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1、精品学习资源封面欢迎下载精品学习资源作者： PanHongliang仅供个人学习任务（一）一、名称：滤波器的设计和应用二、任务：设计低通、带通 、高通三种巴特沃斯滤波器；观看所设计滤波器的幅频、相频欢迎下载精品学习资源曲线；用同一段音频信号通过不同的滤波器；画出滤波后相应的频谱图，并重放滤波后的声音信号；试听滤波结果，并分析滤波器的作用；参考结果如图 1-1 和 1-2 所示：图 1-1图 1-2三、相关学问：滤波器是一个以特定方式设计出来的系统，用来转变输入信号的频谱分布；信号通过滤波器后会造成频率分布的变化；对于音频信号来说，频率分布直接影响信号重放时的音色和听感；通过对同一段音频素材不同
2、滤波结果的考察，可以更加直观的懂得滤波器的作用；可以使用巴特沃斯滤波器来完成上述滤波功能；设计巴特沃斯数字低通滤波器可以使用如下语句：b,a=buttern,wc；其中b,a是描述低通滤波器系统函数的两个行向量：即b 表示系统函数分子多项式的系数， a 表示分母多项式的系数； n 为巴特沃斯滤波器的阶数，滤波器的阶数越大，过渡带越窄； wc 为数字滤波器的归一化3dB 截止频率（即信号幅度下降至处的频率），其数值在 0,1 之间，取 1 对应 0.5 倍的采样频率；当 wc=w1,w2 时，是设计 2n 阶的带通滤波器， 3dB 通带为 w1 w w2 ；b,a=buttern,wc,ftyp
3、e；用于设计截止频率为 wc 的巴特沃斯高通或带阻滤波器；当ftype=high 时，为 n阶高通滤波器； ftype=stop，wc=w1,w2 时，为 2n 阶的带阻滤波器；假如在这个函数输入变量的最终，加一个变量s，比如：b,a=buttern,wc,s；表示设计的是模拟滤波器，详细的使用方法，可以用help butter 阅读；除了巴特沃思滤波器（ butter）， IIR 滤波器仍有切比雪夫 I（ cheby1）、切比雪夫 IIcheby2和椭圆滤波器 ellip ，可以使用 help 学习他们的使用方法；滤波功能可以使用 filter 函数实现：欢迎下载精品学习资源c=filter
4、b,a,y ；其中， b,a 对应所使用滤波器的系统函数的分子和分母多项式的系数，比如，上面设计巴特沃思滤波器所得到的系数b,a；y 是需要被滤波的信号； c 是滤波后的结果信号；傅里叶变换可以使用 fft 函数实现；调用格式是Y=ffty,n ；其中， y 是需要观测频谱的时域离散信号，n 是变换点数，当 y 的点数小于 n 时， y 后面补 n-y 个零； Y 是变换得到的频谱；离散信号的频谱是周期的，周期为 2pi；使用函数 fft 得到的频谱范畴是 02pi ，当需要观看 -pi pi 的频谱时， 可以使用函数 fftshift 来转换实现；调用方法是： yy=fftshiftY ；其
5、中， Y 是 fft 得到的02pi 范畴的频谱， yy 是转换得到的 -pi pi 的频谱；音频文件的读取可以使用 wavread 函数实现，其调用方法为： y,Fs,bits=wavreadfilename；其中，返回值 y 是音频数据， Fs为采样音频数据时使用的采样频率， bits 为每个采样样本的比特数；播放音频数据可以使用sound函数，调用方法为：soundy,Fs,bits； 留意采样频率 Fs要设置正确，否就音乐会变调；四、相关函数b,a=buttern,wc；c=filterb,a,y ；H,w=freqzb,a ；Y=ffty,n ；yy=fftshiftY ；y,Fs,
6、bits=wavreadfilename；任务（二）一、名称：信号的幅度调制二、任务：1、仿真幅度调制过程：将一采样信号Sat-10对一个复合信号s=cos60*pi*t+cos40*pi*t+cos20*pi*t进行幅度调制；后用高通、低通、带通欢迎下载精品学习资源三种不同的滤波器进行滤波，并绘出结果图像；2、对上述方法得到的调制信号进行解调，复原出原始的采样信号（解调过程就是：将调制信号和载波再次相乘后经过低通滤波的过程）；任务 1 的仿真结果如图 2-1 和 2-2 所示（载波信号为周期方波）：图 2-1图 2-2三、相关学问：幅度调制是指载波幅度随调制信号变化的过程；本试验利用采样信号
7、（ Sa t ）为调制信号，脉冲波（周期方波）信号或正弦信号为载波信号；调制的过程即是两个信号相乘的过程；脉冲波信号就是周期方波信号，可以使用函数square实现；该函数和正弦、余弦函数很类似；比如： P = square2*pi*f0*t, duty产生基频为 f0，即周期为 1/f0，占空比为 duty 的方波信号；设计巴特沃斯数字滤波器的可以使用函数butter 实现；滤波可以使用函数 filter 实现；详细使用细节见综合试验（一）；任务（三）一、名称：模拟信号的采样和重构二、任务：已知一个连续时间信号1、分别显示原连续信号波形和 和两种情形下采样信号的波形；2、绘制出上题中原连续信号
8、和两种采样情形下采样信号的幅度频谱图；3、用内插公式重建信号；4、对滤波重建方法的程序进行逐句注释；参考结果如图 3-1、3-2、3-3 和 3-4 所示： 该参考结果是对信号，取时的仿真的结果；欢迎下载精品学习资源图 3-1图 3-2图 3-3图 3-4三、相关学问：在许多应用中，需要把现实世界中的模拟信号，经过采样和量化运算（合 在一起称为模 -数转换或 ADC ）变成离散信号；这些离散信号由数字信号处理器处理后，再用一个重构运算（称作数-模转换或 DAC ）复原成模拟信号；用傅里叶分析可以从频域的观点来描述采样运算，分析其成效，然后探究重构的 运算；这里假设量化的等级足够多，因而离散信号
9、的量化效应可以忽视不计； 只有在对模拟信号采样时遵守奈奎斯特采样定理，才不会发生频谱混叠的情况，后期的数模转换才能够完整复原原信号；从采样定理和上述的例子可以清楚的看到，假如对有限带宽信号xt以高于奈奎斯特频率的频率进行采样，就能依据采样序列xn重构出原模拟信号；信 号重构一般可以接受以下两种方法：一是用时域离散信号与理想低通滤波器的单位冲激响应 ht进行卷积积分；二是设计低通滤波器进行频域低通滤波；理想低通滤波器的频率特性是一个门函数，其单位冲激响应为采样函数： 采样序列 xn=xanT = xat|t=nT 通过滤波器后，其输出为：此公式即为内插公式； MATLAB 中供应了 sinc 函
10、数，可以便利的运算上述公式；不同的是： sincx=Sapix；（留意：严格的讲，不能用 MATLAB 来描述模拟信号，只有当时间增量足够小，即使用很小的采样间隔对模拟信号采样时，所得到的离散信号才可以 近似认为是模拟信号；也就是此时重构的所谓模拟信号只是采样间隔更小的离 散信号而已；即此时使用 MATLAB 描述的重构过程实际上是数字域的插值过欢迎下载精品学习资源程；比如：当离散信号 xanT 的 n 值为 n= -2:0.1:2 时，表示采样间隔 T=0.1， 那末表示连续信号 xat 的 t 的采样间隔应当小于 0.1，比如可取 0.02，这时 t 的取值为 t=-2:0.02:2，那末
11、内插后的数据会比插值前多，是0.1/0.02=5 倍）；可以使用 FIR 滤波器来实现低通滤波功能；设计FIR 数字低通滤波器可以使用如下语句：B = FIR2N,F,A其中： N 为 FIR 数字滤波器的阶数，阶数越大，过渡带越窄，选频特性越好；滤波器的频率响应在数组 F 和 A 中给定；数组 F 包含各边缘频率，单位为 pi， 即 0.0F1.0 ，F=1 对应采样频率的一半；这些频率从0 开头，到 1 终止；数组 A 为各指定频率上的幅度响应； F 和 A 的长度必需相等； B 是设计得到的滤波器系数； Fir2函数缺省使用 Hamming窗设计滤波器；例如设计一个20 阶的通带截止频率
12、 0.3pi ，阻带截止频率0.4pi的低通滤波器可以使用如下语句实 现：B = fir220，0,0.3,0.4,1，1,1,0,0；详细使用细节可以使用help fir2 学习；滤波重建方法程序如下：请在程序后面添加详细注释！Fs = 30；T0 = 3；Ts = 1/Fs；t = 0:Ts:T0；xa = sin2*pi*t+1/3*sin6*pi*t；Fs = 5；Ts = 1/Fs；n = -T0:Ts:T0；x1 = sin2*pi*n+1/3*sin6*pi*n；L = 6；N = lengthn；y1 = zeros1,L*N ；y11:L:L*N=x1 ；Fs = 10；Ts
13、 = 1/Fs；n = -T0:Ts:T0；x2 = sin2*pi*n+1/3*sin6*pi*n；欢迎下载精品学习资源L = 3；N = lengthn；y2 = zeros1,L*N ；y21:L:L*N=x2 ；figure1；subplot5,1,1,plott,xa；grid on；axismint maxt 1.1*minxa 1.1*maxxa ；title 用频域滤波重构信号 ；Nt=lengtht ；subplot5,1,2,stemt,y11:Nt；grid on；axismint maxt 1.1*minxa 1.1*maxxa ；titlefs2fm 时的采样信号 ；
14、M = 48；ff = 0,0.167,0.20,1；A=1,1,0,0 ； % 1/6 = 0.167bb=fir2M,ff,A ；Y1 = 6*filterbb,1,y1 ；subplot5,1,3,plott,Y11:Nt ；grid on；axismint maxt 1.1*minY1 1.1*maxY1；titlefs2fm 时的滤波重构信号 ；欢迎下载精品学习资源任务（四）一、名称： GUI 图形用户界面设计二、任务1、完成练习一（见参考资料“ GUI图形用户界面设计窗口”第 13页）；2、完成菜单练习一、二（见参考资料“GUI图形用户界面设计窗口”第 16、17页）；3、建立一个
15、 GUI 演示界面将前面的设计任务（一）、（二）、（三）连接起来；界面参考如图 4-1、图 4-2、图4-3所示；图 4-1 主界面打开主界面进入演示内容选择界面，之后可以选择演示内容；图 4-2 演示内容选择界面图 4-3 演示内容选择界面三、相关学问和参考资料：GUI 图形用户界面设计窗口 .docMatlab7.x 界面设计与编译技巧 .pdf选作任务一、名称：声音信号的采样和频谱分析二、任务：录制音频信号，分析不同的采样频率对音频信号的影响，绘制音频信号的时域和频域图像，重放这三个音频文件；三、相关学问：运算机只能记录和处理二进制的数字编码信号；因此，采集到的模拟声音信号必需经过取样量
16、化编码等过程，成为二进制数据后，才能在运算机内编辑和储备；而声音信号从运算机内播放时，与上述过程相反；通过运算机的音频工具进行声音录制时，已经利用了运算机上的模数转换功能，将模拟的声音信号变成了离散而且量化了的数字信号；将录制的声音信号在运算机内储备起来，可以得到 wav 格式的音频文件；欢迎下载精品学习资源其数据格式为二进制码，编码方式为 PCM（脉冲编码调制）方式；其采样率从8khz 到 48khz 不等；量化等级有 8 为和 16 为两种，并且分为单声道和立体声两种录制格式；在保证清楚度和可懂度的情形下，一般的语音信号只需传输 0.3k3.4khz 范畴内的信号就可以了，这也是电话所要求
17、的最小带宽；音乐信号就不同，假如要保证全部的声音信号全部保留下来，就必需大过一般人耳的最大可闻频率，即 20khz；所以应取至少 40khz 以上的采样率；一般来说 CD 唱片一般接受的采样率为 44.1khz，量化等级为 16 位，立体声录制；利用运算机的相关声音编辑工具录制声音信号，生成wav 文件；在 windows 操作系统下点击【开头】菜单，选择【程序】中的【附件】；在里面的【消遣】中点开【录音机】；使用“录音机”软件时，可依据需要调整声音的采样率；在录音机面板上的【文件】菜单的【属性】下，可以找到“格式转换”中的 “马上转换”按钮；单击会弹出相应选择采样率的对话框；可依据需要进行选
18、择；选择三种不同的采样率对同一声音信号进行采样，并生成wav 文件，试听成效，进行主观比较；利用 MATLAB 绘制上述声音信号的时域波形和频谱，进行观看和分析；四、相关函数y,Fs,bits=wavreadfilename；其功能是把声音文件的声音数据赋给y，Fs 即声音文件的采样率， bits 为量化等级；soundy,Fs,bits；将数据文件 y 转化为声音，播放；信号的傅里叶变换可以使用fft 函数实现； fft 函数的功能是进行一维快速傅里叶变换，调用格式是Y=ffty,n；即接受 n 点 fft运算矢量 x 的傅里叶变换；当 x 的长度小于 n 是， fft函数在 x的末尾补零，
19、以构成 n 点数据；当 x 的长度大于 n 是， fft函数会截断序列 x；频谱图的绘制可以借助fftshift 函数实现；其调用方法是：Y=fftshifty；作用是对 fft的输出进行重新排列，将零频重量移到频谱中心；便于图像显示 和观看；当 y 为向量时， fftshifty直接将 y 中的左右两半交换而产生 Y；当欢迎下载精品学习资源y 为矩阵时， ffitshifty同时将 x 的左右上下交换而产生y；版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,
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