數(shù)字信號處理(dsp)課程設計報告

1、<p>　　數(shù)字信號處理課程設計報告 </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　現(xiàn)代信號處理是將信號表示并處理的理論和技術,而數(shù)字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。在本次課程設計中主要以數(shù)字信號處理來解決問題。數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波，因此在進行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域

2、，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。 </p><p>　　數(shù)字信號處理的算法需要利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備如數(shù)字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）等。數(shù)字信號處理技術及設備具有靈活、精確、抗干擾強、設備尺寸小、造價低、速度快等突出優(yōu)點，這些都是模擬信號處理技術與設備所無法比擬的。數(shù)字信號處理的核心算法是離散傅立葉變換(DFT)，是D

3、FT使信號在數(shù)字域和頻域都實現(xiàn)了離散化，從而可以用通用計算機處理離散信號。而使數(shù)字信號處理從理論走向?qū)嵱玫氖强焖俑盗⑷~變換(FFT)，F(xiàn)FT的出現(xiàn)大大減少了DFT的運算量，使實時的數(shù)字信號處理成為可能、極大促進了該學科的發(fā)展。 </p><p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟

4、件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶接口、連接其它編程語言的程序等。</p><p>　　一、課程設計目的： </p><p>　　1．全面復習課程所學理論知識，鞏固所學知識重點和難點，將理論與實踐很好地結合起來。 </p><p>　　2. 掌握信號分析與處理的基本方法與實現(xiàn)&#

5、160;</p><p>　　3．提高綜合運用所學知識獨立分析和解決問題的能力；</p><p>　　4．熟練使用一種高級語言進行編程實現(xiàn)。</p><p><b>　　二、課程設計題目：</b></p><p><b>　　（一）：</b></p><p>　　1） 生成信

6、號發(fā)生器：能產(chǎn)生頻率（或基頻）為10Hz的周期性正弦波、三角波和方波信號。繪出它們的時域波形</p><p>　　2） 為避免頻譜混疊，試確定各信號的采樣頻率。說明選擇理由。</p><p>　　3）對周期信號進行離散傅立葉變換，為了克服頻譜泄露現(xiàn)象，試確定截取數(shù)據(jù)的長度，即信號長度。分析說明選擇理由。</p><p>　　4）繪出各信號頻域的幅頻特性和相頻特性&l

7、t;/p><p>　　5）以正弦周期信號為例，觀察討論基本概念（頻譜混疊、頻譜泄漏、整周期截取等）。 </p><p><b>　?。ǘ?lt;/b></p><p>　　已知三個信號，經(jīng)調(diào)制產(chǎn)生信號，其中為常數(shù)，為具有窄帶特性的Hanning信號。將此已調(diào)信號通過信道傳輸，描述該信道的差分方程為</p><p>&

8、lt;b>　　得到接收信號</b></p><p>　　1）分析Hanning信號的時域與頻域特性</p><p>　　2）分析已調(diào)信號的時域與頻域特性</p><p>　　3）分析系統(tǒng)的單位脈沖響應</p><p>　　4）分析接收信號的頻譜</p><p>　　5）設計帶通濾波器從接收信號中還原出

9、三個已調(diào)信號。</p><p>　?。ㄈ簣D像信號相關處理</p><p>　　1）讀入一幅彩色圖像</p><p>　　2）將彩色圖像進行三原色分解，分解出R、G、B分量，并用圖像顯示出來</p><p>　　3）將彩色圖像灰度化，轉(zhuǎn)換為灰度圖像并顯示</p><p>　　4）對灰度圖像用幾種典型的邊緣檢測算子進行

10、邊緣檢測，顯示檢測出的邊緣。</p><p>　　三、調(diào)試及結果分析（截圖）：</p><p><b>　?。ㄒ唬?lt;/b></p><p><b>　　1）</b></p><p>　　頻率為10Hz的周期性正弦波：</p><p>　　頻率為10Hz的周期性三角波：<

11、;/p><p>　　頻率為10Hz的周期性方波：</p><p>　　2）采樣頻率不能過低，必須fs>=2fm，即采樣頻率必須大于或等于最高截止頻率的二倍（對采樣頻率的要求，即采樣頻率要足夠大，采樣的值要足夠多，才能不失真的恢復原信號）。題目中信號頻率為10Hz，則采樣頻率應該大于或等于20Hz，這樣的話采樣離散信號才能夠無失真的恢復到原來的連續(xù)信號。</p><p&

12、gt;　　3）截取數(shù)據(jù)長度（即信號長度）N=T*fs=2</p><p><b>　　4）</b></p><p>　　頻率為10Hz的周期性正弦波的幅頻特性和相頻特性：</p><p>　　頻率為10Hz的周期性三角波的幅頻特性和相頻特性：</p><p>　　頻率為10Hz的周期性方波的幅頻特性和相頻特性：</

13、p><p><b>　　5）</b></p><p>　　頻譜混疊：一個信號的最高頻率比如是fmax,那它的頻譜就是在-fmax~fmax之間有值。對這個信號進行時域采樣(就是取離散的點)，設采樣率為fs。有一個定理：對信號進行時域fs的采樣，信號的頻譜就會在頻域以fs為周期重復。那么如果fs>=2fmax,可想而知，頻域?qū)挾葹閒s的頻帶內(nèi)，是可以放得下一整個完整的

14、頻譜的，所以不會混疊。如果fs<2fmax,頻域每間隔fs就會出現(xiàn)一個頻譜，必定會有相鄰的頻譜疊在一起的情況，就是混疊。</p><p>　　頻譜泄露：對于頻率為fs的正弦序列，它的頻譜應該只是在fs處有離散譜。但是，在利用DFT求它的頻譜做了截短，結果使信號的頻譜不只是在fs處有離散譜，而是在以fs為中心的頻帶范圍內(nèi)都有譜線出現(xiàn)，它們可以理解為是從fs頻率上“泄露”出去的，這種現(xiàn)象稱 為頻譜“泄露”。&l

15、t;/p><p>　　整周泣截?。号c周期函數(shù)一樣，周期信號是每隔時間T以后，信號重復出現(xiàn)。T就稱為信號的周期。</p><p><b>　　N取100時：</b></p><p><b>　　N取200時：</b></p><p><b>　?。ǘ?lt;/b></p>

16、<p>　　1）Hanning信號的時域與頻域特性：</p><p>　　2）已調(diào)信號的時域與頻域特性：</p><p>　　3）系統(tǒng)的單位脈沖響應：</p><p>　　4）接收信號的頻譜：</p><p>　　5）（設計帶通濾波器）從接收信號中還原出三個已調(diào)信號：</p><p><b>　　

17、（三）：</b></p><p>　　1）讀入一幅彩色圖像：</p><p>　　2）將彩色圖像進行三原色分解，分解出R、G、B分量，并用圖像顯示出來：</p><p>　　3）將彩色圖像灰度化，轉(zhuǎn)換為灰度圖像并顯示：</p><p>　　4）對灰度圖像用幾種典型的邊緣檢測算子進行邊緣檢測，顯示檢測出的邊緣：</p>

18、<p><b>　　四、源程序：</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?lt;/b></p><p><b>　　1）：</b></p><p><b>　　周期性正弦波：</b></p><p><b>　　fs=10;</

19、b></p><p>　　w=2*pi*fs;</p><p>　　t=0:0.01:2;</p><p>　　y=sin(w*t);</p><p>　　plot(t,y);grid on;</p><p>　　axis([0 2 -2 2]);</p><p>　　title('

20、;正弦信號');</p><p><b>　　周期性三角波：</b></p><p>　　t=-0.3:0.01:0.3;</p><p>　　y=sawtooth(10*pi*t,0.5);</p><p>　　plot(t,y);grid on;</p><p>　　axis([-0.

21、3 0.3 -1.5 1.5]);</p><p>　　title('三角波信號')</p><p><b>　　周期性方波：</b></p><p>　　t=0:0.001:0.5;</p><p>　　y=square(2*pi*10*t,50);</p><p>　　plot

22、(t,y);grid on;</p><p>　　axis([0 0.5 -1.5 1.5]);</p><p>　　title('周期方波信號')</p><p><b>　　4）：</b></p><p><b>　　周期性正弦波：</b></p><p>

23、;　　t=0:0.001:0.999;</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　a=sin(20*pi*t);</p><p>　　plot(t,a);grid on;title('sin20pi*t');xlabel('T');</p><p><b>　　b=fft(a)

24、;</b></p><p>　　subplot(312);</p><p>　　stem(t*1000,abs(b)/1000,'fill');xlabel('Hz');</p><p>　　axis([-10 50 0 0.5]);</p><p>　　grid on;title('幅頻特

25、性')</p><p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(t*1000,angle(b)/1000,'fill');xlabel('Hz');</p><p>　　axis([0 100 -0.004 0.004])</p><p>　　grid on;title('相

26、頻特性')</p><p><b>　　周期性三角波：</b></p><p>　　t=-0.3:0.01:0.3;</p><p>　　a=sawtooth(10*pi*t,0.5);</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　plot(t,a);grid on;

27、</p><p>　　axis([-0.3 0.3 -1.5 1.5]);</p><p>　　title('三角波信號')</p><p><b>　　b=fft(a);</b></p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t*100,abs(b)

28、/100,'fill');</p><p>　　axis([0 50 0 0.5]);</p><p>　　grid on;title('幅頻特性')</p><p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(t*100,angle(b)/100,'fill');</p&

29、gt;<p>　　axis([0 25 -0.04 0.04]);</p><p>　　grid on;title('相頻特性')</p><p><b>　　周期性方波：</b></p><p>　　t=0:0.001:0.5;</p><p>　　a=square(2*pi*10*t,5

30、0);</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　plot(t,a);grid on;</p><p>　　axis([0 0.5 -1.5 1.5]);</p><p>　　title('周期方波信號')</p><p><b>　　b=fft(a);</b&g

31、t;</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t*100,abs(b)/100,'fill');</p><p>　　axis([0 50 0 4]);</p><p>　　grid on;title('幅頻特性')</p><p>　　subplot

32、(313)</p><p>　　stem(t*100,angle(b)/100,'fill');</p><p>　　axis([0 5 -0.04 0.04]);</p><p>　　grid on;title('相頻特性')</p><p><b>　　5）：</b></p>

33、;<p>　　N=100（或：N=200）;</p><p><b>　　T=1;</b></p><p>　　t=linspace(0,T,N);</p><p>　　x=sin(2*pi*10*t);</p><p>　　dt=t(2)-t(1);</p><p><b&g

34、t;　　f=1/dt;</b></p><p><b>　　X=fft(x);</b></p><p>　　F=X(1:N/2+1);</p><p>　　f=f*(0:N/2)/N;</p><p>　　subplot(2,1,1)</p><p><b>　　plot(t

35、,x)</b></p><p>　　title('x=sin(2*pi*50*t)')</p><p>　　xlabel('t')</p><p>　　ylabel('Amplitude')</p><p>　　axis([0,1,-1,1]);</p><p&g

36、t;　　subplot(2,1,2)</p><p>　　plot(f,abs(F))</p><p>　　xlabel('Frequency');</p><p>　　ylabel('|X(e^{jw})|')</p><p><b>　?。ǘ?lt;/b></p><

37、p><b>　　1）：</b></p><p><b>　　N=100;</b></p><p><b>　　n=0:99;</b></p><p>　　Rn=[ones(1,N-1) zeros(1, 101-N)];</p><p>　　pn=0.5*[1-cos((

38、2*pi*n)/(N-1))].*Rn;</p><p>　　subplot(211);</p><p>　　stem(n,pn);</p><p>　　title('漢寧信號');</p><p>　　[H,w]=freqz(pn,1,200);</p><p>　　magH=abs(H);</

39、p><p>　　length(w);</p><p>　　length(H);</p><p>　　magHdB=20*log10(magH);</p><p>　　subplot(212);</p><p>　　plot(w/pi,magHdB);</p><p><b>　　2）：&l

40、t;/b></p><p><b>　　N=100;</b></p><p><b>　　n=0:99;</b></p><p>　　Rn=[ones(1,N-1) zeros(1,101-N)];</p><p>　　pn=0.5*[1-cos((2*pi*n)/(N-1))].*Rn;&l

41、t;/p><p>　　sn=2*pn.*(cos(pi*n/4)+4*pn.*cos(pi*n/2)+6*pn.*cos(3*pi*n/4));</p><p>　　subplot(211);</p><p>　　stem(n,sn);</p><p>　　title('已調(diào)信號');</p><p>　　

42、[H,w]=freqz(sn,1,200);</p><p>　　magH=abs(H);</p><p>　　length(w);</p><p>　　length(H);</p><p>　　magHdB=20*log10(magH);</p><p>　　subplot(212);</p><

43、p>　　plot(w/pi,magHdB);</p><p><b>　　3）：</b></p><p>　　a=[1 -1.1172 0.9842 -0.4022 0.2247];</p><p>　　b=[0.2247 -0.4022 0.9842 -1.1172 1];</p><p><b>　　

44、n=1:49;</b></p><p>　　hn=impz(b,a,n);</p><p>　　stem(n,hn,'k','f');</p><p>　　ylabel('脈沖響應 ¨h(n)');</p><p>　　xlabel('序號（n）');<

45、;/p><p>　　title('單位脈沖響應');</p><p><b>　　4）：</b></p><p>　　a=[1 -1.1172 0.9842 -0.4022 0.2247];</p><p>　　b=[0.2247 -0.4022 0.9842 -1.1172 1];</p>&

46、lt;p>　　k=0:0.1:100;</p><p>　　p=0.5-0.5*cos(2*pi*k./74);</p><p>　　s=p.*(cos(pi*k/4)+2*cos(pi*k/2)+3*cos(3*pi*k/4));</p><p>　　y=filter(b,a,s);</p><p>　　z1=fft(y,256);&

47、lt;/p><p>　　plot([-128:127],fftshift(abs(z1)));axis([-30 30 0 120]);grid on;</p><p><b>　　5）：</b></p><p><b>　　wp=200;</b></p><p><b>　　ws=200;&

48、lt;/b></p><p>　　wp1=[0.2,0.3];</p><p>　　ws1=[0.1,0.4];</p><p>　　wp2=[0.4,0.6];</p><p>　　ws2=[0.3,0.7];</p><p>　　wp3=[0.7,0.8];</p><p>　　ws3

49、=[0.6,0.9];</p><p><b>　　ap=1;</b></p><p><b>　　as=20;</b></p><p><b>　　N=100;</b></p><p><b>　　n=0:99;</b></p><p

50、>　　Rn=[ones(1,N-1) zeros(1,101-N)];</p><p>　　pn=0.5*[1-cos((2*pi*n)/(N-1))].*Rn;</p><p>　　sn=2*pn.*(cos(pi*n/4)+4*pn.*cos(pi*n/2)+6*pn.*cos(3*pi*n/4));</p><p>　　a=[1 -1.1172 0.98

51、41 -0.4022 0.2277]; </p><p>　　b=[0.2277 -0.4022 0.9841 -1.1172 1]; </p><p>　　yn=filter(b,a,sn);</p><p>　　[n,wc]=cheb1ord(wp,ws,ap,as);</p><p>　　[bz,az]=cheby1(n,ap,wc)

52、;</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　bz1=bz;az1=az;</p><p>　　x1=filter(bz1,az1,yn);</p><p><b>　　plot(x1);</b></p><p>　　subplot(312)</p><

53、p>　　bz2=bz;az2=az;</p><p>　　x2=filter(bz2,az2,yn);</p><p><b>　　plot(x2);</b></p><p>　　subplot(313)</p><p>　　bz3=bz;az3=az;</p><p>　　x3=filte

54、r(bz3,az3,yn);</p><p><b>　　plot(x3)</b></p><p><b>　　（三）：</b></p><p><b>　　1）：</b></p><p><b>　　clc;</b></p><p&g

55、t;　　a=imread('F:\星空.jpg');</p><p>　　imshow(a),title('原彩色圖像');</p><p><b>　　2）：</b></p><p><b>　　clc;</b></p><p>　　a=imread('F:

56、\星空.jpg');</p><p>　　subplot(3,2,1),imshow(a),title('原彩色圖像');</p><p>　　ar=a(:,:,1);</p><p>　　ag=a(:,:,2);</p><p>　　ab=a(:,:,3);</p><p>　　subplot

57、(3,2,4),imshow(ar),title('R');</p><p>　　subplot(3,2,5),imshow(ag),title('G');</p><p>　　subplot(3,2,6),imshow(ab),title('B');</p><p><b>　　3）：</b>&

58、lt;/p><p><b>　　clc;</b></p><p>　　a=imread('F:\星空.jpg');</p><p>　　subplot(2,1,1),imshow(a),title('原彩色圖像');</p><p>　　b=rgb2gray(a);</p>&l

59、t;p>　　subplot(2,1,2),imshow(b),title('灰度圖像');</p><p><b>　　4）：</b></p><p>　　a=imread('F:\星空.jpg');</p><p>　　b=rgb2gray(a);</p><p>　　b1=edg

60、e(b,'sobel');</p><p>　　b2=edge(b,'prewitt');</p><p>　　b3=edge(b,'roberts');</p><p>　　b4=edge(b,'log');</p><p>　　b5=edge(b,'canny'

61、;);</p><p>　　subplot(3,2,1);imshow(b);title('灰度圖像');</p><p>　　subplot(3,2,2);imshow(b1);title('Sobel邊緣檢測');</p><p>　　subplot(3,2,3);imshow(b2);title('Prewitt邊緣檢測

62、');</p><p>　　subplot(3,2,4);imshow(b1);title('Roberts邊緣檢測');</p><p>　　subplot(3,2,5);imshow(b1);title('LoG邊緣檢測');</p><p>　　subplot(3,2,6);imshow(b1);title('C

63、anny邊緣檢測');</p><p>　　五、總結與心得體會：</p><p>　　在課程設計的這段時間，我獲益匪淺，不但進一步掌握了數(shù)字信號處理的基礎知識及MATLAB的基本操作，還詳細了解并掌握了信號的產(chǎn)生、采樣及頻譜分析的方法。我進一步了解到凡事都需要耐心，細心仔細是成功的重要保證之一。雖然在做的過程中遇到了一些問題，但是在研究生學姐、班級同學的幫助以及自己的努力下，問題最

64、終都得以解決。這次課程設計對我各方面的能力有了很大的提高，對我以后的工作、實踐都有很大的幫助。</p><p>　　在此次課程設計當中，我經(jīng)常把C語言的語法知識照搬到MATALAB設計中，從而導致調(diào)試失敗，所以下次用此類語言做課程設計時，應事先學習下這類語言的基本語法，以免與其他語言相混淆。還有就是有些不定參數(shù)存在時，可先取定值，用于調(diào)試，這樣可以節(jié)約調(diào)試時間，從而提高效率。</p><p&g

65、t;　　本次課程設計不但讓我又學到了一些知識，而且也提高了我的綜合能力，使我在各個方面都得到了鍛煉。以后有這樣的機會一定會更加的很好利用，它不僅可以提高學習的針對性而且可以很好的鍛煉動手能力以及自己的邏輯設計能力和處理問題的能力，希望在以后的學習生活中會有更多的機會來加強這方面的能力。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]