dsp硬件仿真实验报告

DSP软件MATLAB仿真实验报告姓名：学号：班级:学院:2015年12月25日DSP软件MATLAB仿真实验报告1实验一：数字信号的FFT分析1、实验内容及要求(1)离散信号的频谱分析：设信号此信号的0.3pi和0.302pi两根谱线相距很近，谱线0.45pi的幅度很小，请选择合适的序列长度N和窗函数，用DFT分析其频谱，要求得到清楚的三根谱线。(2)DTMF信号频谱分析用计算机声卡采用一段通信系统中电话双音多频（DTMF）拨号数字0～9的数据，采用快速傅立叶变换（FFT）分析这10个号码DTMF拨号时的频谱。2、实验目的通过本次实验，应该掌握：(a)用傅立叶变换进行信号分析时基本参数的选择。(b)经过离散时间傅立叶变换（DTFT）和有限长度离散傅立叶变换（DFT）后信号频谱上的区别，前者DTFT时间域是离散信号，频率域还是连续的，而DFT在两个域中都是离散的。(c)离散傅立叶变换的基本原理、特性，以及经典的快速算法（基2时间抽选法），体会快速算法的效率。(d)获得一个高密度频谱和高分辨率频谱的概念和方法，建立频率分辨率和时间分辨率的概念，为将来进一步进行时频分析（例如小波）的学习和研究打下基础。(e)建立DFT从整体上可看成是由窄带相邻滤波器组成的滤波器组的概念，此概念的一个典型应用是数字音频压缩中的分析滤波器，例如DVDAC3和MPEGAudio。3、设计思路（1）由信号可知，频谱分析以后0.3pi和0.302pi两根谱线相距很近，因此所用的FFT的N值要足够大，才能保证看到两条清晰的谱线；而谱线0.45pi的幅度很小，所以加窗时应该适当提高幅度。在加窗的时，如若参数选取不当会产生频谱泄漏，为了满足题设要求得到三根清晰的谱线，根据w=2*pi/N*k=k=w/2/pi*N(k属于整数)，得N必须是1000的倍数，在程序中设定N的值为20000.用matlab提供的fft函数进行DFT变换，再利用stem函数画出频谱图，用axis函数限定了坐标轴范围。（2）双音多频信号DTMF每个数字由两个不同频率的正弦波组成，低频有：00010450303024().*cos(.)sin(.)cos(.)xnnnn00010450303024().*cos(.)sin(.)cos(.)xnnnnDSP软件MATLAB仿真实验报告2697Hz,770Hz,852Hz,941Hz，高频有：1209Hz,1336Hz,1477Hz,1633Hz，0-9这十个数字每个数字对应一个低频信号和一个高频信号叠加。分别用两个数组装载高频和低频，再产生由两个正弦波叠加成的DTMF信号，最后利用plot和fft函数画出对应的频谱图。4、实验结果（1）离散信号的频谱分析【实验代码】clearcloseallN=20000;n=1:1:N;x=0.001*cos(0.45*pi*n)+sin(0.3*pi*n)-cos(0.302*pi*n-pi/4);y=fft(x,N);magy=abs(y(1:1:N/2+1));k=0:1:N/2;w=2*pi/N*k;stem(w/pi,magy);axis([0.25,0.5,0,60])【实验结果】DSP软件MATLAB仿真实验报告3（2）DTMF信号频谱分析【实验代码】clearcloseallcolumn=[1209,1336,1477,1633];line=[697,770,852,941];fs=8000;N=1024;ts=1/fs;n=0:N-1;f=0:fs/N:fs/N*(N-1);key=zeros(10,N);key(1,:)=cos(2*pi*column(1)*ts*n)+cos(2*pi*line(1)*ts*n);key(2,:)=cos(2*pi*column(2)*ts*n)+cos(2*pi*line(1)*ts*n);key(3,:)=cos(2*pi*column(3)*ts*n)+cos(2*pi*line(1)*ts*n);key(4,:)=cos(2*pi*column(1)*ts*n)+cos(2*pi*line(2)*ts*n);key(5,:)=cos(2*pi*column(2)*ts*n)+cos(2*pi*line(2)*ts*n);key(6,:)=cos(2*pi*column(3)*ts*n)+cos(2*pi*line(2)*ts*n);key(7,:)=cos(2*pi*column(1)*ts*n)+cos(2*pi*line(3)*ts*n);key(8,:)=cos(2*pi*column(2)*ts*n)+cos(2*pi*line(3)*ts*n);key(9,:)=cos(2*pi*column(3)*ts*n)+cos(2*pi*line(3)*ts*n);key(10,:)=cos(2*pi*column(2)*ts*n)+cos(2*pi*line(4)*ts*n);figure;fori=1:9subplot(3,4,i)plot(f,abs(fft(key(i,:))));xlabel('频率（Hz）');ylabel('幅值');title(i);grid;subplot(3,4,10)plot(f,abs(fft(key(10,:))));xlabel('频率（Hz）');ylabel('幅值');title(0);DSP软件MATLAB仿真实验报告4grid;end【实验结果】实验二：DTMF信号的编码1、实验内容及要求1）把您的联系电话号码通过DTMF编码生成为一个.wav文件。技术指标：根据ITUQ.23建议，DTMF信号的技术指标是：传送/接收率为每秒10个号码，或每个号码100ms。每个号码传送过程中，信号存在时间至少45ms，且不多于55ms，100ms的其余时间是静音。在每个频率点上允许有不超过±1.5%的频率误差。任何超过给定频率±3.5%的信号，均被认为是无效的，拒绝接收。（其中关键是不同频率的正弦波的产生。可以使用查表方式模拟产生两个不同频率的正弦波。正弦表的制定要保证合成信号的频率误差在±1.5%以内，同时使取样点数尽量少）2）对所生成的DTMF文件进行解码。DTMF信号解码可以采用FFT计算N点频率处的频谱值，然后估计出所拨号码。但FFT计算了许多不需要的值，计算量太大，而且为保证频率分辨率，FFT的点数较大，不利于实时实现。因此，FFT不适合于DTMF信号解码的应用。由于只需要知道8个特定点的频谱值，因此采用一种称为Goertzel算法DSP软件MATLAB仿真实验报告5的IIR滤波器可以有效地提高计算效率。其传递函数为：2、实验目的(a)复习和巩固IIR数字滤波器的基本概念；(b)掌握IIR数字滤波器的设计方法；(c)掌握IIR数字滤波器的实现结构；(d)能够由滤波器的实现结构分析滤波器的性能（字长效应）；(e)了解通信系统电话DTMF拨号的基本原理和IIR滤波器实现方法。3、设计思路编码：DTMF拨号键盘由一个4*4行列构成，每列代表一个高频信号，每行代表一个低频信号，每当按下一个键时，产生高、低频率的两个正弦信号，代表一个特定的数字或符号，根据ITUQ.23颁布的国际标准，DTMF传送或接受每个号码的时间为100ms，其中每个号码传送的过程中，信号存在时间至少45ms，其余时间静音。用一个字符串变量来接受输入的电话号码，并将各个数字和符号的ASCII码用一个4*4矩阵表示，每接收到一个数字就对应两个频率，并产生由两个正弦波叠加的信号，完成DTMF编码，利用matlab提供的fft函数画出其频谱，用sound函数发出声音。解码：采用Goertzel算法来检测DTMF信号，它是用IIR滤波器实现DFT算法的一种特殊方法，在实际DTMF解码中，只需要知道输入信号即DTMF信号的离散傅里叶变换X(k)的幅度信息，忽略相位信息，因为只要能得到8个特定频率点的幅度值，看哪两个频率对应的幅度最大，就能知道对应的是哪个数字，达到解码的目的，可以利用matlab提供的goertzel函数来对信号解码。4、实验代码和运行结果【实验代码】：d=input('请键入电话号码：','s');sum=length(d);total_x=[];sum_x=[];sum_x=[sum_x,zeros(1,800)];fora=1:sumsymbol=abs(d(a));tm=[49,50,51,65;52,53,54,66;55,56,57,67;42,48,35,68];2/1121()12cos(2/)jkNkezHzkNzzDSP软件MATLAB仿真实验报告6forp=1:4;forq=1:4;iftm(p,q)==abs(d(a));break,endendiftm(p,q)==abs(d(a));break,endendf1=[697,770,852,941];f2=[1209,1336,1477,1633];n=1:400;x=sin(2*pi*n*f1(p)/8000)+sin(2*pi*n*f2(q)/8000);x=[x,zeros(1,400)];sum_x=sum_x+x;total_x=[total_x,x];endwavwrite(total_x,'soundwave')sound(total_x);t=(1:8800)/8000;subplot(2,1,1);plot(t,total_x);axis([0,1.2,-2,2]);xlabel('时间/s')title('DTMF信号时域波形')xk=fft(x);mxk=abs(xk);subplot(2,1,2);k=(1:800)*sum*8000/800;plot(k,mxk);xlabel('频率');title('DTMF信号频谱');disp('双频信号已生成并发出')【实验结果图】：DSP软件MATLAB仿真实验报告71）对所生成的DTMF文件进行解码。DTMF信号解码可以采用FFT计算N点频率处的频谱值，然后估计出所拨号码。但FFT计算了许多不需要的值，计算量太大，而且为保证频率分辨率，FFT的点数较大，不利于实时实现。因此，FFT不适合于DTMF信号解码的应用。【实验代码】：k=[1820222431343842];N=205;disp(['接收端检测到的号码为'])fora=1:summ=800*(a-1);X=goertzel(total_x(m+1:m+N),k+1);val=abs(X);xk2=val.^2;limit=80;fors=5:8ifval(s)limit,break,endendforr=1:4ifval(r)limit,break,endenddisp([setstr(tm(r,s-4))])xk2DSP软件MATLAB仿真实验报告8end【实验结果图】：DSP软件MATLAB仿真实验报告9实验三：FIR数字滤波器的设计和实现1、实验内容及要求：录制自己的一段声音，长度为45秒，取样频率32kHz，然后叠加一个高斯白噪声，使得信噪比为20dB。请采用窗口法设计一个FIR带通滤波器，滤DSP软件MATLAB仿真实验报告10除噪声提高质量。提示：滤波器指标参考：通带边缘频率为4kHz，阻带边缘频率为4.5kHz，阻带衰减大于50dB；Matlab函数y=awgn(x,snr,'measured')，首先测量输入信号x的功率，然后对其叠加高斯白噪声；2、实验目的通过本次实验，掌握以下知识：FIR数字滤波器窗口设计法的原理和设计步骤；Gibbs效应发生的原因和影响；不同类型的窗函数对滤波效果的影响，以及窗函数和长度N的选择。3、设计思路首先通过wavread命令读取指定地址的音频文件，再利用matlab提供的awgn函数为录制的声音信号加上高斯白噪声，得到合成信号，通过wavwrite命令在指定地址生成新的