工程数字信号处理课件

工程数字信号处理--算法与实践一、数字波形分析技术波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器显示信号波形就可以测量特征参数。

工程数字信号处理--算法与实践一、数字波形分析技术工程数字信号处理--算法与实践1、采样定理采样是将采样脉冲序列p(t)与模拟信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。工程数字信号处理--算法与实践1、采样定理采样数字波形分析技术X(0),X(1),X(2),……,X(n)

数字波形分析技术X(0),X(1),X(2),数字波形分析技术每周期应该有多少采样点？最少2点:数字波形分析技术每周期应该有多少采样点？最少2点:数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术采样定理：

为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。Fs＞2Fmax

数字波形分析技术采样定理：为保证采样后信数字波形分析技术A/D采样前的抗混迭滤波：

物理信号对象传感器电信号放大调制电信号A/D转换数字信号展开低通滤波(0-Fs/2)放大数字波形分析技术A/D采样前的抗混迭滤波：物理信号对象传感数字波形分析技术2、常用的数字波生成算法用途：数字信号发生器正弦波信号方波信号三角波信号锯齿波信号白噪声信号脉冲信号阶跃信号斜坡信号加速度信号数学公式数组D/A转换模拟信号数字波形分析技术2、常用的数字波生成算法用途：数字信号发生器数字波形分析技术被测信号幅度随时间变化历程称为信号波形。a)波形的概念0Aty(0)y(1)y(2)y(3)y(4)y(5)y(6)y(7)数字波形分析技术被测信号幅度随时间变化历程称为信号数字波形分析技术b)正弦波信号发生器模拟信号计算公式：数字信号计算公式：AT=1/f数字波形分析技术b)正弦波信号发生器模拟信号计算公式：数字信Fs=5000;a=5;f=2;q=60;T=1dt=1.0/Fs;N=T/dt;t=linspace(0,T,N);y=a*sin(2*3.14*f*t+q);plot(t,y);MATLAB程序：数字波形分析技术Fs=5000;MATLAB程序：数字波形分析技术DRVI程序：数字波形分析技术DRVI程序：数字波形分析技术Dimdata(2048)Fs=Document.Getline(200)f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)pi=3.1415926dt=1.0/FsForK=0To2047data(k)=a*Sin(2*pi*f*dt*K+q*pi/180)NextDocument.SetArrayInterval101,dtDocument.setarrayline101,2048,data数字波形分析技术Dimdata(2048)数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—电子琴频率：131147165175196220247262294330349392440494523数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—电子琴频率：131147正弦波数字信号发生器应用实例—手机和弦铃声+数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—手机和弦铃声+数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—双音频信令DTMF(DualToneMulti-Frequency)信令，代表数字的音频信号持续45ms，信号间55ms静音。数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—双音频信令DT正弦波数字信号发生器应用实例—摩尔电码数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—摩尔电码数字波形分析技术c)方波信号发生器数字信号计算公式：模拟信号计算公式：AT=1/f数字波形分析技术c)方波信号发生器数字信号计算公式：模拟信号计算公式：AT=数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*Tqt=T*q/360.0ForK=0To2047nt=K*dt+qti=Int(nt/T)t1=nt-i*TIft1<T2Thendata(k)=AEndIfIft1>T2Thendata(k)=-AEndIfNext数字波形分析技术f=Document.Getline(4)数字波形分析技术d)三角波信号发生器数字信号计算公式：AT=1/f模拟信号计算公式：数字波形分析技术d)三角波信号发生器数字信号计算公式：AT=T=1/f数字波形分析技术e)锯齿波信号发生器数字信号计算公式：A模拟信号计算公式：T=1/f数字波形分析技术e)锯齿波信号发生器数字信号计算公数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*Tqt=T*q/360.0ForK=0To2047nt=K*dt+qti=Int(nt/T)t1=nt-i*Tdata(k)=-A+2*A*t1/TNext数字波形分析技术f=Document.Getline(4)数字波形分析技术f)白噪声信号发生器数字信号计算公式：A模拟信号计算公式：-11均匀噪声数字波形分析技术f)白噪声信号发生器数字信号计算公式：A模拟数字波形分析技术Fs=Document.Getline(200)a=Document.Getline(5)dt=1.0/FsForK=0To2047data(k)=2*A*(RND()-0.5)Next上网查找均匀噪声转白噪声算法数字波形分析技术Fs=Document.Getline(20数字波形分析技术e)脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信号：阶跃信号：斜坡信号：数字波形分析技术e)脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信数字波形分析技术附录：声卡简介（双通道A/D、D/A卡）声卡是电脑主要部件之一，声卡上有D/A芯片，用来把数字化声音信号转换成模拟信号，同时还有A/D芯片，用来把模拟声音信号转换成数字信号，实验学习时可以将声卡作为双通道A/D卡和D/A卡。数字波形分析技术附录：声卡简介（双通道A/D、D/A卡）数字波形分析技术声卡的信号输入接口(A/D)

声卡输入口包括MIC和Linein。MIC输入阻抗1500Ω~20kΩ，输入电压10mV，单通道。LineIn输入阻抗为10kΩ~47kΩ,输入电平范围500mV~2V，双通道。声卡是用来采集声音信号，其频率特性线性段在20Hz~20kHz之间。

为防止测量信号超量程造成损坏，可以采用下面电路对声卡输入端进行保护。

数字波形分析技术声卡的信号输入接口(A/D)声卡输数字波形分析技术声卡的输出接口(D/A)

声卡输出口包括Speaker和Lineout。Speaker输出阻抗为8Ω，输出功率2W。Lineout输出阻抗为20Ω~500Ω，最大输出电平2V。

通常可以直接将插头连接在Lineout或Speaker，为防止短路对声卡造成的损坏，可在连接电路中串联电阻。数字波形分析技术声卡的输出接口(D/A)声卡输出口数字波形分析技术声卡驱动

1）MCI指令MCI是一种高层命令，用mciSendString函数发送控制命令字符串就可以了，使用简单，但这些命令主要是基于文件操作，不能满足实时地直接从音频缓存中读取数据的要求。2）WinmmAPI和DirectSoundAPIWinmmAPI和DirectSoundAPI均提供了对声卡的底层控制，可以直接访问音频缓冲区，不需要生成中间文件，能实现对声卡A/D采样过程和D/A输出过程的直接控制。

数字波形分析技术声卡驱动1）MCI指令MCI是一种高层命数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=44100;dt=1.0/Fs;T=2;N=T/dtt=[0:N-1]/N;x=2000*sin(2*pi*600*t);plot(t,x);axis([0,0.01,-2500,2500]);wavplay(x,Fs);数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=441数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=44100;N=44100t=[0:N-1]/N;x=wavrecord(N,Fs);

plot(t,x);数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=441数字波形分析技术声卡信号分析产品

数字波形分析技术声卡信号分析产品数字波形分析技术我们的声卡仪器数字波形分析技术我们的声卡仪器

Project1:基本要求:将声卡做为D/A，用C++、MATLAB或你熟悉的语言设计一个数字信号发生器.扩展功能:1.数字电子琴实现2.4合弦手机铃声实现3.双音频电话拨号音实现内容包括同类产品情况、设计原理、实现方法、参考文献。数字波形分析技术Rightnow,Catchamagicmoment,DoitRighthereandnowOnemorewalkthroughproblems,Builtup,andstandinourway,……..Project1:基本要求:数字波形分析技术Right数字波形分析技术Project报告书要求摘要概述(目的、意义)技术路线实现方法存在的问题结束语致谢参考文献数字波形分析技术Project报告书要求摘要数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介SoundQualityAutomobileEvaluations

工程声学课程(难度系数4)实践项目简介SoundQualiWrittenReportThereportshouldbeaminimumoftendoublespacedpages.1)Summary(orabstract).Thissectionofupto200wordsmaximumshouldstatewhatisinthereport,sothatpeopleknowwhethertheywanttoreadit.Itshouldnotbeanintroductiontothesubject.2)Introduction.Thissectionshouldgiveashortreviewofthebackgroundtothesubjectofthereport.Itshoulddescribetheimportanceofsoundqualityformarketingandpassengeracceptanceofthesoundofautomobiles.Aminimumofthree,fourorfivereferencesneedtobeprovided,withbriefcommentsaboutwhattheysayaboutthesubject.工程声学课程(难度系数4)实践项目简介WrittenReport1)Summary(ora3)Method.Ashortdescriptionmustbegivenofthemethodweusedwithourownjuriestoevaluatethesoundqualityoftheactualvehiclesontheroad.Thedummyheadrecordingprocedureandlaboratoryevaluationswithearphonesandwithloudspeakersshouldbebrieflydescribed.4)Results.Plotsshouldbegivenoftheroadresultsfortwoormorecarsonthesamefigure.Similarlyplotsshouldbegivenofthelabresultsfortwoormorecarsonthesamefigurefromtheearphoneand/orloudspeakerevaluations.Somebriefdiscussionshouldbeprovidedabouttheseresults.工程声学课程(难度系数4)实践项目简介3)Method.Ashortdescription5)Conclusions.Youownconclusionsaboutthesejuryexperiments,andthedifferentresultsforthevehiclesneedtobegiven.6)References.Theseneedtobegiveninastandardway.Theyneedtobecompleteenoughsothatotherscouldfindthem…a)Authorname.b)Titleofchapterorarticle,c)Publication(bookorjournal),d)Publisherofbookorjournaltitle,e)Cityforbookorjournalvolumeandissuenumberforarticle,f)Yearofpublication.Thankyou.

MalcolmCrocker工程声学课程(难度系数4)实践项目简介5)Conclusions.Youownconclu工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介作业讲评一Auburn大学课程评价表能力培养放在课程评价的首位作业讲评一Auburn大学课程评价表能力培养放在课程评价的首工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程数字信号处理--算法与实践一、数字波形分析技术波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器显示信号波形就可以测量特征参数。

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数字波形分析技术X(0),X(1),X(2),数字波形分析技术每周期应该有多少采样点？最少2点:数字波形分析技术每周期应该有多少采样点？最少2点:数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术采样定理：

为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。Fs＞2Fmax

数字波形分析技术采样定理：为保证采样后信数字波形分析技术A/D采样前的抗混迭滤波：

物理信号对象传感器电信号放大调制电信号A/D转换数字信号展开低通滤波(0-Fs/2)放大数字波形分析技术A/D采样前的抗混迭滤波：物理信号对象传感数字波形分析技术2、常用的数字波生成算法用途：数字信号发生器正弦波信号方波信号三角波信号锯齿波信号白噪声信号脉冲信号阶跃信号斜坡信号加速度信号数学公式数组D/A转换模拟信号数字波形分析技术2、常用的数字波生成算法用途：数字信号发生器数字波形分析技术被测信号幅度随时间变化历程称为信号波形。a)波形的概念0Aty(0)y(1)y(2)y(3)y(4)y(5)y(6)y(7)数字波形分析技术被测信号幅度随时间变化历程称为信号数字波形分析技术b)正弦波信号发生器模拟信号计算公式：数字信号计算公式：AT=1/f数字波形分析技术b)正弦波信号发生器模拟信号计算公式：数字信Fs=5000;a=5;f=2;q=60;T=1dt=1.0/Fs;N=T/dt;t=linspace(0,T,N);y=a*sin(2*3.14*f*t+q);plot(t,y);MATLAB程序：数字波形分析技术Fs=5000;MATLAB程序：数字波形分析技术DRVI程序：数字波形分析技术DRVI程序：数字波形分析技术Dimdata(2048)Fs=Document.Getline(200)f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)pi=3.1415926dt=1.0/FsForK=0To2047data(k)=a*Sin(2*pi*f*dt*K+q*pi/180)NextDocument.SetArrayInterval101,dtDocument.setarrayline101,2048,data数字波形分析技术Dimdata(2048)数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—电子琴频率：131147165175196220247262294330349392440494523数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—电子琴频率：131147正弦波数字信号发生器应用实例—手机和弦铃声+数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—手机和弦铃声+数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—双音频信令DTMF(DualToneMulti-Frequency)信令，代表数字的音频信号持续45ms，信号间55ms静音。数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—双音频信令DT正弦波数字信号发生器应用实例—摩尔电码数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例—摩尔电码数字波形分析技术c)方波信号发生器数字信号计算公式：模拟信号计算公式：AT=1/f数字波形分析技术c)方波信号发生器数字信号计算公式：模拟信号计算公式：AT=数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*Tqt=T*q/360.0ForK=0To2047nt=K*dt+qti=Int(nt/T)t1=nt-i*TIft1<T2Thendata(k)=AEndIfIft1>T2Thendata(k)=-AEndIfNext数字波形分析技术f=Document.Getline(4)数字波形分析技术d)三角波信号发生器数字信号计算公式：AT=1/f模拟信号计算公式：数字波形分析技术d)三角波信号发生器数字信号计算公式：AT=T=1/f数字波形分析技术e)锯齿波信号发生器数字信号计算公式：A模拟信号计算公式：T=1/f数字波形分析技术e)锯齿波信号发生器数字信号计算公数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*Tqt=T*q/360.0ForK=0To2047nt=K*dt+qti=Int(nt/T)t1=nt-i*Tdata(k)=-A+2*A*t1/TNext数字波形分析技术f=Document.Getline(4)数字波形分析技术f)白噪声信号发生器数字信号计算公式：A模拟信号计算公式：-11均匀噪声数字波形分析技术f)白噪声信号发生器数字信号计算公式：A模拟数字波形分析技术Fs=Document.Getline(200)a=Document.Getline(5)dt=1.0/FsForK=0To2047data(k)=2*A*(RND()-0.5)Next上网查找均匀噪声转白噪声算法数字波形分析技术Fs=Document.Getline(20数字波形分析技术e)脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信号：阶跃信号：斜坡信号：数字波形分析技术e)脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信数字波形分析技术附录：声卡简介（双通道A/D、D/A卡）声卡是电脑主要部件之一，声卡上有D/A芯片，用来把数字化声音信号转换成模拟信号，同时还有A/D芯片，用来把模拟声音信号转换成数字信号，实验学习时可以将声卡作为双通道A/D卡和D/A卡。数字波形分析技术附录：声卡简介（双通道A/D、D/A卡）数字波形分析技术声卡的信号输入接口(A/D)

声卡输入口包括MIC和Linein。MIC输入阻抗1500Ω~20kΩ，输入电压10mV，单通道。LineIn输入阻抗为10kΩ~47kΩ,输入电平范围500mV~2V，双通道。声卡是用来采集声音信号，其频率特性线性段在20Hz~20kHz之间。

为防止测量信号超量程造成损坏，可以采用下面电路对声卡输入端进行保护。

数字波形分析技术声卡的信号输入接口(A/D)声卡输数字波形分析技术声卡的输出接口(D/A)

声卡输出口包括Speaker和Lineout。Speaker输出阻抗为8Ω，输出功率2W。Lineout输出阻抗为20Ω~500Ω，最大输出电平2V。

通常可以直接将插头连接在Lineout或Speaker，为防止短路对声卡造成的损坏，可在连接电路中串联电阻。数字波形分析技术声卡的输出接口(D/A)声卡输出口数字波形分析技术声卡驱动

1）MCI指令MCI是一种高层命令，用mciSendString函数发送控制命令字符串就可以了，使用简单，但这些命令主要是基于文件操作，不能满足实时地直接从音频缓存中读取数据的要求。2）WinmmAPI和DirectSoundAPIWinmmAPI和DirectSoundAPI均提供了对声卡的底层控制，可以直接访问音频缓冲区，不需要生成中间文件，能实现对声卡A/D采样过程和D/A输出过程的直接控制。

数字波形分析技术声卡驱动1）MCI指令MCI是一种高层命数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=44100;dt=1.0/Fs;T=2;N=T/dtt=[0:N-1]/N;x=2000*sin(2*pi*600*t);plot(t,x);axis([0,0.01,-2500,2500]);wavplay(x,Fs);数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=441数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=44100;N=44100t=[0:N-1]/N;x=wavrecord(N,Fs);

plot(t,x);数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数Fs=441数字波形分析技术声卡信号分析产品

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Project1:基本要求:将声卡做为D/A，用C++、MATLAB或你熟悉的语言设计一个数字信号发生器.扩展功能:1.数字电子琴实现2.4合弦手机铃声实现3.双音频电话拨号音实现内容包括同类产品情况、设计原理、实现方法、参考文献。数字波形分析技术Rightnow,Catchamagicmoment,DoitRighthereandnowOnemorewalkthroughproblems,Builtup,andstandinourway,……..Project1:基本要求:数字波形分析技术Right数字波形分析技术Project报告书要求摘要概述(目的、意义)技术路线实现方法存在的问题结束语致谢参考文献数字波形分析技术Project报告书要求摘要数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介工程声学课程(难度系数4)实践项目简介SoundQualityAutomobileEvaluations

工程声学课程(难度系数4)实践项目简介SoundQualiWrittenReportThereportshouldbeaminimumoftendoublespacedpages.1)Summary(orabstract).Thissectionofupto200wordsmaximumshouldstatewhatisinthereport,sothatpeopleknowwhethertheywanttoreadit.Itshouldnotbeanintroductiontothesubject.2)Introduction.Thissectionshouldgiveashortreviewofthebackgroundtothesubjectofthereport.Itshoulddescribetheimportanceofsoundqualityformarketingandpassengeracceptanceofthesoundofautomobiles.Aminimumofthree,fourorfivereferencesneedtobeprovided,withbriefcommentsaboutwhattheysayaboutthesubject.工程声学课程(难度系数4)实践项目简介WrittenReport1)Summary(ora3)Method.Ashortdescriptionmustbegivenofthemethodweusedwithourownjuriestoevaluatethesoundqualityoftheactualvehiclesontheroad.Thedummyheadrecordingprocedureandlaboratoryevaluationswithearphonesandwithloudspeakersshouldbebrieflydescribed.4)Results.Plotsshouldbegivenoftheroadresultsfortwoormorecarsonthesamefigure.Similarlyplotsshouldbegiveno