数字信号处理实验二思考题

目 录

实验一 Matlab与数字信号处理基础?????????????????????? 2 实验二 离散傅里叶变换与快速傅里叶变换??????????????????? 4 实验三 数字滤波器结构??????????????????????????? 6 注释 ?????????????????????????????????? 9 主要参考文献 ???????????????????????????????? 9

实验一 Matlab与数字信号处理基础

一、实验目的和任务

1、 熟悉Matlab的操作环境 2、学习用Matlab建立基本序列的方法； 3、学习用仿真界面进行信号抽样的方法。

二、实验内容

1、基本序列的产生：

单位抽样序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列和复指数序列的产生 2、用仿真界面进行信号抽样练习： 用simulink建模仿真信号的抽样

三、实验仪器、设备及材料

计算机、Matlab软件

四、实验原理

序列的运算、抽样定理

《数字信号处理》复习思考题、习题（一）答案

一、选择题

1、B 2、B 3、D 4、B 5、C 6、A 7、C 8、A 9、B 10、A 11、D 12、A 13、B 14、D 15、A 16、B 17、A 18、C 19、C 20、A 21、B 22、A 23、D 24、B 25、C 26、B 二、概念填空题

1、（1）n时刻输出 （2）输入序列 （3）n时刻以后 （4）h（n）=0，n<0 2、（5）T?（7）F?11??1?10?4 （6）TP?NT?1024?1?10?4?0.1024 fs10000fs10000??10 N10243、（8）输入有界 （9）也是有界的 （10）绝对可和 （11）?h(n)??

n????4、（12）时域或频域 （13）不断地分解 （14）周期性（对称性） （15）对称性（周期性） （16）DFT的运算次数 三、判断说明题 1、判断：不是

简述：因为系统不满足叠加原理。例如：T[ax(n)]?7a2x2(n?1)而

aT[x(n)]?7ax2(n?1)，即：T[ax(n)]?aT[x(n)]，不满足叠加原理。

2、判断：正确

简述：采用DIT—FFT运算，共分解成M?log2N级，每级有N/2个

蝶形，每个蝶形需要一次复数乘法，所以共需要运算。 3、判断：不能

NN?M?log2N复数22简述：用循环卷积计算线性卷积需要对短序列补

实验二 快速傅里叶变换(FFT)及其应用

一、思考题

(1) 实验中的信号序列

Xc?ej??和Xd?ej??xc?n?和

xd?n?在单位圆上的z变换频谱

会相同吗?如果不同，说出哪一个低频分量更多一些，为什

么?

j?答：设Z?r?e

G(z)?n????g(n)?z??n因为为单位圆，故r=1.因为

G(e)?j?n????3?jg(?n)??en，

?j?n7故

Xc(e)?j??nen?0??(8?n)e?j?n?e?j??2e?j2??3e?j3??4e?j4??3e?j5??2e?j6??e?j7?n?4

Xd(e)?j??(4?n)en?07?j?n?4?3e?j??2e?j2??e?j3??e?j5??2e?j6??3e?j7?比较可

知频谱不相同，Xc(n)的低频分量多。

(2) 对一个有限长序列进行DFT等价于将该序列周期延拓后进行DFS展开，因为DFS也只是取其中一个周期来运算，所以FFT在一定条件下也可以用以分析周期信号序列。如果实正弦信号

x?n??sin(2?fn),f?0.1 用16点FFT来做DFS运

算，得到的频谱是信号本身的真实谱吗?为什么?

答：针对原来未经采样的连续时间信号来说，FFT做出来的永远不会是信号本身的真实

实验一 MATLAB仿真软件的基本操作命令和使用方法

实验内容

1、帮助命令

使用 help 命令，查找 sqrt（开方）函数的使用方法；

2、MATLAB命令窗口

（1）在MATLAB命令窗口直接输入命令行计算y1?2sin(0.5?)1?3的值；

（2）求多项式 p(x) = x3 + 2x+ 4的根；

3、矩阵运算 （1）矩阵的乘法

已知 A=[1 2;3 4]， B=[5 5;7 8]，求 A^2*B

（2）矩阵的行列式

已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]， 求A

（3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]，求A'

已知 B=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i], 求 B.' , B'

（4）特征值、特征向量、特征多项式

已知 A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵 A的特征值、特征向量、特征多项式；

（5）使用冒号选出指定元素

已知： A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]；求 A 中第 3 列前 2 个元素；A 中所有列第 2，3 行的元素；

4、Matlab 基本编程方法

（1） 编写命令

实验一 MATLAB仿真软件的基本操作命令和使用方法

实验内容

1、帮助命令

使用 help 命令，查找 sqrt（开方）函数的使用方法；

2、MATLAB命令窗口

（1）在MATLAB命令窗口直接输入命令行计算y1?2sin(0.5?)1?3的值；

（2）求多项式 p(x) = x3 + 2x+ 4的根；

3、矩阵运算 （1）矩阵的乘法

已知 A=[1 2;3 4]， B=[5 5;7 8]，求 A^2*B

（2）矩阵的行列式

已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]， 求A

（3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]，求A'

已知 B=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i], 求 B.' , B'

（4）特征值、特征向量、特征多项式

已知 A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵 A的特征值、特征向量、特征多项式；

（5）使用冒号选出指定元素

已知： A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]；求 A 中第 3 列前 2 个元素；A 中所有列第 2，3 行的元素；

4、Matlab 基本编程方法

（1） 编写命令

太原理工大学

数字信号处理课程 实验报告

专业班级

学 号2013000000 姓 名 XXX 指导教师XXX

实验一: 系统响应及系统稳定性

1.实验目的

（1）掌握 求系统响应的方法。 （2）掌握时域离散系统的时域特性。 （3）分析、观察及检验系统的稳定性。

2.实验原理与方法

在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。已知输入信号可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用MATLAB语言的工具箱函数filter函数。也可以用MATLAB语言的工具箱函数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。

系统的时域特性指的是系统的线性时不变性质、因果性和稳定性。重点分析实验系统的稳定性，包括观察系统的暂态响应和稳定响应。

系统的稳定性是指对任意有界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。或者系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。系统的稳定性由其差分方程的系数决定。

实际中检查系统是否稳定，不可能检查系统对所有有界的输入信号，输出是否都是

数字信号处理实验

报告

实验一 信号、系统及系统响应

一．实验目的

（1） 熟悉连续信号理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解； （2） 熟悉时域离散系统的时域特性；

（3） 利用卷积方法观察分析系统的时域特性；

（4） 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对连续信号、离

散信号及系统响应进行频域分析。

二．实验原理与方法

采样时连续信号数字处理的第一个关键环节。对采样过程的研究不仅可以了解采样前后信号时域和频域特性发生变化以及信号信息不丢失的条件，而且可以加深对傅里叶变换、Z变换和序列傅里叶变换之间关系式的理解。

对一个连续信号

xa(t)

进行理想采样的过程可用下式表示：

其中

a(t) xa(t)p(t)x

a(t)x

为

xa(t)

的理想采样，p(t)为周期脉冲，即

p(t)

m

(t nT)

jwk

N 1n 0

a(t)x

X(e

的傅里叶变换为

N 1n 0

) x(m)e jwkn

X(e

其中，

jwk

) x(m)e jwknwk

2

k

M ，k=0,1, M-1

时域离散线性非时变系统的输入输出关系为

y(n) x(n)*h(n)

m

x(m)h(n m)

jwjwjwY(e) X(e)H(e) 卷积运算也可在频域实现

三．实

数字信号处理

第二次实验报告

学 院：信息工程学院

班 级：2012级电子信息工程*班 姓 名：

学 号：20125507** 指导老师：

实验四：IIR数字滤波器设计及软件实现

一、实验目的

1、熟悉双线性变换设计IIR滤波器的原理与方法 2、掌握IIR滤波器的MATLAB实现方法 二、实验原理简述

IIR数字滤波器间接法基本设计过程：

1、将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标； 2、设计过渡模拟滤波器；

3、将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数 三、程序与图形

1、%-----------------信号产生函数mstg--------------- function st=mstg %功能函数的写法

%产生信号序列向量st,并显示st的时域波形和频谱

%st=mstg 返回三路调幅信号相加形成的混合信号，长度N=1600 N=1600 %N为信号st的长度。

Fs=10000;T=1/Fs;Tp=N*T; %采样频率Fs=10kHz，Tp为采样时间 t=0:T:(N-1)*T;k=0:N-1;f=k/Tp; fc1=Fs/10; %第1路调幅信号的载波频率fc1=1000Hz,

fm1=fc1/1

目 录

实验一 离散时间的信号和系统......................................... 2 实验二 离散时间傅立叶变换........................................... 4 实验三 离散傅立叶变换（DFT）........................................ 7 实验四 数字滤波器结构.............................................. 10 实验五 IIR数字滤波器的设计 ........................................ 13 实验六 FIR滤波器的设计——窗函数法和频率抽样设计法 ................ 18 实验七 语音处理系统仿真（综合滤波器设计）.......................... 22 附录 自编函数...................................................... 23

1

实验一 离散时间的信号和系统

一、实验目的

1、复习离散时间的信号和系统，复习离散时间重要类型的信号和它们的运算的实现。

一、 语音数字滤波系统设计

1. 原理

实验中所需理论包括采样定理、时域信号的FFT 分析及数字滤波器设计原理和方法 采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率s f 大于等于信号最高截止频率h f 的2倍时，即：2s h f f ，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截止频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

2. 任务

试编制一MATLAB 或LabVIEW 程序，实现语音数字滤波系统的用户界面设计，在所设计的系统界面上完成的功能包括：

（1）对于任意的语音信号进行采样并对加入加性噪声的信号作频谱分析；

（2）通过频谱分析选择合适的滤波器性能指标，设计合适的数字滤波器，并对含噪音的语音信号进行数字滤波，得出滤波器的时域波形和频谱；

（3）对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号，对滤波前后的声音进行比较。

3. 思考题

（1）试分析各种不同类型滤波器的性能。

（2）试分析语音信号中的低频、中频和高频成分的特点及适合采用的滤波器类型。

二、 音频信号处理系统设计

1. 原理

实验中所需理论包括采样定理（可参照语音数字滤波系统设计）、时域信号的FFT 分析、AM 调制解调原理及IIR