數(shù)字信號處理(dsp)課程設(shè)計報告

1、<p>　　數(shù)字信號處理課程設(shè)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(shù),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(shè)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(shè)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(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾強、設(shè)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(shù)與設(shè)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(xué)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(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)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(shè)計目的： </p><p>　　1．全面復(fù)習(xí)課程所學(xué)理論知識，鞏固所學(xué)知識重點和難點，將理論與實踐很好地結(jié)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(xué)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(shè)計題目：</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?lt;/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(yīng)</p><p>　　4）分析接收信號的頻譜</p><p>　　5）設(shè)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>　　（三）：圖像信號相關(guān)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(jié)果分析（截圖）：</p><p><b>　　（一）：</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(fù)原信號）。題目中信號頻率為10Hz，則采樣頻率應(yīng)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(fù)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(shè)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(fù)。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(yīng)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(jié)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>　　整周泣截取：與周期函數(shù)一樣，周期信號是每隔時間T以后，信號重復(fù)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>　　（二）：</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(yīng)：</p><p>　　4）接收信號的頻譜：</p><p>　　5）（設(shè)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>　　（二）：</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(yīng) ¨h(n)');</p><p>　　xlabel('序號（n）');<

45、;/p><p>　　title('單位脈沖響應(yīng)');</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>　?。ㄈ?lt;/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(jié)與心得體會：</p><p>　　在課程設(shè)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(chǔ)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(xué)姐、班級同學(xué)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(shè)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(shè)計當(dāng)中，我經(jīng)常把C語言的語法知識照搬到MATALAB設(shè)計中，從而導(dǎo)致調(diào)試失敗，所以下次用此類語言做課程設(shè)計時，應(yīng)事先學(xué)習(xí)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(shè)計不但讓我又學(xué)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(xué)習(xí)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(shè)計能力和處理問題的能力，希望在以后的學(xué)習(xí)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]