实验三指导书

DSP实验三IIR滤波器的设计与信号滤波指导书1、实验目的（1）熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法。（2）掌握数字滤波器的计算机仿真方法。（3）通过观察对实际心电图信号的滤波作用，获得数字滤波的感性知识。2、实验原理利用双线性变换设计IIR滤波器（只介绍巴特沃斯数字低通滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数QUOTEHa(s)Ha(s)_QUOTEHa(s)Ha(s)__D_Dd__________ĎĻ如果给定的指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟滤波器的技术指标，这里主要是边界频率QUOTE蠅p蠅p和QUOTE蠅s蠅s的转换，对QUOTE伪p伪p和QUOTE伪s伪s指标不作变化。边界频率的转换关系为QUOTE__D_Dd__________ĻĝϨϨ_________________QUOTE；根据阶数N查巴特沃斯归一化低通滤波器参数表，得到归一化传输函数QUOTEHa(p)Ha(p)/QUOTE将代入QUOTEHa(p)Ha(p)_D_Dd__________QUOTEHa(s)Ha(s)/(^())/(^()，得到所要设计的IIR滤波器的系统函数H(z)。利用所设计的数字波器对实际的心电图采样信号进行数字滤波。3、实验步骤及内容（1）复习有关巴特沃斯模拟滤波器的设计和用双线性变换法设计IIR数字滤波器的内容，用双线性变换法设计一个巴特沃斯IIR低通数字滤波器。设计指标参数为：在通带内频率低于QUOTED_Dd__________（2）以QUOTE0.02蟺0.02蟺/(^())/(^())_D_Dd__________ႣҒϨϨ（3）用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列（实验数据在后面给出）进行仿真滤波处理，并分别绘制出滤波前后的心电图信号波形图，观察总结滤波作用与效果。（4）编写程序完成各部分实验内容。4、实验用MATLAB函数介绍buttord();butter();bilinear();freqz();freqs();filter();figure();plot();stem();abs();title();xlabel();ylabel();text();holdon;axis();gridon;subplot()等。5、实验用MATLAB函数介绍（1）用双线性变换法设计数字滤波器过程中，变换公式QUOTEs=2T1-z-11+z-1s=（2）如果用脉冲响应不变法设计该IIR数字低通滤波器，程序如何改动？实验报告要求？6、实验报告要求（1）简述实验目的及实验原理。（2）编程实现各实验内容，列出实验清单及说明。（3）由绘制的QUOTED_Dd__________ðϨϨ（4）对比滤波前后的心电图信号波形，说明数字滤波器的滤波过程与滤波作用。（5）简要回答思考题。7、心电图信号采样序列x(n)人体心电图信号在测量过中往往受到工业高频干扰，所以必须经过低通滤波处理后，才能作为判断心脏功能的有用信息。下面给的数据是一实际心电图信号采样序列样本x(n)，其中存在高频于扰。本实验中，以x(n)作为输入序列，滤出其中的干扰成分。x(n)=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,4,-4,-6,-6,-2,6,12,80,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0]（1）复习有关巴特沃斯模拟滤波器的设计和用双线性变换法设计IIR数字滤波器的内容，用双线性变换法设计一个巴特沃斯IIR低通数字滤波器。设计指标参数为：在通带内频率低于0.2pi时，最大衰减小于1dB;在阻带内[0.3*pi,pi]频率区间上，最小衰减大于15dB。用buttord,butter指令实现实验代码：clc;Rp=1;Rs=15;wp=0.2*pi/pi;ws=0.3*pi/pi;Fs=1;%选择滤波器的最小阶数[N,Wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs);%用双线性变换法的butter指令直接实现IIR数字滤波器的设计[bz,az]=butter(N,Wn);%绘制频率响应曲线[H,W]=freqz(bz,az);subplot(2,2,1);plot(W,20*log(abs(H)));gridxlabel('频率/弧度')ylabel('对数幅频响应/dB')axis([00.4*pi-401])（2）以0.02*pi为采样间隔，绘制出数字滤波器在频率区间[0,pi/2]上的幅频特性曲线试验程序：w=0:0.02*pi:pi/2%length(w)),length(H)),%length(H(1:10:256))%plot(w,abs(H(1:10:256)));subplot(2,2,2);plot(w,20*log(abs(H(1:10:256))));gridxlabel('频率/弧度')ylabel('对数幅频响应/dB')axis([00.4*pi-401])（3）用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列（实验数据在后面给出）进行仿真滤波处理，并分别绘制出滤波前后的心电图信号波形图，观察总结滤波作用与效果。心电图信号采样序列x(n)人体心电图信号在测量过中往往受到工业高频干扰，所以必须经过低通滤波处理后，才能作为判断心脏功能的有用信息。下面给的数据是一实际心电图信号采样序列样本x(n)，其中存在高频于扰。本实验中，以x(n)作为输入序列，滤出其中的干扰成分。x(n)=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,4,-4,-6,-6,-2,6,12,80,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0]实验程序：%x(n)=[-4-20-4-6-4-2-4-64-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-2-4000-2-200-2-2-2-20]%定义原始心电信号x=[-4-20-4-6-4-2-4-64-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-