数字信号处理a双语dspa实验报告.docx
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数字信号处理a双语dspa实验报告
实验报告
实验名称:
1、离散时间信号与系统的时、频域表示
2、离散傅立叶变换和z变换
3、数字滤波器的频域分析和实现
4、数字滤波器的设计
课程名称数字信号处理A(双语)
班级学号
姓名
指导老师
实验教室
开课时间2016-2017年学年第一学期
实验一:
离散时间信号与系统的时、频域表示
一、实验目的和任务:
●主要内容:
序列的生成、序列DTFT谱计算、简单滤波器的仿真,对应实验指导书Page1-34。
●实验要求:
●
(1)按照要求产生基本序列和复杂序列,对序列进行运算,求序列的DTFT幅度谱和相位谱。
●
(2)计算简单的离散时间系统的输出,包括简单滤波器的仿真、计算单个系统和互连系统的输出。
二、实验内容:
●具体包括
●基本序列产生和运算:
Q1.1-Q1.3,Q1.23,Q1.30-Q1.33
●离散时间系统仿真:
Q2.1-Q2.3
●LTI系统:
Q2.19、Q2.21,Q2.28
●DTFT:
Q3.1,Q3.2,Q3.4
三、实验过程与结果分析:
Q1.1运行P1_1产生单位样本序列u[n]的程序与显示的波形如下:
clf;
n=-10:
20;
u=[zeros(1,10)1zeros(1,20)];
stem(n,u);
xlabel('时间序列n');ylabel('振幅');
title('单位样本序列');
axis([-102001.2]);
结果:
Q1.2
clf清除波形axis设置坐标轴范围,可读比例等title给图形加标题xlabel给x加标注
Ylabel给y加标注
Q1.3
clf;
n=-10:
20;
u=[zeros(1,10)1zeros(1,20)];
stem(n+11,u);
xlabel('时间序列n');ylabel('振幅');
title('单位样本序列');
axis([03201.2]);
结果:
Q1.23
n=0:
50;
f=0.08;
phase=pi/2;
A=2.5;
arg=2*pi*f*n-phase;
x=A*cos(arg);
clf;
stem(n,x);
axis([050-33]);
grid;
title('正弦序列');
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
axis;
结果:
Q1.30
s[n]是线性增加伴随着实指数缓慢衰减的图像加性噪声d[n]是均匀分布在-0.4和+0.4之间的随机序列
Q1.31
不能,因为d是列向量,s是行向量
Q1.32
x1是x的延时,x2和x相等,x3超前于x
Q1.33
产生图例说明
Q2.1
clf;
n=0:
100;
s1=cos(2*pi*0.05*n);
s2=cos(2*pi*0.47*n);
x=s1+s2;
M=input('滤波器所需的长度=');
num=ones(1,M);
y=filter(num,1,x)/M;
subplot(2,2,1);
plot(n,s1);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('信号#1');
subplot(2,2,2);
plot(n,s2);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('信号#2');
subplot(2,2,3);
plot(n,x);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('输入信号');
subplot(2,2,4);
plot(n,y);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('输出信号');
axis;
结果:
S[n]被离散时间系统抑制
Q2.2
n=0:
100;
s1=cos(2*pi*0.05*n);
s2=cos(2*pi*0.47*n);
x=s1+s2;
M=input('滤波器所需长度=');
num=(-1).^[0:
M-1];
y=filter(num,1,x)/M;
clf;
subplot(2,2,1);
plot(n,s1);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');
title('信号#1');
subplot(2,2,2);
plot(n,s2);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');
title('信号#2');
subplot(2,2,3);
plot(n,x);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');
title('输入信号');
subplot(2,2,4);
plot(n,y);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');
title('输出信号');
axis;
显示的波形如下:
改变LTI系统对输入的影响是,系统现在是一个高通滤波器。
它通过高频输入组件s2来替代低频输入组件s1.
Q2.3
clf;
n=0:
100;
s1=cos(2*pi*0.04*n);
s2=cos(2*pi*0.6*n);
x=s1+s2;
M=input('滤波器所需的长度=');
num=ones(1,M);
y=filter(num,1,x)/M;
subplot(2,2,1);
plot(n,s1);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('信号#1');
subplot(2,2,2);
plot(n,s2);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('信号#2');
subplot(2,2,3);
plot(n,x);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('输入信号');
subplot(2,2,4);
plot(n,y);
axis([0,100,-2,2]);
xlabel('时间序列n');
ylabel('振幅');
title('输出信号');
axis;
结果:
Q2.19
clf;
N=40;
num=[2.24032.49082.2403];
den=[1-0.40.75];
y=impz(num,den,N);
stem(y);
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
title('冲激响应');
grid;
结果:
Q2.21
clf;
N=40;
num=[0.9-0.450.350.002];
den=[1.00.71-0.46-0.62];
x=[1zeros(1,N-1)];
y=filter(num,den,x);
stem(y);
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
title('冲激响应');
grid;
结果:
Q2.28
clf;
h=[321-210-403];
x=[1-23-4321];
y=conv(h,x);
n=0:
14;
subplot(2,1,1);
stem(n,y);
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
title('用卷积得到的输出');
grid;
x1=[xzeros(1,8)];
y1=filter(h,1,x1);
subplot(2,1,2);
stem(n,y1);
xlabel('时间序号n')
ylabel('振幅');
title('由滤波生成的输出');
grid;
结果:
Q3.1
原始序列是:
Pause:
暂停命令
Q3.2
clf;
w=-4*pi:
8*pi/511:
4*pi;
num=[21];
den=[1-0.6];
h=freqz(num,den,w);
subplot(2,1,1)
plot(w/pi,real(h));
grid
title('H(e^{j\omega}的实部')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
subplot(2,1,2)
plot(w/pi,imag(h));
grid
title('H(e^{j\omega}的虚部')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
pause
subplot(2,1,1)
plot(w/pi,abs(h));
grid
title('|H(e^{j\omega}|幅度谱')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
subplot(2,1,2)
plot(w/pi,angle(h));
grid
title('相位谱arg[H(e^{j\omega}]')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('以弧度为单位的相位');
结果:
是w的周期。
周期2π
实部是2π为周期偶对称的
虚部是2π为周期奇对称的
幅度是2π为周期偶对称的
相位是2π为周期奇对称的
Q3.4
clf;
w=-4*pi:
8*pi/511:
4*pi;
num=[1357911131517];
den=1;
h=freqz(num,den,w);
subplot(2,1,1)
plot(w/pi,real(h));
grid
title('H(e^{j\omega}的实部')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
subplot(2,1,2)
plot(w/pi,imag(h));
grid
title('H(e^{j\omega}的虚部')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
pause
subplot(2,1,1)
plot(w/pi,abs(h));
grid
title('|H(e^{j\omega}|幅度谱')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('振幅');
subplot(2,1,2)
plot(w/pi,angle(h));
grid
title('相位谱arg[H(e^{j\omega}]')
xlabel('\omega/\pi');
ylabel('以弧度为单位的相位');
结果:
实验二:
离散傅里叶变换和z变换
一、实验目的和任务:
●实验主要内容和要求(对应实验指导书3.5和3.6节):
●
(1)DFT计算、常见性质的验证、用DFT实现快速卷积(应用于简单的含噪信号滤波);
●
(2)实现z变换和逆z变换,(用于:
根据差分方程求系统的传递函数,进一步求冲激响应、零极点图)。
二、实验内容:
●具体包括——
●DFT:
Q3.23
●DFT性质:
●圆周移位子函数(Q3.26、Q3.27)
●圆周卷积子函数(Q3.28、Q3.29)
●圆周移位(Q3.30-35)
●圆周卷积(Q3.36-40)
●Z变换:
Q3.46、Q3.47、Q3.48
●逆Z变换:
Q3.50、Q3.51
三、实验过程与结果分析:
Q3.23
clf;
N=200;
L=256;
nn=[0:
N-1];
kk=[0:
L-1];
xR=[0.1*(1:
100)zeros(1,N-100)];
xl=[zeros(1,N)];
x=xR+i*xl;
XF=fft(x,L);
subplot(3,2,1);
grid;
plot(nn,xR);
grid;
title('实\{x[n]\}');
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
subplot(3,2,2);
plot(nn,xl);
grid;
title('虚\{x[n]\}');
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
subplot(3,2,3);
plot(kk,real(XF));
grid;
title('实\{x[k]\}');
xlabel('频率指数k');
ylabel('振幅');
subplot(3,2,4);
plot(kk,imag(XF));
grid;
title('虚\{x[k]\}');
xlabel('频率指数k');
ylabel('振幅');
xx=ifft(XF,L);
subplot(3,2,5);
plot(kk,real(xx));
grid;
title('IDFT\{x[k]\}实部');
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
subplot(3,2,6);
plot(kk,imag(xx));
grid;
title('IDFT\{x[k]\}虚部');
xlabel('时间序号n');
ylabel('振幅');
结果:
Q3.26在函数circshift中,命令rem的作用是什么?
R=rem(X,Y)求余数函数
Q3.27解释函数circshift怎样实现圆周移位运算。
输入序列x是循环左移M位。
如果M>0,那么circshift删除左边的元素向量x,并且附加他们到剩下的元素右边来获得循环转移序列。
如果如果M<0,然后circshift首先补充的x的长度,最右边的长度(x)-m样品从x中移走并且附加在剩下的M样本右边来得到循环转移序列。
Q3.28在函数circshift中,运算符~=的作用是什么?
如果A和B不相等返回值1
如果A和B相等返回值0
Q3.29解释函数circonv怎样实现圆周卷积运算。
函数circonv操作如下:
输入的是两个相等长度为L的两个向量x1和x2.,为了理解circonv是如何工作的,从x2的周期延拓角度来考虑很有用。
让x2p作为x2的无限长的周期延拓。
从概念上讲,常规时间反转x2p并且让x2tr通过x2p的时间反转等于元素1。
输出向量y元素1到L是通过x1和一个长度L的通过循环右移一个时间反转序列x2tr得到的序列sh之间的内积来获得的。
对于输出样例y[n],1≤n≤L、正确的循环移位是n-1点。
Q3.30
clf;
M=6;
a=[0123456789];
b=circshift(a,M);
L=length(a)-1;
n=0:
L;
subplot(2,1,1);
stem(n,a);
axis([0,L,min(a),max(a)]);
title('原序列');
xlabel('时间序号n');
ylabel('a[n]');
subplot(2,1,2);
stem(n,b);
axis([0,L,min(a),max(a)]);
title('通过循环移位得到的序列',num2str(M),'样本');
xlabel('时间序号n');
ylabel('b[n]');
决定时移的数量的部分是M
如果时移的数量大于序列长度,实际实现的循环时移是rem(M,length(a))点左移,相当于循环移动的M点(不止一次),也相当于通过M点周期延拓的左移。
Q3.31
结果:
序列的长度是10,并且M=12。
这可能被解释为一个12点的循环左移(不止一次),作为一个2点循环左移,或者作为一个2的线性左移,或者序列的12点周期延拓。
Q3.32&Q3.33.
程序:
clf;
x=[0246810121416];
N=length(x)-1;n=0:
N;
y=circshift(x,5);
XF=fft(x);
YF=fft(y);
subplot(2,2,1);
stem(n,abs(XF));grid;
title('原序列的DFT的幅度');
xlabel('频率序号k');
ylabel('|X[k]|');
subplot(2,2,2);
stem(n,abs(YF));grid;
title('圆周位移后序列的DFT幅度');
xlabel('频率序号k');
ylabel('|Y[k]|');
subplot(2,2,3);
stem(n,angle(XF));grid;
title('原序列的DFT的幅度');
xlabel('频率序号k');
ylabel('arg(X[k])');
subplot(2,2,4);
stem(n,angle(YF));grid;
title('圆周位移后序列的DFT相位');
xlabel('频率序号k');
ylabel('arg(Y[k])');
结果:
序列的长度N=8并且时移是五个样品提前转移到左边。
相位是
。
Q3.34修改M=2
Q3.35序列为长度14,结果图如下:
序列长度为16,上述程序结果图如下:
Q3.36
g1=[123456];g2=[1-233-21];
ycir=cconv(g1,g2);
disp('循环卷积图像=');disp(ycir)
G1=fft(g1);G2=fft(g2);
yc=real(ifft(G1.*G2));
disp('DFT变换乘积的IDFT变换的图像=');disp(yc)
结果:
循环卷积图像=
Columns1through10
1.000002.00007.000010.000014.000011.000028.000012.0000-7.0000
Column11
6.0000
DFT变换乘积的IDFT变换的图像=
12281401614
Q3.37
g1=[1234];g2=[1-233];
ycir=cconv(g1,g2);
disp('循环卷积图像=');disp(ycir)
G1=fft(g1);G2=fft(g2);
yc=real(ifft(G1.*G2));
disp('DFT变换乘积的IDFT变换的图像=');disp(yc)
循环卷积图像=
1.00000.00002.00007.00007.000021.000012.0000
DFT变换乘积的IDFT变换的图像=
821147
g1=[12];g2=[1-2];
ycir=cconv(g1,g2);
disp('循环卷积图像=');disp(ycir)
G1=fft(g1);G2=fft(g2);
yc=real(ifft(G1.*G2));
disp('DFT变换乘积的IDFT变换的图像=');disp(yc)
循环卷积图像=
1.0000-0.0000-4.0000
DFT变换乘积的IDFT变换的图像=
-30
Q3.38
g1=[12345];g2=[22011];
g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];
g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];
ylin=cconv(g1e,g2e);
disp('通过圆周卷积的线性卷积=');disp(ylin);
y=conv(g1,g2);
disp('直接线性卷积=');disp(y)
结果:
通过圆周卷积的线性卷积=
Columns1through10
2.00006.000010.000015.000021.000015.00007.00009.00005.00000.0000
Columns11through17
0.00000.00000.0000000.0000-0.0000
直接线性卷积=
2610152115795
观察可得:
零填充适当的长度确实可以实现用循环卷积实现线性卷积。
Q3.39
g1=[123];g2=[220];
g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];
g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];
ylin=cconv(g1e,g2e);
disp('通过圆周卷积的线性卷积=');disp(ylin);
y=conv(g1,g2);
disp('直接线性卷积=');disp(y)
通过圆周卷积的线性卷积=
2.00006.000010.00006.000000.00000.00000.00000.0000
直接线性卷积=
261060
g1=[12];g2=[22];
g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];
g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];
ylin=cconv(g1e,g2e);
disp('通过圆周卷积的线性卷积=');disp(ylin);
y=conv(g1,g2);
disp('直接线性卷积=');disp(y)
通过圆周卷积的线性卷积=
2.00006.00004.000000.0000
直接线性卷积=
264
Q3.40
g1=[12345];
g2=[22011];
g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];
g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];
G1EF=fft(g1e);
G2EF=fft(g2e);
ylin=real(ifft(G1EF.*G2EF));
disp('通过DFT的线性卷积=');disp(ylin);
结果:
通过DFT的线性卷积=
2.00006.000010.000015.000021.000015.00007.00009.00005.0000
Q3.46
clf;
w=0:
pi/51:
pi;
num=[259
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