信号处理课程设计报告.
信号处理课程设计
设计说明书
设计项目：线性卷积与圆周卷积演示程序的设计
项目完成人：姓名：王威龙学号：20132185 专业班级： 13级电子信息工程一班
指导教师：刘淑玉，赵亚凤，王建卫，李超
提交日期： 2016.1.8
机电工程学院电子信息工程
1.设计基本原理
1.1课题研究的背景
卷积运算广泛的应用于通讯、电子、自动化等领域的线性系统的仿真、分析及数字信号处理等方面。在MATLAB中可以使用线性卷积和圆周卷积实现离散卷积。线性卷积是工程应用的基础，但圆周卷积实现线性离散卷积具有速度快等优势。圆周卷积采用循环移位，在MATLAB中没有专用函数，需要根据圆周卷积的运算过程编制程序代码。本实验主要围绕线性卷积和圆周卷积的演示程序设计来展开，给出了线性卷积和圆周卷积演示的程序及动态实现。
在线性时不变连续系统中，利用系统的冲激响应和叠加原理来求系统对任意激励信号作用时的零状态响应，这就是卷积方法的原理。因此，在时域内，卷积运算是求解线性非时变系统零状态响应的重要方法，特别是激励信号为时限信号时尤其如此。卷积运算的计算比较复杂，是信号与系统分析中的重点和难点，特别适合用于计算机来计算。以往的卷积积分多用fortran、c、VB等语言编程，不仅编程繁琐，而且可视性差。用MATLAB来计算卷积积分问题要比用C、FORTRAN 等语言完成相同的事情简洁的多。
在MATLAB 中，有很多现成的函数可以直接调用，而且在计算机方面，可以直接用相应的计算机符号即可。在编写程序语言方面，它与其他语言相比更为简单。正因为上述原因，使他深受工程技术人员及科学专家的欢迎，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、教学等领域不仅可缺少的基础软件。
1.2课题研究意义
本课程为电子信息工程专业的独立实践课，是建立在信号与系统、数字信号处理等课程的基础上，加强实践环节而开设的。其目的在于通过本课程设计使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。通过课程设计，主要达到以下的目的：
（1）使学生增进对MATLAB的认识，加深对信号处理理论的理解。
（2）使学生掌握数字信号处理中频谱分析的概念和方法。
（3）使学生掌握数字信号中IIR和FIR滤波器的设计。
（4）使学生理解并掌握MATLAB实现IIR和FIR滤波器的设计方法、过程。
通过本门课程的教学，学生能初步掌握应用Matlab软件编写数字信号处理的应用程序；用FFT对连续信号和离散信号进行谱分析；编程实现IIR数字滤波器和FIR数字滤波器；了解各种窗函数对滤波器特性的影响等，进一步明确数字信号处理的工程应用。通过本次信号处理综合设计，综合运用数字信号处理、Matlab技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。
2.设计任务
2.1课题设计的任务
目的：
①熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用;
②熟练掌握线性卷积与圆周卷积的关系，及线性时不变离散系统系统响应的求解方法;
要求：
①动态演示线性卷积的完整过程;
②动态演示圆周卷积的完整过程;
③对比分析线性卷积与圆周卷积的结果;
2.2课题研究的内容
使用matlab软件线性卷积与圆周卷积演示程序的设计（线性移不变离散时间系统的求解）
卷积演示程序设计内容
（1）可输入任意2待卷积序列x1(n)、x2(n)，长度不做限定。测试数据为：x1(n)={1,1,1,1,0, 0,1,1,1,1,0,0}，x2(n)={0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0}；
（2）分别动态演示2序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)和圆周卷积x1(n) x2 (n)的过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程。
（3）圆周卷积默认使用2序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N用以进行混叠分析。
（4）根据实验结果分析2类卷积的关系。
2.3课题研究的指标
指标要求：
①动态演示线性卷积的完整过程;
②动态演示圆周卷积的完整过程;
③对比分析线性卷积与圆周卷积的结果;
3.课程设计的过程
3.1卷积演示程序设计思想
首先建立一个基本的框架，制作一个菜单，其中包括主程序菜单和子程序的菜单，子程序菜单可以选择回到主程序菜单选择功能。菜单的框架完成后，实现可以任意输入两个序列，然后分别制作动态演示序列的线性卷积的程序、动态演示序列的圆周卷积、以及验证时域卷机定理以及比较运行速率的程序。结合上面建立的框架完成菜单选择以及功能的调用，让整个设计完美。
3.2 步骤
3.2.1线性卷积
线性时不变系统（Linear Time-Invariant System, or L. T. I系统）的输入、输出间的关系为：当系统输入序列为x(n)，系统的单位脉冲响应为h(n)，
输出序列为y(n)，则系统输出为：
∑∞
-∞
==-=
m n h n x m n h m x n y )
(*)()()()(或
∑+∞
-∞
==-=
m n x n h m n x m h n y )
(*)()()()(
上式称为离散卷积或线性卷积。 3.2.2 圆周卷积
设两个有限长序列x1(n)和x2(n)，均为N 点长
x1(n) ??
→←DFT
X1(K) x2(n) ??→←DFT X2(K)
如果X3(K)=X1(K)﹒X2(K)则
)
()(~)(~)(10213n R m n x m x n x N N m ??????-=∑-=
[]
∑---=1
021)()(N m N m n x m x
)(1n x =N 10)(2-≤≤N n n x
上式称为循环卷积或圆周卷积
注：)(~1n x 为x1(n)序列的周期化序列；)()(~1n R n x N 为)(~1n x 的主值序列。 编程计算时，x3(n)可表示如下：
∑∑-+==-++
-=1
1
2
1
0213)
()()()()(N n m n
m m n N x
m x m n x m x n x
3.2.3两个有限长序列的线性卷积
序列x1(n)为L 点长，序列x2(n)为P 点长，x3(n)为这两个序列的线性卷积，则x3(n)为
∑+∞
-∞
=-=
m m n x
m x n x )
()()(2
1
3
且线性卷积x3(n)的最大长L+P-1，也就是说当1-≤n 和1-+≥P L n 时x3(n)=0。
3.2.4 两个有限长序列的圆周卷积
线性卷积是求离散系统响应的主要方法之一，许多重要应用都建立在这理论基础上，如卷积滤波等，专用函数conv （x,h ）可完成线性卷积过程。
圆周卷积的计算速度远快于线性卷积，如果选择圆周卷积的长度
1-+≥P L n ,则可以用圆周卷积取代线性卷积。方法如下：
定义圆周卷积的长度：选择N=L+P-1。 将两个序列的长度都补足为N:
将长为L 的序列x1(n)延长到N ，补N-L 个零； 将长为P 的序列x2(n)延长到N ，补N-P 个零；
翻转x1(n)，周期延拓为序列)(~
1n x ，取主周期。
循环移位：与线性卷积不同，圆周卷积运算中采用的是循环移位，有限长序列x1(n)的循环移位定义为：
)())(()(n R m n x n f N N +=
其含义如下：①N m n x ))((+表示x(n)的周期延拓序列)(~
n x 的移位：
)())((~
m n x m n x +=+
②)())((N R m n x N N +表示对移位的周期序列N m n x ))((+取主值序列。所以f(n)仍然是一个长度为N 的有限长序列。
3.3卷积演示程序
3.1程序实现
3.1.1线性卷积程序实现 x1=[1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0]; x2=[0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0]; p=length(x1); q=length(x2); n=p+q-1; a= 0 : q-1;
y2(a+1)=x2(q-a);
for n=1 : p+q-1
k=-q+n:1:-1+n;
subplot(3,1,2)
stem(k,y2)
title('x2(n-m)');
axis([-16,16,0,24]);
以上部分是实现翻转并移位，在设计中是将序列x2进行翻转和移位。y=conv(x1,x2);
t=1:1:n
h(t)=y(t);
subplot(3,1,3)
t=0:n-1;
stem(t,h);
title('线性卷积y(n)')
axis([-16,16,0,24]);
pause(1)
end
以上整个部分就是实现线性卷积的过程。
subplot(3,2,1)
stem(x1);
title('x1(m)')
axis([0,15,0,1]);
pause(1)
subplot(3,2,2)
stem(x2);
title('x2(m)')
axis([0,15,0,2]);
pause(1)
end
图像：
3.1.2圆周卷积程序实现
function y=jjdtys(x,h)
x=input('输入信号，x=')
h=input('输入信号，h=')
lx=length(x);
lh=length(h);
lmax=max(lx,lh);
if lx>lh nx=0;nh=lx-lh;
else if lx else nx=0;nh=0; end end lt=lmax; u=[zeros(1,lt),x,zeros(1,nx),zeros(1,lt)]; %m=[zeros(1,lt),h,zeros(1,nh),zeros(1,lt)]; t1=(-lt+1:2*lt); h=[zeros(1,lt),h,zeros(1,nh),zeros(1,lt)]; hf=zeros(1,length(h)); s=fliplr(h); subplot(5,1,1);stem(t1,u) set(gcf,'color','w') axis([-lt,2*lt,min(u),max(u)]) hold on;ylabel('x[n]') %subplot(5,1,2);stem(t1,h) %axis([-lt,2*lt,min(h),max(h)]) %hold on;ylabel('h[n]') for a=(1:length(h)); hf(a)=s(a); subplot(5,1,2);stem(t1,hf) set(gcf,'color','w') ylabel('h[-n]') pause(0.5) end y=zeros(1,3*lt); for k=(0:2*lt); p=[zeros(1,k),s(1:end-k)]; y1=u.*p; yk=sum(y1); y(k+lt+1)=yk; %%subpolt(6,1,2);stem(t1,u) %set(gcf,'color','w') %axis([-lt,2*lt,min(u),max(u)]) %hold on;ylabel('x[n]') subplot(5,1,3);stem(t1,p) set(gcf,'color','w') axis([-lt,2*lt,min(p),max(p)]) ylabel('h[k-n]') subplot(5,1,4);stem(t1,y1) ylabel('s=u*h[k-n]') subplot(5,1,5);stem(k,yk) axis([-lt,2*lt,min(y1),max(y1)+eps]) axis([-lt,2*lt,floor(min(y)+eps),ceil(max(y+eps))]); hold on; ylabel('y[k]=sum(s)') %subplot(5,1,6);stem(t1,hf) if k==round(0.8*lt) %disp('暂停，按任意键继续'); pause else pause(1) end end end 图像： 3.6结果分析 开始运行程序，会进入主菜单，按照提示进行选择：请输入x1:[1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0] 请输入x2:[0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0] （1）、动态演示2序列的线性卷积 x1(m) x2(m) 01020x2(n-m) 01020线性卷积y(n) 图2 线性卷积结果 （2）、动态演示2序列的10点的圆周卷积 010 20x2(n-m) -15 -10 -5 5 10 15 01020y （n ） 图3 圆周卷积结果 设计思考 圆周卷积与线性卷积的关系：若有x1(n)与x2（n）两个分别为N1与N2的有限长序列，则它们的线性卷积y1（n）为N1+N2-1的有限长序列，而它们的N点圆周卷积y2（n）则有以下两种情况：1，当N 线性卷积运算步骤：求x1(n)与x2（n）的线性卷积：对x1(m)或x2（m）先进行镜像移位x1（-m），对移位后的序列再进行从左至右的依次平移x(n-m),当n=0,1,2.…N-1时，分别将x(n-m)与x2（m）相乘，并在m=0,1,2.…N-1的区间求和，便得到y（n） 圆周卷积运算步骤：圆周卷积过程中，求和变量为m，n为参变量，先将x2(m)周期化，形成x2((m))N,再反转形成x2((-m))N,取主值序列则得到x2((-m))NRN(m),通常称之为x2(m)的圆周反转。对x2(m)圆周反转序列圆周右移n,形成x2((n-m))NRN(m),当n=0,1,2,…,N-1时，分别将x1(m)与x2((n-m))NRN(m)相乘，并在m=0到N-1区间内求和，便得到圆周卷积y(n)。 采用圆周卷积运算代替线性卷积运算：时域圆周卷积在频域上相当于两序列的DFT的相乘，而计算DFT可以采快速傅立叶变换（FFT），因此圆周卷积和线性卷积相比，计算速度可以得到提高。 5.附录 5.1主程序流程图 5.2程序代码 5.2.1主程序实现 线性卷积程序实现 x1=[1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0]; x2=[0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0]; p=length(x1); q=length(x2); n=p+q-1; a= 0 : q-1; y2(a+1)=x2(q-a); for n=1 : p+q-1 k=-q+n:1:-1+n; subplot(3,1,2) stem(k,y2) title('x2(n-m)'); axis([-16,16,0,24]); 以上部分是实现翻转并移位，在设计中是将序列x2进行翻转和移位。y=conv(x1,x2); t=1:1:n h(t)=y(t); subplot(3,1,3) t=0:n-1; stem(t,h); title('线性卷积y(n)') axis([-16,16,0,24]); pause(1) end 以上整个部分就是实现线性卷积的过程。 subplot(3,2,1) stem(x1); title('x1(m)') axis([0,15,0,1]); pause(1) subplot(3,2,2) stem(x2); title('x2(m)') axis([0,15,0,2]); pause(1) end 圆周卷积程序实现 对于循环卷积，要求我们进行判断并根据情况做不同的分析： 方案一：function y=jjdtys(x,h) x=input('输入信号，x=') h=input('输入信号，h=') lx=length(x); lh=length(h); lmax=max(lx,lh); if lx>lh nx=0;nh=lx-lh; else if lx else nx=0;nh=0; end end lt=lmax; u=[zeros(1,lt),x,zeros(1,nx),zeros(1,lt)]; %m=[zeros(1,lt),h,zeros(1,nh),zeros(1,lt)]; t1=(-lt+1:2*lt); h=[zeros(1,lt),h,zeros(1,nh),zeros(1,lt)]; hf=zeros(1,length(h)); s=fliplr(h); subplot(5,1,1);stem(t1,u) set(gcf,'color','w') axis([-lt,2*lt,min(u),max(u)]) hold on;ylabel('x[n]') %subplot(5,1,2);stem(t1,h) %axis([-lt,2*lt,min(h),max(h)]) %hold on;ylabel('h[n]') for a=(1:length(h)); hf(a)=s(a); subplot(5,1,2);stem(t1,hf) set(gcf,'color','w') ylabel('h[-n]') pause(0.5) end y=zeros(1,3*lt); for k=(0:2*lt); p=[zeros(1,k),s(1:end-k)]; y1=u.*p; yk=sum(y1); y(k+lt+1)=yk; %%subpolt(6,1,2);stem(t1,u) %set(gcf,'color','w') %axis([-lt,2*lt,min(u),max(u)]) %hold on;ylabel('x[n]') subplot(5,1,3);stem(t1,p) set(gcf,'color','w') axis([-lt,2*lt,min(p),max(p)]) ylabel('h[k-n]') subplot(5,1,4);stem(t1,y1) ylabel('s=u*h[k-n]') subplot(5,1,5);stem(k,yk) axis([-lt,2*lt,min(y1),max(y1)+eps]) axis([-lt,2*lt,floor(min(y)+eps),ceil(max(y+eps))]); hold on; ylabel('y[k]=sum(s)') %subplot(5,1,6);stem(t1,hf) if k==round(0.8*lt) %disp('暂停，按任意键继续'); pause else pause(1) end end end 方案二：x1=[1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0]; x2=[0,1,2,1,0,0,0,1,2,1,0,0]; p=length(x1);q=length(x2);k=max(p,q);%p if p x11=[x1,zeros(1,N-p)]; n=0:1:N-1; x22(n+1)=x2(n+1); elseif p==q|p>N n=0:1:N-1; x11(n+1)=x1(n+1); x22(n+1)=x2(n+1); else disp('错误，x1的长度要比x2短') end 6. 总结（实习的心得体会） 通过本次实验，我掌握了线性卷积与圆周卷积软件实现的方法，并验证了两者之间的关系，同时，通过上机调试程序，进一步增强了我使用计算机解决问题的能力。使我对MATLAB有了一定的了解，也理解了线性卷积的概念；同时通过在网上的查阅相关资料使我增强了收集资料的能力 此设计是针对卷积演示的程序进行设计，并给出了两个示例序进行线性卷积和圆周卷积的翻转、移位、乘机、求和的过程等。圆周卷积是将所有数据限定一个固定的长度。设线性卷积和圆周卷积有用信号部分长度分别为L、P，则当圆周卷积长度大于等于L+P-1时两者等价。 线性卷积和圆周卷积对运算有不同的要求：线性卷积的对象可以是有限长或无限长非周期序列，若两个序列的长度分别为M和N，则卷积后的序列长度为L=M+N-1。圆周卷积的对象是两个同长度（若长度不同可用补零的方法达到同长度）的有限长序列，圆周卷积的结果也是同一长度的有限长序列。它们的关系是：圆周卷积是线性卷积L点周期延拓的主值区间。 通过本次课程设计巩固了所学过的数字信号处理课程的有关知识，同时也对matlab这个软件有了更深的了解，它与数字信号处理这门课程之间有着紧密关系，matlab中是采用数组和距阵的方式处理数据，如何将数字信号处理有关的资料以数组和距阵进行编程是我们学习的一个方面，通过这次的课程设计，让我发现了数字信号处理在matlab中的应用，同时也激发了我利用这软件来实现数字信号处理有关问题的兴趣。 本次设计中，有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力和编程能力，更主要的是它激起我们创新思维，提高了自己独立分析问题和解决问题的能力，这在无形中以及提高了我各方面的能力。无论是在知识上，还是在思想上都给我烙下了深刻的印象。 指导教师评语： 设计成绩： 年月日 《数字信号处理》课程设计报告 设计题目： IIR滤波器的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2010年月日 1、设计目的 1、掌握IIR 滤波器的参数选择及设计方法； 2、掌握IIR 滤波器的应用方法及应用效果； 3、提高Matlab 下的程序设计能力及综合应用能力。 4、了解语音信号的特点。 2、设计任务 1、学习并掌握课程设计实验平台的使用，了解实验平台的程序设计方法； 2、录制并观察一段语音信号的波形及频谱，确定滤波器的技术指标； 3、根据指标设计一个IIR 滤波器，得到该滤波器的系统响应和差分方程，并根据差分方程将所设计的滤波器应用于实验平台，编写相关的Matlab 程序； 4、使用实验平台处理语音信号，记录结果并进行分析。 3、设计内容 3.1设计步骤 1、学习使用实验平台，参见附录1。 2、使用录音机录制一段语音，保存为wav 格式，录音参数为：采样频率8000Hz、16bit、单声道、PCM 编码，如图1 所示。 图1 录音格式设置 在实验平台上打开此录音文件，观察并记录其波形及频谱（可以选择一段较为稳定的语音波形进行记录）。 3、根据信号的频谱确定滤波器的参数：通带截止频率Fp、通带衰减Rp、阻带截止频率Fs、阻带衰减Rs。 4、根据技术指标使用matlab 设计IIR 滤波器，得到系统函数及差分方程，并记录得到系统函数及差分方程，并记录其幅频响应图形和相频响应图形。要求设计 第 1页出的滤波器的阶数小于7，如果不能达到要求，需要调整技术指标。 5、记录滤波器的幅频响应和系统函数。在matlab 中，系统函数的表示公式为： 因此，必须记录系数向量a 和b。系数向量a 和b 的可以在Matlab 的工作空间（WorkSpace）中查看。 6、根据滤波器的系统函数推导出滤波器的差分方程。 7、将设计的滤波器应用到实验平台上。根据设计的滤波器的差分方程在实验平台下编写信号处理程序。根据运行结果记录处理前后的幅频响应的变化情况，并试听处理前后声音的变化，将结果记录，写入设计报告。 3.2实验程序 （1）Rs=40; Fs=1400; Rp=0.7; Fp=450; fs=8000; Wp=2*pi*Fp;Ws=2*pi*Fs; [N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [b1,a1]=butter(N,Wn,'s'); [b,a]=bilinear(b1,a1,fs); [H,W]=freqz(b,a); figure; subplot(2,1,1);plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('频率');ylabel('幅值');、 subplot(2,1,2); plot(W,angle(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('相位(rad)');ylabel('相频特性'); 3.3实验结果（如图）： N =5 Wn=6.2987e+003 第 2页 多通道实时阵列信号处理系统的设计 由judyzhong于星期三, 11/11/2015 - 14:06 发表 作者：杨欣然,吴琼之,范秋香来源：电子科技 摘要：以全数字化信号产生和数字波束形成处理为基础的数字化阵列雷达已成为当代相控阵雷达技术发展的一个重要趋势，本文针对现代数字化阵列雷达对多通道数据采集和实时处理的需求，设计了一种基于FPGA的多通道实时阵列信号处理系统。可完成对20通道的中频数据采集，实时波束合成和数据传输功能，实验结果表明系统工作稳定、性能良好，具有良好的信噪比和通道一致性。 随着数字信号处理技术的不断进步和相应处理能力的不断提高，数字化阵列雷达以其动态范围大、扫描波束多、设计灵活性高的特点，已经逐步取代传统模拟阵列雷达成为高性能阵列雷达的主要研究方向。数字化阵列雷达需要将各个阵列天线接收的信号经过模拟下变频后经过AD采样并在数字域内进行信号处理，其典型的信号处理的方法包括数字波束形成(DBF)技术和波达方向估计(DOA)技术等。对于数字阵列雷达而言，对模拟下变频后的信号完成多 通道数据采集、数据处理和传输是系统的关键部分，对处理系统的同步性能、通道间幅相一致性均提出了很高要求，如进行DBF处理中通道间的不一致性将会影响波束合成后天线的方向图的特性，使增益下降、旁瓣电平升高。同时数字阵列雷达需要对各个通道采集下的数据实时地完成信号处理和数据传输功能，对处理系统的实时处理能力和信号吞吐能力提出了一定挑战。 本文介绍了一种针对DBF处理的多通道阵列信号处理系统的设计方案，以Xilinx的 XC7K325T FPGA为核心，完成了20通道的中频数据采集，并在FPGA内完成数字波束合成功能，可以同时完成8个波束指向的合成，并且将合成后的数据通过RapidIO结果传输至实时处理机进行进一步的处理。 1 系统设计原理和组成 本系统由数据采集模块和波束合成与传输模块两部分组成，系统框图如图1所示。 20路模拟中频输入通过SSMC连接器输入，由5片四通道A/D芯片AD9653采样后，通过LVDS接口串行输出到到FPGA的ISERDES输入模块中完成串并转换，并在FPGA内完 课程设计报告 课程名称信号与系统课程设计指导教师 设计起止日期 学院信息与通信工程 专业电子信息工程 学生 班级/学号 成绩 指导老师签字 目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计要求 (1) 3、课程设计任务 (1) 4、课程设计容 (1) 5、总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (12) 1、课程设计目的 “信号与系统”是一门重要的专业基础课，MATLAB作为信号处理强有力的计算和分析工具是电子信息工程技术人员常用的重要工具之一。本课程设计基于MATLAB完成信号与系统综合设计实验，以提高学生的综合应用知识能力为目标，是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充。通过课设综合设计实验，激发学生理论课程学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。 2、课程设计要求 （1）运用MATLAB编程得到简单信号、简单信号运算、复杂信号的频域响应图； （2）通过对线性时不变系统的输入、输出信号的时域和频域的分析，了解线性时不变系统的特性，同时加深对信号频谱的理解。 3、课程设计任务 （1）根据设计题目的要求，熟悉相关容的理论基础，理清程序设计的措施和步骤； （2）根据设计题目的要求，提出各目标的实施思路、方法和步骤； （3）根据相关步骤完成MATLAB程序设计，所编程序应能完整实现设计题目的要求； （4）调试程序，分析相关理论； （5）编写设计报告。 4、课程设计容 （一）基本部分 （1）信号的时频分析 任意给定单频周期信号的振幅、频率和初相，要求准确计算出其幅度谱，并准确画出时域和频域波形，正确显示时间和频率。 设计思路： 首先给出横坐标，即时间，根据设定的信号的振幅、频率和初相，写出时域波形的表达式；然后对时域波形信号进行傅里叶变化，得到频域波形；最后使用plot函数绘制各个响应图。 源程序： clc; clear; close all; Fs =128; % 采样频率 T = 1/Fs; % 采样周期 N = 600; % 采样点数 t = (0:N-1)*T; % 时间，单位：S x=2*cos(5*2*pi*t); 一、实验名称：基本信号的产生 二、实验目的：I 利用MATLAB 产生连续信号并作图 II 利用MATLAB 产生离散序列并作图 III 利用MATLAB 进行噪声处理 三、 实验内容： I 利用MATLAB 产生下列连续信号并作图 ①X(t)=-2u(t-1),-1 -1.5-1 -0.5 0.5 1 1.5 2 II 利用MATLAB 产生下列离散序列并作图 ① X(t)=1,-5<=t<=5 else 0,-15<=t<=15 MATLAB 程序如下: k= -15: 15; x=[zeros(1,10),ones(1,11),zeros(1,10)]; stem(k,x) 图形如下： ② X(t)=0.9^k*(cos(0.25*pi*k)+sin(0.25*pi*p),-20 抽样定理的应用 摘要 抽样定理表示为若频带宽度有限的，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音 信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的学科之一，通过语音传递信息是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息手段，所以对其的研究更显得尤为重要。 Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用 软件，它可以将声音文件变换成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境！ 本设计要求通过利用matlab对模拟信号和语音信号进行抽样，通过傅里叶变换转换到频域，观察波形并进行分析。 关键词：抽样Matlab 目录 一、设计目的： (2) 二、设计原理： (2) 1、抽样定理 (2) 2、MATLAB简介 (2) 3、语音信号 (3) 4、Stem函数绘图 (3) 三、设计内容： (4) 1、已知g1(t)=cos(6πt),g2(t)=cos(14πt),g3(t)=cos(26πt),以抽样频率 fsam=10Hz对上述三个信号进行抽样。在同一张图上画出g1(t)，g2(t)，g3(t)及其抽样点,对所得结果进行讨论。 (4) 2、选取三段不同的语音信号，并选取适合的同一抽样频率对其进 行抽样，画出抽样前后的图形，并进行比较，播放抽样前后的语音。 (6) 3、选取合适的点数，对抽样后的三段语音信号分别做DFT，画图 并比较。 (10) 四、总结 (12) 五、参考文献 (13) 数字信号处理》 实验报告 年级：2011 级班级：信通 4 班姓名：朱明贵学号： 111100443 老师：李娟 福州大学 2013 年11 月 实验一快速傅里叶变换(FFT)及其应用 一、实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验，加深对FFT的理解，熟悉MATLAB^的有关函数。 2. 熟悉应用FFT对典型信号进行频谱分析的方法。 3. 了解应用FFT进行信号频谱分析过程中可能出现的问题，以便在实际中正确应用FFT。 4. 熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积和相关的方法。 二、实验类型 演示型 三、实验仪器 装有MATLA爵言的计算机 四、实验原理 在各种信号序列中，有限长序列信号处理占有很重要地位，对有限长序列，我们可以 使用离散Fouier变换(DFT)。这一变换不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法在计算机上实现，当序列x(n)的长度为N时，它的DFT定义为： JV-1 $生 反变换为： 如-器冃吋 科— 有限长序列的DFT是其Z变换在单位圆上的等距采样，或者说是序列Fourier变换的等 距采样，因此可以用于序列的谱分析。 FFT并不是与DFT不同的另一种变换，而是为了减少DFT运算次数的一种快速算法。它 是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小点数的组合，从而减少运算量。常用的FFT 是以2为基数的，其长度A - o它的效率高，程序简单，使用非常方便，当要变换的 序列长度不等于2的整数次方时，为了使用以2为基数的FFT，可以用末位补零的方法，使其长度延长至2的整数次方。 (一)在运用DFT进行频谱分析的过程中可能的产生三种误差 1 .混叠 序列的频谱是被采样信号频谱的周期延拓，当采样速率不满足Nyquist定理时，就会 发生频谱混叠，使得采样后的信号序列频谱不能真实的反映原信号的频谱。避免混叠现象的 唯一方法是保证采样速率足够高，使频谱混叠现象不致出现，即在确定采样频率之前，必须 第一题 如何用计算机模拟一个随机事件，并估计随机事件发生的概率以计算圆周率π。 解： （一）蒙特卡洛方法可用于近似计算圆周率：让计算机每次随机生成两个0到1之间的数，看以这两个实数为横纵坐标的点是否在单位圆内。生成一系列随机点，统计单位圆内的点数与总点数，（圆面积和外切正方形面积之比为π：4），当随机点取得越多时，其结果越接近于圆周率。 代码： N=100000000; x=rand(N,1); y=rand(N,1); count=0; for i=1:N if (x(i)^2+y(i)^2<=1) count=count+1; end end PI=vpa(4*count/N,10) PI = 3.1420384 蒙特卡洛法实验结果与试验次数相关，试验次数增加，结果更接近理论值 （二）18世纪，法国数学家布丰和勒可莱尔提出的“投针问题”，记载于布丰1777年出版的著作中：“在平面上画有一组间距为d的平行线，将一根长度为l （l 课程设计报告 课程名称数字信号处理 课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用 专业通信工程 班级1281 学号201213120101 姓名杨俊 指导教师彭祯韩宁 2014年12月5日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称数字信号处理 课题数字滤波器设计 及在语音信号分析中的应用专业班级通信工程1281班 学生姓名杨俊 学号201213120101 指导老师彭祯韩宁 审批 任务书下达日期2014 年12月5日 任务完成日期2014 年12月13日 《数字信号处理》课程设计任务书 一、课程设计的性质与目的 《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在《数字信号处理》课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 二、课程设计题目 题目1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。 1、设计步骤： （1）语音信号采集 录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。 然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。 （2）语音信号分析 使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。 （3）含噪语音信号合成 在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：①白 数字信号处理综合实验报告 实验题目：基于Matlab的语音信号去噪及仿真 专业名称： 学号： 姓名： 日期： 报告内容： 一、实验原理 1、去噪的原理 1.1 采样定理 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式: 理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)为什么把采样频率设为8kHz?在数字通信中，根据采样定理, 最小采样频率为语音信号最高频率的 2倍 频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。这是时域采样定理的一种表述方式。 时域采样定理的另一种表述方式是：当时间信号函数f(t)的最高频率分量为fM时,f(t)的值可由一系列采样间隔小于或等于1/2fM的采样值来确定,即采样点的重复频率f≥2fM。图为模拟信号和采样样本的示意图。 时域采样定理是采样误差理论、随机变量采样理论和多变量采样理论的基础。对于时间上受限制的连续信号f(t)（即当│t│>T时,f(t)=0,这里T=T2-T1是信号的持续时间），若其频谱为F（ω）,则可在频域上用一系列离散的采样值 （1-1） 采样值来表示,只要这些采样点的频率间隔 （1-2） 。 1.2 采样频率 采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算 实 验 报 告 实验课程名称： 语音信号处理实验 姓名： 班级： 20120811 学号： 指导教师 张磊 实验教室 21B#293 实验时间 2015年4月12日 实验成绩 实验序号 实验名称 实验过程 实验结果 实验成绩 实验一 语音信号的端点检测 实验二 语音信号的特征提取 实验三 语音信号的基频提取 实验一 语音信号的端点检测 一、实验目的 1、掌握短时能量的求解方法 2、掌握短时平均过零率的求解方法 3、掌握利用短时平均过零率和短时能量等特征，对输入的语音信号进行端点检测。 二、实验设备 HP 计算机、Matlab 软件 三、实验原理 1、短时能量 语音信号的短时能量分析给出了反应这些幅度变化的一个合适的描述方法。对于信号)}({n x ，短时能量的定义如下： ∑ ∑∞ -∞ =∞ -∞ =*=-= -= m m n n h n x m n h m x m n w m x E )()()()()]()([222 2、短时平均过零率 短时平均过零率是指每帧内信号通过零值的次数。对于连续语音信号，可以 考察其时域波形通过时间轴的情况。对于离散信号，实质上就是信号采样点符号变化的次数。过零率在一定程度上可以反映出频率的信息。短时平均过零率的公式为： ∑∑-+=∞ -∞=--= ---=1)] 1(sgn[)](sgn[2 1 ) ()]1(sgn[)](sgn[21N n n m w w m n m x m x m n w m x m x Z 其中，sgn[.]是符号函数，即 ? ? ?<-≥=0)(10)(1 )](sgn[n x n x n x 课程名称：实时信号处理系统设计 论文名称：基于DSP+FPGA的实时视频信号处理设计专业：电子信息工程年级：大四 学号：班级： 姓名： 一、摘要： 实时视频信号处理的实时性和跟踪算法的复杂性是一对矛盾, 为此采用DSP+ FPGA 的架构设计,同时满足实时性和复杂性的要求, 提高了系统的整体性能。DSP 作为主处理器, 利用其高速的运算能力, 快速有效地处理复杂的跟踪算法; FPGA 作为协处理器, 完成视频图 像的接收、存储、预处理, 使设计具有更大的灵活性。系统采用了形心跟踪和相关跟踪两种算法。实验证明, 该系统可以稳定地实时跟踪运动目标。 二、引言： 实时视频信号处理技术的应用领域十分广泛, 民用领域如机器 人视觉、资源探测、天气预报和各种医学图像分析, 军用领域如导弹的精确制导、战场的动态分析等, 都利用了实时视频信号处理技术，这些应用对实时性和识别跟踪精度等都有较高的要求, 因此如何处 理实时性和复杂的识别跟踪算法这对矛盾, 是进一步提高系统性能 的关键。 本文设计并实现了一种基于DSP+ FPGA的实时数字视频信号处理 系统。DSP 作为主处理器, 处理复杂的跟踪算法; FPGA 作为协处理器, 接收来自COMS 相机的数字视频信号, 控制视频数据缓存SDRAM 并进行图像预处理。整个系统具有很强的处理能力, 很好地解决了实时性和复杂的跟踪算法间的矛盾, 与单独使用DSP 或者FPGA 的系统 相比较, 系统性能得到了很大的提高。 三、系统总体设计： 采用FPGA+ DSP 的系统结构, 具有处理效率高、开发周期短、支持更高计算处理能力的优点, 是开发难度和系统成本的折衷。图1 为系统的总体框图。 图1 系统的总体框图 系统的主处理器选用TI 公司高性能的定点DSP T MS320C6416。T MS320C6416是TI 公司推出的高速定点DSP, 时钟频率最高可达1 GHz,其最主要的特点是采用了先进的甚长指令结构( VLIW) , 每个时钟周期可以执行8 条指令, 所有指令都可以条件执行, 完成1 024 点定 点FFT 的时间只需10 微妙, 比传统DSP 快1~ 2 个数量级,其高速处 理能力优势明显。 FPGA 选用Xilinx 公司的XC3S200AN。XC3S200AN 是Xilinx 公司Spartan3AN 系列的FPGA, 具有200k 的系统门, 288 kB 的block RAM , 16 个专用乘法器, 4 个DCM, 最大可达195 个用户I/ O 引脚, 高达4 MB 的集成式Flash存储器, 可用于器件配置及系统资源, 省了宝贵 语音信号的数字滤波 一、实验目的： 1、掌握使用FFT进行信号谱分析的方法 2、设计数字滤波器对指定的语音信号进行滤波处理 二、实验内容 设计数字滤波器滤除语音信号中的干扰（4 学时） 1、使用Matlab的fft函数对语音信号进行频谱分析，找出干扰信号的频谱； 2、设计数字滤波器滤除语音信号中的干扰分量，并进行播放对比。 三、实验原理 通过观察原语音信号的频谱，幅值特别大的地方即为噪声频谱分量，根据对称性，发现有四个频率的正弦波干扰，将它们分别滤掉即可。采用梳状滤波器，经过计算可知，梳状滤波器h[n]={1，A，1}的频响|H(w)|=|A+2cos(w)|，由需要滤掉的频率分量的频响w,即可得到A，进而得到滤波器的系统函数h[n]。而由于是在离散频域内进行滤波，所以令w=(2k*pi/N)即可。 对原信号和四次滤波后的信号分别进行FFT变换，可以得到它们的幅度相应。最后，将四次滤波后的声音信号输出。 四、matlab代码 clc;clear;close all; [audio_data,fs]=wavread('SunshineSquare.wav'); %读取未处理声音 sound(audio_data,fs); N = length(audio_data); K = 0:2/N:2*(N-1)/N; %K为频率采样点 %sound(audio_data,fs); %进行一次FFT变换 FFT_audio_data=fft(audio_data); mag_FFT_audio_data = abs(FFT_audio_data); %画图 figure(1) %原信号时域 subplot(2,1,1);plot(audio_data);grid; title('未滤波时原信号时域');xlabel('以1/fs为单位的时间');ylabel('采样值'); %FFT幅度相位 subplot(2,1,2);plot(K,mag_FFT_audio_data);grid; title('原信号幅度');xlabel('以pi为单位的频率');ylabel('幅度'); %构造h[n]={1，A，1}的梳状滤波器，计算A=2cosW，妻子W为要滤掉的频率%由原信号频谱可知要分四次滤波，滤掉频响中幅度大的频率分量 %第一次滤波 a = [1,0,0,0];%y[n]的系数 [temp,k]=max(FFT_audio_data); A1=-2*cos(2*pi*k/N); h1=[1,A1,1]; audio_data_h1 = filter(h1,a,audio_data); FFT_audio_data_h1=fft(audio_data_h1); ( 2011-2012 学年 第二学期) 重庆理工大学研究生课程论文 课程论文题目： 《工程信号处理实验报告》 课程名称 工程信号处理实验 课程类别 □学位课 非学位课 任课教师 谢明 所在学院 汽车学院 学科专业 机械设计及理念 姓名 李文中 学 号 50110802313 提交日期 2012年4月12日 工程信号处理实验报告 姓名：李文中学号：50110802313 实验报告一 实验名称：数据信号采集及采样参数选定 1实验目的 1.1了解信号采集系统的组成，初步掌握信号采集系统的使用。 1.2加深对采样定理的理解，掌握采样参数的选择方法 1.3了解信号采集在工程信号处理中的实际应用，及注意事项。 2 实验原理 2.1 模数转换及其控制 对模拟信号进行采集，就是将模拟信号转换为数字信号，即模/数（A/D）转换，然后送入计算机或专用设备进行处理。模数转换包括三个步骤：（1）采样，（2）量化，（3）编码。采样，是对已知的模拟信号按一定的间隔抽出一个样本数据。若间隔为一定时间 T，则称这种采样为等时间间隔采样。除特别注明外，一般都采用等时间间隔采样；量化，是一种用有限字长的数字量逼近模拟量的过程。编码，是将已经量化的数字量变为二进制数码，因为数字处理器只能接受有限长的二进制数。模拟信号经过这三步转换后，变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。A/D转换器是完成这三个步骤的主要器件。 在信号采集系统中，A/D 转换器与计算机联合使用完成模数转换。用计算机的时钟或用软件产生等间隔采样脉冲控制 A/D 转换器采样。A/D 转换器通过内部电路进行量化与编码，输出有限长的二进制代码。信号采集系统中，通常由以 A/D转换器为核心的接口电路及控制软件，进行信号采集控制。 *注这部分是由本实验所用的信号采集器自动完成的，以上也是实验器材-信号采集器的部分工作原理。以后实验中就不再赘述。 2.2 信号采集的参数选择 成绩评定表 课程设计任务书 摘要 本文研究的是傅里叶变换的对称性和时移特性，傅里叶变换的性质有：对称性、线性（叠加性）、奇偶虚实性、尺度变换特性、时移特性、频移特性、微分特性、积分特性、卷积特性（时域和频域）；从信号与系统的角度出发,给出了激励信号的具体模型；应用Matlab软件进行仿真，将研究的信号转化成具体的函数形式，在Matlab得到最终变换结果。使用傅里叶变换的方法、卷积的求解方法以及函数的微分等方法研究题目。 关键词: 傅里叶变换;对称性;时移特性;Matlab 目录 1、Matlab介绍................................................................................... 错误!未定义书签。 2.利用Matlab实现信号的频域分析—傅里叶变换的对称性与时移特性设计 (5) 2.1.傅里叶变换的定义及其相关性质 (5) 2.2.傅里叶变换的对称性验证编程设计及实现 (7) 2.3.傅里叶变换的时移特性验证编程设计及实现 (10) 3.总结 (13) 4.参考文献 (13) 1 、Matlab介绍 MATLAB作为一种功能强大的工程软件，其重要功能包括数值处理、程序设计、可视化显示、图形用户界面和与外部软件的融合应用等方面。 MATLAB软件由美国Math Works公司于1984年推出，经过不断的发展和完善，如今己成为覆盖多个学科的国际公认的最优秀的数值计算仿真软件。MATLAB具备强大的数值计算能力，许多复杂的计算问题只需短短几行代码就可在MATLAB中实现。作为一个跨平台的软件，MATLAB已推出Unix、Windows、Linux和Mac等十多种操作系统下的版本，大大方便了在不同操作系统平台下的研究工作。 MATLAB软件具有很强的开放性和适应性。在保持内核不变的情况下，MATLAB可以针对不同的应用学科推出相应的工具箱(toolbox)，目前己经推出了 题目：实时信号处理专业：电子信息工程 摘要 近年来随着科技的飞速发展，实时信号处理的应用正在不断的走向深入，同时也将实时信号带进了各项的应用中。本论文通过对实时信号处理的概念以及设计流程、Matlab语言及其所能实现的功能、Matlab在数字信号处理中的应用、Matlab解决实际中的问题、四个方面来反映对实时信号处理的理解以及认识。通过实时信号处理流程的设计了解Matlab语言的特点、性质及其所能实现的功能，并在利用Matlab解决生活实际问题的编程中真正掌握Matlab在五个方面所能实现的主要功能。 关键字：Matlab、实时信号、处理、计算、功能 1 实时信号处理概述、实现方法及设计流程............ 错误！未定义书签。 1.1 实时信号处理概述 (3) 1.2 实时信号实现方法及系统设计开发流程 (3) 2 Matlab语言及其所能实现的功能................... 错误！未定义书签。 2.1 Matlab语言的基本概念 (5) 2.2 5个具有代表性的程序 (6) 2.2.1 用matlab产生标准音阶的7个单频正弦音符，并用计算机声卡放出错误！未定义书签。 2.2.2 绘制正多边形................................ 错误！未定义书签。 2.2.3 单边指数信号................................ 错误！未定义书签。 2.2.4 正弦波...................................... 错误！未定义书签。 2.2.5 单位脉冲序列................................ 错误！未定义书签。 3 Matlab在数字信号处理中的应用 (7) 3.1 求给定有限长序列的DTFT (7) 3.2 求系统的频率响应 (7) 4 用Matlab解决实际中的问题....................... 错误！未定义书签。 4.1用matlab实现石头剪子布的游戏................. 错误！未定义书签。 5 结束语 (9) 数字信号处理 第四次实验报告 一、 实验目的 1.了解离散系统的零极点与系统因果性能和稳定性的关系 2.观察离散系统零极点对系统冲激响应的影响 3.熟悉MATLAB 中进行离散系统零极点分析的常用子函数 4.加深对离散系统的频率响应特性基本概念的理解 5.了解离散系统的零极点与频响特性之间的关系 6.熟悉MATLAB 中进行离散系统分析频响特性的常用子函数，掌握离散系统幅频响应和相频响应的求解方法。 二、实验过程 9.2已知离散时间系统函数分别为 ) 7.05.0)(7.05.0(3 .0)(1j z j z z z H ++-+-= )1)(1(3 .0)() 8.06.0)(8.06.0(3 .0)(32j z j z z z H j z j z z z H ++-+-= ++-+-= 求这些系统的零极点分布图以及系统的冲击响应，并判断系统因果稳定性。 %---------第一式-----------------------------------------------------------------------------% z1=[0.3,0]';p1=[-0.5+0.7j,-0.5-0.7j]';k=1; %z1零点向量矩阵，p1极点向量矩阵,k 系统增益系数---------------------------% [bl,al]=zp2tf(z1,p1,k); %将零极点增益函数转换为系统传递函数 subplot(3,2,1),zplane(bl,al); %zplane 显示离散系统的零极点分布图 ylabel('极点在单位圆内'); subplot(3,2,2),impz(bl,al,20); %impz 绘制系统的冲激响应图 %---------第二式-----------------------------------------------------------------------------% z2=[0,3,0]';p2=[-0.6+0.8j,-0.6-0.8j]'; %z2零点向量矩阵，p2极点向量矩阵---------------------------------------------------% [b2,a2]=zp2tf(z2,p2,k); %将零极点增益函数转换为系统传递函数 subplot(3,2,3),zplane(b2,a2); %zplane 显示离散系统的零极点分布图 ylabel('极点在单位圆上'); subplot(3,2,4),impz(b2,a2,20); %impz 绘制系统的冲激响应图 %---------第三式-----------------------------------------------------------------------------% 二○一一～二○一二学年第一学期电子信息工程系 信号与系统课程设计报告 班级：电子信息工程2009级3班 学号：200904135104 姓名：徐奎 课程名称：数字信号处理课程设计 学时学分：1周1学分 指导教师：陈华丽 二○一一年十二月三十日 1、课程设计目的： 数字信号处理”课程是信息和通信工程专业必修的专业技术基础课程，课程以信号与系统作为研究对象，研究对信号进行各种处理和利用的技术。通过该课程的学习，学生应牢固掌握确定性信号和系统的分析方法、相关算法、系统实现等的相关知识的，借助于数字滤波器的设计及实现，学生可掌握数字系统的分析以及设计方法。数字信号处理是理论性和工程性都很强的学科，本课程设计的目的就是使该课程的理论与工程应用的紧密结合, 使学生深入理解信号处理的内涵和实质。 本课程设计要求学生在理解信号处理的数学原理的基础上，应用计算机编程手段，实现一种信号分析或处理的设计，达到对所学内容融会贯通，综合各部分知识，按照题目要求独立设计完成。 2、课程设计内容：滤波器设计 产生一个连续信号，包含低频，中频，高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，分别设计低通，带通，高通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的频谱。 独立完成以上设计，有能力的同学设计一个友好的人机交互界面，不限编程语言。 3、设计内容和步骤： ①设定的连续信号为：s=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*30) 可知：信号中包含了5Hz、15Hz、30Hz频率分量，对其采样的频率取100Hz。用plot函数画出其时域波形，代码如下，结果如下图所示： % 程序功能：产生一个连续信号，包含低频，中频，高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，分别设计低通，带通，高通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的频谱。 Fs=100; t=(1:100)/Fs; s1=sin(2*pi*t*5); s2=sin(2*pi*t*15); s3=sin(2*pi*t*30); ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ实时信号处理系统 摘要：简要叙述了常用的信号处理系统的类型与处理机结构，介绍了正逐步得到广泛应用的ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ处理机结构，在此基础上提出了一种实时信号处理的线性流水阵列，并举例说明了该结构的具体实现，最后分析说明了此结构的优越性。 关键词：实时信号处理处理机结构线性流水阵列 实时信号处理系统要求必须具有处理大数据量的能力，以保证系统的实时性；其次对系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。实时信号处理算法中经常用到对图象的求和、求差运算，二维梯度运算，图象分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。其中有的运算本身结构比较简单，但是数据量大，计算速度要求高；有些处理对速度并没有特殊的要求，但计算方式和控制结构比较复杂，难以用纯硬件实现。因此，实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。 １信号处理系统的类型与常用处理机结构 根据信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同，将现代信号处理系统分为三大类： ·指令集结构（ＩＳＡ）系统。在由各种微处理器、ＤＳＰ处理器或专用指令集处理器等组成的信号处理系统中，都需要通过系统中的处理器所提供的指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种可计算问题的求解。 ·硬连线结构系统。主要是指由专用集成电路（ＡＳＩＣ）构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定和数据结构明确的计算问题。不足之处主要在于：设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。 ·可重构系统。基本特征是系统中有一个或多个可重构器件（如ＦＰＧＡ），可重构处理器之间或可重构处理器与ＩＳＡ结构处理器之间通过互连结构构成一个完整的计算系统。 从系统信号处理系统的构成方式来看，常用的处理机结构有下面几种：单指令流单数据流（ＳＩＳＤ）、单指令流多数据流（ＳＩＭＤ）、多指令流多数据流（ＭＩＭＤ）。 ·ＳＩＳＤ结构通常由一个处理器和一个存贮器组成，它通过执行单一的指令流对单一的数据流进行操作，指令按顺序读取，数据在每一时刻也只能读取一个。弱点是单片处理器处理能力有限，同时，这种结构也没有发挥数据处理中的并行性潜力，所以在实时系统或高速系统中，很少采用ＳＩＳＤ结构。 · ＳＩＭＤ结构系统由一个控制器、多个处理器、多个存贮模块和一个互连网络组成。所有“活动的”处理器在同一时刻执行同一条指令，但每个处理器执行这条指令时所用的数据是从它本身的存储模块中读取的。对操作种类多的算法，当要求存取全局数据或对于不同的数据要求做不同的处理时，它是无法独立胜任的。另外，ＳＩＭＤ一般都要求有较多的处理单元和极高的Ｉ／Ｏ吞吐率，如果系统中没有足够多的适合ＳＩＭＤ处理的任务，采用ＳＩＭＤ是不合算的。 数字信号处理课程设计报告《应用Matlab对信号进行频谱分析及滤波》 专业： 班级： 姓名： 指导老师： 二0 0五年一月一日 目录 设计过程步骤（） 2.1 语音信号的采集（） 2.2 语音信号的频谱分析（） 2.3 设计数字滤波器和画出其频谱响应（） 2.4 用滤波器对信号进行滤波（） 2.5滤波器分析后的语音信号的波形及频谱（） ●心得和经验（） 设计过程步骤 2.1 语音信号的采集 我们利用Windows下的录音机，录制了一段开枪发出的声音，时间在1 s内。接着在C盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。通过wavread函数和sound的使用，我们完成了本次课程设计的第一步。其程序如下： [x,fs,bite]=wavread('c:\alsndmgr.wav',[1000 20000]); sound(x,fs,bite); 2.2 语音信号的频谱分析 首先我们画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在Matlab中，我们利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性性。到此，我们完成了课程实际的第二部。 其程序如下： n=1024; subplot(2,1,1); y=plot(x(50:n/4)); grid on ; title('时域信号') X=fft(x,256); subplot(2,1,2); plot(abs(fft(X))); grid on ; title('频域信号'); 运行程序得到的图形： 数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件 zhan3.svu） （1）检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2）检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3）检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施；（4）实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、系统设计 本系统是基于matlab的simulink仿真软件设计的基带信号调制与解调的系统，利用matlab自带的数字信号仿真模块构成其原理框图并通过设置载波、带通滤波器以及低通滤波器等把基带信号经过载波调制后再经乘法器、带通滤波器和低通滤波器等电路系统能解调出基带信号。 1、实验原理框图N
数字信号处理课程设计报告
多通道实时阵列信号处理系统的设计
信号与系统课程设计报告材料
数字信号处理实验报告
数字信号处理课程设计报告
《数字信号处理》实验报告
信号处理实验报告、
数字信号处理课程设计报告 杨俊
数字信号处理期末综合实验报告
哈尔滨工程大学 语音信号处理实验报告
实时信号处理系统设计
数字信号处理实验报告
工程信号处理实验报告
信号与系统课程设计报告分析
实时信号处理
信号处理实验报告
信号与系统课程设计报告
DSP+FPGA实时信号处理系统
数字信号处理课程规划报告
数字信号处理综合设计实验报告