学的知