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第一部分 基础实验 3

Laboratory 1 Generate and Plot Basic Digital Signals with MATLAB 3

1.1 Overview and goal 3

1.2 Pre-knowledge 3

1.2.1 Basic knowledge about MATLAB 3

1.2.2 Unit impulse sequence 6

1.2.3 Unit step sequence 6

1.2.4 Exponential sequences 7

1.2.5 Sinusoidal sequences 7

1.3 Using the MATLAB command 8

1.4 Experiments 10

1.4.1 Unit impulse sequence and unit step sequence 10

1.4.2 Exponential sequences 11

1.4.3 Sinusoidal sequence 12

1.4.4 Questions 12

Laboratory 2 Time Domain Representations of LTI Discrete-time System 14

2.1 Overview and goal 14

2.2 Pre-knowledge 14

2.2.1 Unit impulse and unit step responses to a LTI digital system 14

2.2.2 The response y [ n ] of LTI discrete-time system to an arbitrary input x[n] 14

2.2.3 The finite impulse response and the infinite impulse response systems 15

2.3 Using the MATLAB command 16

2.4 Experiments 16

2.4.1 Calculating the impulse response to a linear time-invariant discrete time system 16

2.4.2 Convolution 17

2.4.3 The interpretation of the concept of filtering 18

2.4.4 Questions 19

Laboratory 3 Transform Domain Representations of Digital Signals 20

3.1 Overview and goal 20

3.2 Pre-knowledge 20

3.2.1 Definition of discrete time Fourier transform 20

3.2.2 Definition of discrete Fourier transform 21

3.3 Using the MATLAB command 21

3.4 Experiments 22

3.4.1 Calculating the discrete time Fourier transform 22

3.4.2 Calculating the discrete Fourier transform 23

3.4.3 Questions 24

Laboratory 4 Transform Domain Representations of LTI Discrete Time System 25

4.1 Overview and goal 25

4.2 Pre-knowledge 25

4.2.1 Z transform 25

4.2.2 The input and output relationship of a digital system in different domains 25

4.2.3 Transfer function and system function 26

4.2.4 Zeros and poles of a digital system 27

4.3 Using the MATLAB command 27

4.4 Experiments 28

4.4.1 Frequency response of a digital system 28

4.4.2 Questions 29

Laboratory 5 Implementation of Digital Filters 31

5.1 Overview and goal 31

5.2 Pre-knowledge 31

5.2.1 Basis of digital filters 31

5.2.2 IIR filter design 32

5.2.3 FIR filter design 34

5.3 Using the MATLAB command 35

5.3.1 MATLAB commands for estimating order to a filter 35

5.3.2 MATLAB commands for design an IIR filter 36

5.3.3 MATLAB commands for produce a length-L window 36

5.3.4 MATLAB commands for design a FIR filter 37

5.4 Experiments 37

5.4.1 Design butterworth IIR filters 37

5.4.2 Design FIR filter based on Blackman window 39

5.4.3 Questions 39

Laboratory 6 Filtering Digital Signals 41

6.1 Overview and goal 41

6.2 Pre-knowledge 41

6.2.1 MATLAB implement of discrete time linear time-invariance systems 41

6.2.2 Properties of discrete-time linear time-invariance systems 43

6.2.3 Data preparation for laboratory 44

6.3 Experiments 47

6.3.1 Pre-experiment study 47

6.3.2 The design of cascade systems 49

6.3.3 Study the first-difference system 50

6.3.4 Study five-point moving averager 50

6.3.5 Study cascade system 1 52

6.3.6 Study cascade system 2 52

6.3.7 Comparisons of the two cascade systems 54

6.3.8 Filtering the audio signal with hl 55

6.3.9 Filtering the audio signal with h2 56

6.3.10 Listen to and discuss effect of filtering the audio signal 57

第二部分 专题实验 61

实验7取样与恢复 61

7.1 频谱混叠研究 61

7.1.1 基本原理 61

7.1.2 实验内容 61

7.1.3 实验报告要求 66

7.2 非有限时长信号取样 66

7.2.1 基本原理 66

7.2.2 实验内容 67

7.2.3 实验报告要求 70

7.3 理想采样、平顶采样、自然采样对原信号频谱的影响 70

7.3.1 基本原理 70

7.3.2 实验内容 71

7.3.3 实验报告要求 74

实验8离散时间系统与卷积 75

8.1 线性卷积运算 75

8.1.1 基本原理 75

8.1.2 实验内容 77

8.1.3 实验报告要求 79

8.2 滤波的思想实现卷积 79

8.2.1 基本原理 79

8.2.2 实验内容 80

8.2.3 实验报告要求 82

8.3 圆周卷积 82

8.3.1 基本原理 82

8.3.2 实验内容 85

8.3.3 实验报告要求 87

8.4 分段卷积 87

8.4.1 基本原理 87

8.4.2 实验内容 89

8.4.3 实验报告要求 90

8.5 卷积的应用 90

8.5.1 基本原理 90

8.5.2 实验内容 90

8.5.3 实验报告要求 91

实验9系统函数与Z变换 92

9.1 数字系统的系统函数研究 92

9.1.1 基本原理 92

9.1.2 实验内容 93

9.1.3 实验报告要求 95

9.2 数字周期波形发生器 95

9.2.1 基本原理 95

9.2.2 实验内容 96

9.2.3 实验报告要求 98

9.3 求解数字系统时域输入输出差分方程 100

9.3.1 基本原理 100

9.3.2 实验内容 101

9.3.3 实验报告要求 103

实验10 DFT/FFT 105

10.1 矩形窗和汉明窗 105

10.1.1 窗函数基础知识 105

10.1.2 实验内容 116

10.1.3 实验报告要求 116

10.2 DTMF信号分析 116

10.2.1 DTMF信号基本概念 116

10.2.2 实验内容 118

10.2.3 实验报告要求 122

10.3 DFT/FFT在频谱分析中的应用 122

10.3.1 基础知识 122

10.3.2 实验内容 126

10.3.3 实验报告要求 127

实验11数字滤波器的实现 128

11.1 滤波器设计的基础知识 128

11.2 IIR滤波器系统函数、I/O差分方程和实现结构 130

11.2.1 基础理论 130

11.2.2 直接型和级联型滤波器系统函数间的互相转换 132

11.2.3 无限单位取样脉冲响应滤波器设计 138

11.2.4 实验内容 140

11.2.5 实验报告要求 142

11.3 FIR滤波器的设计 143

11.3.1 FIR滤波器基本特性 143

11.3.2 FIR滤波器设计方法介绍 145

11.3.3 窗函数法设计步骤 146

11.3.4 利用firl和fir2函数进行有限单位取样脉冲响应滤波器设计 149

11.3.5 实验内容 150

11.3.6 实验报告要求 155

实验12应用研究——数字音响 156

12.1 波形表数字振荡器 156

12.1.1 波形表数字振荡器基本原理 156

12.1.2 实验内容 166

12.1.3 实验报告要求 167

12.2 波形表法调幅和调频 168

12.2.1 波形表法实现调幅、调频的原理 169

12.2.2 基于波形表振荡器设计AM信号发生器 170

12.2.3 基于波形表振荡器设计FM信号发生器 173

12.2.4 实验内容 176

12.2.5 实验报告要求 177

12.3 序列延迟在数字音响合成中的应用 177

12.3.1 序列延迟产生简单音响效果的基本原理 178

12.3.2 实验内容 184

12.3.3 实验报告要求 187

12.4 数字反射器及其回响时间常数 187

12.4.1 反射及回响时间常数 187

12.4.2 简单的数字反射器 188

12.4.3 低通反射器 193

12.4.4 实验内容 197

12.4.5 实验报告要求 197

12.5 （反射）延迟单元 199

12.5.1 简单反射多重延迟原理 199

12.5.2 低通反射多重延迟原理 200

12.5.3 实验内容 201

12.5.4 实验报告要求 202

12.6 高阶多重延迟的音响效果 203

12.6.1 高阶多重延迟的结构原理 203

12.6.2 高阶多重延迟的实现例子 203

12.6.3 实验内容 206

12.6.4 实验报告要求、 207

12.7 压缩器和扩展器 208

12.7.1 压缩器和扩展器的基本原理 208

12.7.2 压缩器和扩展器的稳态输入输出关系 208

12.7.3 动态范围处理器的实现结构 209

12.7.4 实验内容 213

12.7.5 实验报告要求 213

实验13应用研究——数字图像处理 215

13.1 平滑滤波器 215

13.1.1 基本原理 215

13.1.2 实验内容 218

13.1.3 实验报告要求 219

13.2 锐化滤波器 221

13.2.1 基本原理 221

13.2.2 实验内容 223

13.2.3 实验报告要求 225

13.3 中值滤波器 226

13.3.1 基本原理 226

13.3.2 实验内容 228

13.3.3 实验报告要求 230

参考文献 232