哈工大数字信号处理大作业

Harbin Institute of Technology

实验报告

课程名称： 数字信号处理 实验题目：用FFT作谱分析、用窗函数法设计数字滤波器 院 系： 电子与信息工程学院 班 级：

哈尔滨工业大学

一、实验目的

(1) 进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解。 (2) 熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用。

(3) 学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。 二、实验步骤

(1) 复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容。

(2) 复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流图和程序框图。

0

(3) 编制信号产生程序，产生以下典型信号供谱分析用：

x1(n)?R4(n)?n?1,0?n?3?x2(n)??8?n4?n?7??0?4?n0?n?3?x3(n)??n?34?n?7?0?

x4(n)?cosx5(n)?sin?4nn，0?n?19，0?n?19?8x6(t)?cos8?t?cos16?t?cos20?t

(4) 按实验内容要求，上机实验，并写出实验报告。 三、实验原理

1、

《数字信号处理》课题设计

基于Matlab的音频采样

姓名：谌海龙 学号：20134361 指导教师：仲元红 班级：13电子4班

成绩：

重庆大学通信工程学院

2015年11月

基于MATLAB的音乐采样实验

一、实验内容及原理

内容：

1、用fs=44,100Hz采集一段音乐；

2、改变采样率，用fs=5,512Hz采集一段音乐，体会混叠现象； 3、录制一段自己的声音，试验当fs=？时，发生混叠？

4、在噪声环境中录制一段自己的声音，试采用一种方法将噪声尽可能地消除。

原理：

根据奈奎斯特采样定律，如果连续时间信号xa?t?是最高截止频率为?m的带限信

?a?t?通过一个增益为T，截止频率为号，采样频率?s?2?m，那么让采样信号x?s/2的理想低通滤波器，可以无失真地恢复出原连续时间信号xa?t?。否则，?s?2?m会造成采样信号中频谱混叠现象，不能无失真地恢复连续时间信号。

采样过程

连续信号xa?t??p?t?采样信号?a?t?x采样脉冲

xa?t??2?sXa(j?)1??m0P(j?)?m??s??s0?s2?s?(j?)Xa1/T0???sm?Xa(j?)1/T?s??2?s??s0?s2?s3?s?采样信号的频谱混叠

数字信号处理大作业

班级1316029 学号13160299009 姓名 陈志豪

一． 要求

本次作业要求对一段音乐进行处理，该音乐包含了蜂鸣噪声，根据该段音乐，我们需处理以下问题：

1. 利用matlab软件对audio1211.wav音频信号进行数字信号采样，分别对采样后的信号进行时/频域分析，并提供仿真图和分析说明；

2. 设计合理的数字滤波器，滤去音频信号中的蜂鸣音，给出详细设计流程，并提供频域仿真图和分析说明；

3. 将数字滤波后的数字信号转换成wav格式音频文件

二．分析

(1）通过播放所给音乐文件，很明显能听出wav文件中包含蜂鸣噪音，所以我们应该先分析频谱。在matlab下可以用函数wavread/audioread读入语音信号进行采样，我们可以通过wavread得到声音数据变量x和采样频率fs、采样精度nbits，在读取声音信号之后，利用读出的采样频率作为参数，这段音频读出的采样精度为16，fs为44100hz，所以我们将此后采集时间、fft的参数设置为fs，也就是44100hz。最后我们通过plot函数绘制出了音频信号与时间的关系图pic1，使用fft函数进行fft处理。处理后的信号频谱pic2，如下所示

图1.音频信号与

数字信号处理

班级：020914 姓名：袁宁

学号：02091400 电话：13700241701

Email:beyond_ning@126.com

6.34 利用Matlab设计模拟带通巴特沃斯滤波器，要求通带上下截止频率分别为

，。

解： 程序分析：

（1）将数字滤波器指标转换为相应的模拟滤波器指标。

Wp=[4,6];Ws=[2,9];Rp=1;Rs=20; (2)计算模拟滤波器的阶N和截止频率。

[N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); （3）计算模拟滤波器系统函数

[B,A]=butter(N,Wc,'s');

（4）检验所设计出的数字滤波器是否满足指标要求。

W=0:0.001:12; [H,W]=freqs(B,A,W); H=20*log10(abs(H)); plot(W,H),grid on

xlabel('频率/kHz'),ylabel('幅度/dB') 完整源程序：

Wp=[4,6];Ws=[2,9];Rp=1;Rs=20; [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [B,A]=butter(N,Wc,'s');

，，阻带上下截止频率分别为

，通带最大衰减

，阻带最小衰减

W=

数字信号处理大作业

班级1316029 学号13160299009 姓名 陈志豪

一． 要求

本次作业要求对一段音乐进行处理，该音乐包含了蜂鸣噪声，根据该段音乐，我们需处理以下问题：

1. 利用matlab软件对audio1211.wav音频信号进行数字信号采样，分别对采样后的信号进行时/频域分析，并提供仿真图和分析说明；

2. 设计合理的数字滤波器，滤去音频信号中的蜂鸣音，给出详细设计流程，并提供频域仿真图和分析说明；

3. 将数字滤波后的数字信号转换成wav格式音频文件

二．分析

(1）通过播放所给音乐文件，很明显能听出wav文件中包含蜂鸣噪音，所以我们应该先分析频谱。在matlab下可以用函数wavread/audioread读入语音信号进行采样，我们可以通过wavread得到声音数据变量x和采样频率fs、采样精度nbits，在读取声音信号之后，利用读出的采样频率作为参数，这段音频读出的采样精度为16，fs为44100hz，所以我们将此后采集时间、fft的参数设置为fs，也就是44100hz。最后我们通过plot函数绘制出了音频信号与时间的关系图pic1，使用fft函数进行fft处理。处理后的信号频谱pic2，如下所示

图1.音频信号与

《数字信号处理》课题设计

基于Matlab的音频采样

姓名：谌海龙 学号：20134361 指导教师：仲元红 班级：13电子4班

成绩：

重庆大学通信工程学院

2015年11月

基于MATLAB的音乐采样实验

一、实验内容及原理

内容：

1、用fs=44,100Hz采集一段音乐；

2、改变采样率，用fs=5,512Hz采集一段音乐，体会混叠现象； 3、录制一段自己的声音，试验当fs=？时，发生混叠？

4、在噪声环境中录制一段自己的声音，试采用一种方法将噪声尽可能地消除。

原理：

根据奈奎斯特采样定律，如果连续时间信号xa?t?是最高截止频率为?m的带限信

?a?t?通过一个增益为T，截止频率为号，采样频率?s?2?m，那么让采样信号x?s/2的理想低通滤波器，可以无失真地恢复出原连续时间信号xa?t?。否则，?s?2?m会造成采样信号中频谱混叠现象，不能无失真地恢复连续时间信号。

采样过程

连续信号xa?t??p?t?采样信号?a?t?x采样脉冲

xa?t??2?sXa(j?)1??m0P(j?)?m??s??s0?s2?s?(j?)Xa1/T0???sm?Xa(j?)1/T?s??2?s??s0?s2?s3?s?采样信号的频谱混叠

数字信号处理

班级：020914 姓名：袁宁

学号：02091400 电话：13700241701

Email:beyond_ning@126.com

6.34 利用Matlab设计模拟带通巴特沃斯滤波器，要求通带上下截止频率分别为

，。

解： 程序分析：

（1）将数字滤波器指标转换为相应的模拟滤波器指标。

Wp=[4,6];Ws=[2,9];Rp=1;Rs=20; (2)计算模拟滤波器的阶N和截止频率。

[N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); （3）计算模拟滤波器系统函数

[B,A]=butter(N,Wc,'s');

（4）检验所设计出的数字滤波器是否满足指标要求。

W=0:0.001:12; [H,W]=freqs(B,A,W); H=20*log10(abs(H)); plot(W,H),grid on

xlabel('频率/kHz'),ylabel('幅度/dB') 完整源程序：

Wp=[4,6];Ws=[2,9];Rp=1;Rs=20; [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [B,A]=butter(N,Wc,'s');

，，阻带上下截止频率分别为

，通带最大衰减

，阻带最小衰减

W=

数字信号处理大作业 电气89 08011013

李栋

一、用脉冲响应不变法和双线性积分法分别设计一个巴特沃斯型IIR低通滤波器与一个切比雪夫I型IIR低通滤波器。采样频率Fs=80kHz，其通带边频fp=4kHz处的衰减为0.5dB，阻带边频fr=20kHz处的衰减为45dB。 要求：

（1）、给出滤波器的MATLAB程序。

（2）、给出运行结果（滤波器阶数、传输函数、零极点图分布、幅频特性、相频特性、单位脉冲响应、格型网络实现的参数）

（3）、对运行结果进行比较，讨论不同设计方法的特点。

1.iir巴特沃斯滤波器冲击响应不变法

Matlabatlab源程序程序:

clear

fs=80*1000;

wp=4000/(fs/2); ws=20000/(fs/2); rp=0.5; rs=45;

[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [z,p,k]=buttap(n); [b,a]=zp2tf(z,p,k);

[bt,at]=lp2lp(b,a,wn*fs*pi); [bz,az]=impinvar(bt,at,fs); figure(1);

freqz(bz,az,512,fs

数字信号处理大作业

序列谱分析及FFT快速卷积

学院（系）：软件学院 专业：软件工程 学生姓名：许利志 学号：201492300 班级：软网1404 完成日期：2016.4.28

大连理工大学

Dalian University of Technology

报告内容

一、 设计题目

1.序列的谱分析及特性 2.用FFT实现快速卷积

二、设计目的及意义

序列的谱分析及特性

对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列，要求： (1). 画出以上序列的时域波形图； (2). 求出以上序列的傅里叶变换；

(3). 画出以上序列的幅度谱及相位谱，并对相关结果予以理论分析； (4). 对以上序列分别进行时移，画出时移后序列的频谱图，验证傅里叶变换的时移性质； (5). 对以上序列的频谱分别进行频移，求出频移后频谱所对应的序列，并画出序列的时域波形图，验证傅里叶变换的频移性质。

用FFT实现快速卷积

(1).加深理解 FFT 在实现数字滤波（或快速卷积） 中的重要作用， 更好地利用 FFT 进行数字信号

处理。

(2).理解快速卷积在实际生活中的重要作用，加深对知识的理解。

三． 设计题目的描述以及要求

序列的谱分析及

数字信号处理实验六 IIR数字滤波器设计

1.了解三种滤波器，即椭圆滤波器，切比雪夫滤波器和巴特沃斯滤波器； 2.学会上述三种滤波器的设计方法；

3.根据滤波器要求，学会使用matlab生成上述三种滤波器；

一．实验器材

带有matlab软件的计算机一台 二．实验原理

使用双线性变换的IIR数字滤波器的设计过程包括两个步骤。在第一步，确定滤波器的阶数N和从规格确定的频率缩放因子Wn，在Matlab语句中使用如下： [N, wn]=buttord(wp, ws, Rp, Rs); [N, wn]=cheb1ord(wp, ws, Rp, Rs); [N, wn]=cheb2ord(wp, ws, Rp, Rs); [N, wn]=ellipord(wp, ws, Rp, Rs);

第二步，使用这些参数，确定传递函数的系数，在matlab语句中使用如下： [a, b]=butter(N, wn); [a, b]=cheb1(N, wn); [a, b]=cheb2(N, wn); [a, b]=ellip(N, wn);

所获得的传递函数的形式如下：

b(1)?b(2)Z-1???b(N?1)Z-N H(Z)?-1-Na(1)