工程测试与信号处理实验报告

实验二 信号处理实验

实验一 RLC 串联谐振电路选频特性与信号的分解

1. 实验目的

1. 进一步掌握信号分解的方法；

2. 熟悉RLC串联谐振电路的选频特性；

2. 实验数据及分析

表2-1-1 RLC串联选频

频率（KHz） 幅值（mv）

1. 由表中数据可以比对出：1，3，5，7次谐波的频率之比为：

2.778：8.329：13.884：19.442=1：2.998：4.999：6.999

是与傅里叶级数相符合的。

2. 同时可以比对出：其电压幅值之比：

1070.0：282.0：108.0：75.2=1：0.2636：0.101：0.070

电压的幅值之比不是完全符合要求，但是大致上能满足要求。造成这一情况的原因可能是在测量幅值的过程中存在着干扰，实验中存在一定误差。

3. 2，4，6次谐波的幅度较其他次谐波的幅度比较相对较小，基本满足幅度为0的预计。

造成这一情况的原因也应该是在幅值的测量过程中存在的干扰所致。

基波 2.778 1070.0 二次谐波 三次谐波 四次谐波 五次谐波 六次谐波 七次谐波 5.553 90.8 8.329 282.0 13.885 40.3 13.884 108.0 0 0 19.44

实验2 随机过程的计算机模拟

一、实验目的

1、给定功率谱（相关函数）和概率分布，通过计算机模拟分析产生相应的随机过程；

2、通过该随即过程的实际功率谱（相关函数）和概率分布验证该实验的有效性；

3、学会运用Matlab 函数对随机过程进行模拟。

二、实验原理

1、标准正态分布随机序列的产生方法：利用随机变量函数变换的方法。 设r1，r2为两个相互独立的（0，1）均匀分布的随机数，如果要产生服从均值为m,方差为

正态分布的随机数x，则可以按如下变换关系产生：

2、正态随机矢量的模拟：设有一 N 维正态随机矢量", ，其概率密度为

为协方差矩阵，且是正定的。

3、具有有理谱的正态随机序列的模拟

根据随机过程通过线性系统的理论，白噪声通过线性系统后，输出是正态的，且输出功

率谱只与系统的传递函数有关。利用这一性质，我们可以产生正态随机过程。

如上图所示，输入W(n)为白噪声，假定功率谱密度为G (z) = 1 W ，通过离散线性系统

后，输出X (n)是正态随机序列，

由于要求模拟的随机序列具有有理谱，则G (z) X 可表示为：

其中，G (z) X+ 表示有理谱部分，即所有的零极点在单位圆之内，G (z) X? 表示非有

实验2 随机过程的计算机模拟

一、实验目的

1、给定功率谱（相关函数）和概率分布，通过计算机模拟分析产生相应的随机过程；

2、通过该随即过程的实际功率谱（相关函数）和概率分布验证该实验的有效性；

3、学会运用Matlab 函数对随机过程进行模拟。

二、实验原理

1、标准正态分布随机序列的产生方法：利用随机变量函数变换的方法。 设r1，r2为两个相互独立的（0，1）均匀分布的随机数，如果要产生服从均值为m,方差为

正态分布的随机数x，则可以按如下变换关系产生：

2、正态随机矢量的模拟：设有一 N 维正态随机矢量", ，其概率密度为

为协方差矩阵，且是正定的。

3、具有有理谱的正态随机序列的模拟

根据随机过程通过线性系统的理论，白噪声通过线性系统后，输出是正态的，且输出功

率谱只与系统的传递函数有关。利用这一性质，我们可以产生正态随机过程。

如上图所示，输入W(n)为白噪声，假定功率谱密度为G (z) = 1 W ，通过离散线性系统

后，输出X (n)是正态随机序列，

由于要求模拟的随机序列具有有理谱，则G (z) X 可表示为：

其中，G (z) X+ 表示有理谱部分，即所有的零极点在单位圆之内，G (z) X? 表示非有

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、仪器设备 HP计算机、Matlab软件

三、实验原理 3.1、短时能量

3.1.1、原理：语音信号能量随时间有相当大的变化，特别是清音段的能量一般比浊音段的小得多。 语音信号的短时能量定义：

xw(n)?w(n)?x(n)0?m?N?1

0?n?N?1?1w(n)?? 其它?0

n?N?1 2En??xw(m) m?n

3.1.2、短时能量序列反映了语音振幅或能量随着时间缓慢变化的规律。从原始语音信号图中可以看到语音信号幅度随时间有相当大的变化，特别是清音段的幅度一般比浊音段的幅度小很多，语音信号的短时能量给出了反映这些幅度变化的一个合适的描述方法。

3.1.3、短时平均幅度函数和能量函数的作用 (1)区分清/浊音。

En、Mn大，对应浊音； En、Mn小，对应清音。其中Mn是短时幅度差。 (2)在信噪比高的情况下，能进行有声/无声判决。 无声时，背景噪声的En、Mn小；

有声时，En、Mn显著增大。判决时可设置一个门限。

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：

实验序号 实验名称 实验过程 实验结果 实验成绩 实验一 实验二 实验三 语音信号的端点检测 语音信号的特征提取 语音信号的基频提取

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{x(n)}，短时能量的定义如下：

En?m????[x(m)w(n?m)]?2?m???22x(m)h(n?m)?x(n)?h(n) ??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

中北大学

实验报告

课 程 名： 数字信号处理I 任课教师： 陈平 专 业： 信息与计算科学 学 号： 1408024111 姓 名： 张冉

实验一 采样定理

一、实验内容

给定信号为x(t)?exp(?at)cos(100*?*at)，其中a为学号， （1）确定信号的过采样和欠采样频率

（2）在上述采样频率的条件下，观察、分析、记录频谱，说明产生上述现象的原因。 二、基本要求

验证采样定理，观察过采样和欠采样后信号的频谱变化。 三、实验结果 (1)过采样频率：

a=11; dt=0.0009; t=0:dt:0.05;

x1=exp(-a*t).*cos(100*pi*a*t); N=length(x1); k=0:(N-1); Y1=fft(x1); Y1=fftshift(Y1); subplot(2,1,1); plot(t,x1);hold on; stem(t,x1,'o'); subplot(2,1,2); plot(k,abs(Y1)); gtext('1408024111张冉');

(2)欠采样频率：

a=11; dt=

数字信号处理 实验报告

实验一 序列的傅立叶变换

一、实验目的

1.进一步加深理解DFS,DFT算法的原理; 2.研究补零问题;

3.快速傅立叶变换（FFT）的应用。 二、 实验步骤

1.复习DFS和DFT的定义，性质和应用；

2熟悉MATLAB语言的命令窗口、编程窗口和图形窗口的使用；3利用提供的程序例子编写实验用程序；4.按实验内容上机实验，并进行实验结果分析；5.写出完整的实验报告，并将程序附在后面。 三、 实验内容

1.周期方波序列的频谱

试画出下面四种情况下的的幅度频谱, 并分析补零后，对信号频谱的影响。

x(n)?cos(0.48?n)?cos(0.52?n)2.有限长序列x(n)的DFT（1）取x(n)(n=0:10)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度；（2）将（1）中的x(n)以补零的方式，使x(n)加长到(n:0~100)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度；

（3）取x(n)(n:0~100)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度。利用FFT进行谱分析

x(t)?2sin(4?t)?5cos(8?t)3.已知：模拟信号

以t=0.01n(n=0:N-1)进行采样，求N点DFT的幅值谱。 请分别画出N=45; N=50

四川大学电气信息学院 数字信号处理实验报告

实验二 时域采样与频域采样

1. 实验结果和分析 （1）时域采样

(a)Fs=1000Hz2001000(a) FT[xa(nT)],Fs=1000Hzx1(n)0-2000204060幅度500005001000f(Hz)(b) FT[xa(nT)],Fs=300Hzn(b)Fs=300Hz200400x2(n)0-200051015幅度20000100200300n(c)Fs=200Hz200200f(Hz)(c) FT[xa(nT)],Fs=200Hzx3(n)0-20005n10幅度1000050100f(Hz)150200分析：时域采样定理：1、对模拟信号以间隔T进行时域等间隔理想采样，形成的采样信号的频谱是原模拟信号频谱以采样角频率为周期进行周期延拓。2、采样频率必须大于等于模拟信号最高频率的两倍以上，才能使采样信号的 频谱不产生频谱混叠。

由图可见，左边在时域上的采样频率逐渐降低，右边所对应的频域图样的混叠情况由微弱变得越来越大。

（2）频域采样

(a)FT[x(n)]20020(b) 三角波序列x(n)|X(ej?)|100000.5?/?(c) 16点频域采样2001x(n)100

数字信号处理 实验报告

1

实验一 信号（模拟、数字）的输入输出实验

（常见离散信号产生和实现）

一、实验目的

1．加深对常用离散信号的理解；

2．掌握matlab中一些基本函数的建立方法。

二、实验原理 1.单位抽样序列

?(n)??

?1?0n?0n?0

在MATLAB中可以利用zeros()函数实现。

x?zeros(1,N);

x(1)?1;如果?(n)在时间轴上延迟了k个单位，得到?(n?k)即：

?(n?k)??

2．单位阶跃序列

?1?0n?kn?0

n?0?1 u(n)??

n?0?0在MATLAB中可以利用ones()函数实现。

x=ones(1,N)

3．正弦序列

x(n)?Asin(2?fn/Fs??)

在MATLAB中,

n=0:N-1;

x=A*sin(2*pi*f*n/Fs+fai)

2

4．复指数序列

x(n)?r?ej?n

在MATLAB中,

n=0:N-1;

x=r*exp(j*w*n) 5．指数序列

x(n)?an

在MATLAB中,

n=0:N-1;

x=a.

《数字信号处理》

实验指导书

--学生用书V2010--

信息与机电工程学院实验中心

2010-04-20

第 1 页 共 25 页

实验一 常见离散信号的MATLAB产生和图形显示

一、实验目的：加深对常用离散信号的理解； 二、实验原理： 1、基础知识：

R1.1 单位样本序列

?[n]???1?0n?0n?0

如果?(n)在时间轴上延迟了k个单位，得到?(n?k)，即：

?1?[n?k]???0R1.2 单位阶跃序列

n?k n?k?1u[n]???0R1.3 指数序列

n?0n?0

x[n]?A?n，其中??e??0?j?0?，A?Aej?，则前式化为

x[n]?Ae?0n?j??0n????Ae?0ncos(?0n??)?jAe?0nsin(?0n??)

R1.4 正弦序列

x[n]?Acos(?0n??)，其中A，?0，?是实数，分别称为正弦序列的振幅、角

频率和初始相位。f0??0/2?称为频率。

2、用到的MATLAB命令 运算符和特殊符号 ： . + - * / .^ ; %

基本矩阵和矩阵控制 i ones pi rand randn 基本函数 cos sin exp imag r