數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-9

實(shí)驗(yàn)六數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室名稱：信息學(xué)院2204實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015年11月19日姓名：蔣逸恒學(xué)號(hào)：20131120038專業(yè)：通信工程指導(dǎo)教師：陶大鵬成績(jī)教師簽名：年月日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)組成，學(xué)會(huì)分析濾波器的結(jié)構(gòu)和作用。2、學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)，利用matlab實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)各種數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)，并能夠利用設(shè)計(jì)的濾波器處理輸入序列。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6.1使用程序P6.1，生成如下有限沖激響應(yīng)傳輸函數(shù)的一個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：畫出級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的框圖。是一個(gè)線性相位傳輸函數(shù)嗎？6.2使用程序P6.1，生成如下有限沖激響應(yīng)傳輸函數(shù)的一個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：畫出級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的框圖。是一個(gè)線性相位傳輸函數(shù)嗎？只用4個(gè)乘法器生成的一個(gè)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。顯示新的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的框圖。6.3使用程序P6.1生成如下因果無(wú)限沖激響應(yīng)傳輸函數(shù)的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：畫出級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的框圖。6.4使用程序P6.1生成如下因果無(wú)限沖激響應(yīng)傳輸函數(shù)的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：畫出級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的框圖。6.7

使用程序P4.4生成如下全通傳輸函數(shù)的級(jí)聯(lián)格型實(shí)現(xiàn)：是一個(gè)穩(wěn)定的傳輸函數(shù)嗎？三、實(shí)驗(yàn)器材及軟件1.微型計(jì)算機(jī)1臺(tái)MATLAB7.0軟件實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字濾波器由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置。數(shù)字濾波器的功能是對(duì)輸入離散信號(hào)的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的。數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)濾波的方法是：用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理就是按照預(yù)先編制的程序進(jìn)行計(jì)算，它的核心是數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時(shí)不變的或時(shí)變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應(yīng)用最廣的是線性、時(shí)不變數(shù)字濾波器，以及FIR濾波器。如果數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)只有有限個(gè)非零值，稱為有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器。如果單位沖激響應(yīng)具有無(wú)限多個(gè)非零值，稱為無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器。有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器一般采取非遞歸型算法結(jié)構(gòu)，因此也稱非遞歸型數(shù)字濾波器。無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器只能采取遞歸型算法結(jié)構(gòu)，故又稱遞歸型數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)是先獲得需要的濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即沖擊響應(yīng)的頻域表示。通過該系統(tǒng)函數(shù)來(lái)畫出傳輸系統(tǒng)的框圖，最后將系統(tǒng)函數(shù)封裝成計(jì)算機(jī)程序，通過輸入信號(hào)，離散化之后便可以輸入該程序得到輸出結(jié)果，其結(jié)果就是輸出信號(hào)。實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)，首先必須熟悉matlab的運(yùn)用，所以第一步是學(xué)會(huì)使用matlab。學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)《數(shù)字信號(hào)處理》課程的學(xué)習(xí)理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目的。在充分熟悉基礎(chǔ)知識(shí)的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)題目要求的數(shù)字濾波器，畫出其框圖。從產(chǎn)生的圖形中學(xué)習(xí)新的知識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)的目的，充分學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的運(yùn)用。分析數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)。最后設(shè)計(jì)自己的濾波器并能夠通過matlab實(shí)現(xiàn)濾波器，輸入序列可達(dá)到預(yù)期濾波效果。實(shí)驗(yàn)記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序等）6.1輸入：num=input('分子系數(shù)向量=');den=input('分母系數(shù)向量=');[z,p,k]=tf2zp(num,den);sos=zp2sos(z,p,k)分子系數(shù)向量=[210233431164]分母系數(shù)向量=[1000000]輸出：sos=2.00006.00004.00001.0000001.00001.00002.00001.0000001.00001.00000.50001.000000級(jí)聯(lián)框圖：H1(z)不是線性相位的傳輸函數(shù)，因?yàn)镠1(z)的逆變換得到的該系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)不是對(duì)稱或反對(duì)稱的。6.2輸入：num=input('分子系數(shù)向量=');den=input('分母系數(shù)向量=');[z,p,k]=tf2zp(num,den);sos=zp2sos(z,p,k)輸出：分子系數(shù)向量=[6317410274316]分母系數(shù)向量=[1000000]sos=6.000015.00006.00001.0000001.00002.00003.00001.0000001.00000.66670.33331.000000級(jí)聯(lián)框圖：4個(gè)乘法器的級(jí)聯(lián)框圖：H2(z)是線性相位的傳輸函數(shù)，因?yàn)镠1(z)的逆變換得到的該系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)是對(duì)稱的。6.3輸入：num=input('分子系數(shù)向量=');den=input('分母系數(shù)向量=');[z,p,k]=tf2zp(num,den);sos=zp2sos(z,p,k)輸出：分子系數(shù)向量=[381272-2]分母系數(shù)向量=[1624241451]sos=0.1875-0.062501.00000.500001.00002.00002.00001.00000.50000.25001.00001.00001.00001.00000.50000.5000由sos輸出可知，通過無(wú)限沖擊響應(yīng)的框圖實(shí)現(xiàn)配合級(jí)聯(lián)便可實(shí)現(xiàn)H（z）的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：6.4輸入：num=input('分子系數(shù)向量=');den=input('分母系數(shù)向量=');[z,p,k]=tf2zp(num,den);sos=zp2sos(z,p,k)輸出：分子系數(shù)向量=[210233431164]分母系數(shù)向量=[367887592671]sos=0.05560.16670.11111.00000.50000.25001.00001.00002.00001.00000.66670.33331.00001.00000.50001.00001.00000.3333由sos輸出可知，通過無(wú)限沖擊響應(yīng)的框圖實(shí)現(xiàn)配合級(jí)聯(lián)便可實(shí)現(xiàn)H（z）的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)：6.7輸入：clf;den=input('分母系數(shù)=');ki=poly2rc(den);disp('穩(wěn)定性測(cè)試參數(shù)');disp(ki);輸出：分母系數(shù)=[1624241451]穩(wěn)定性測(cè)試參數(shù)0.62460.68370.48110.21960.0625級(jí)聯(lián)格型框圖的實(shí)現(xiàn)：因?yàn)榉€(wěn)定測(cè)試參數(shù)都是小于1的數(shù)，說(shuō)明該系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即該傳輸函數(shù)是一個(gè)穩(wěn)定的傳輸函數(shù)。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論課程上面的學(xué)習(xí)是完全一樣的，這里，我們很好的通過實(shí)踐檢驗(yàn)了真理。對(duì)于6.1；6.2的數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)函數(shù)，該系統(tǒng)函數(shù)不是分?jǐn)?shù)結(jié)構(gòu)，這是有限沖擊響應(yīng)的傳輸函數(shù)，一般采取非遞歸型算法結(jié)構(gòu)，因此也稱非遞歸型數(shù)字濾波器。對(duì)于6.3；6.4的數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)是最稍微復(fù)雜的系統(tǒng)函數(shù)，該系統(tǒng)函數(shù)是分?jǐn)?shù)結(jié)構(gòu)，這是無(wú)限沖擊響應(yīng)的傳輸函數(shù)，一般采取遞歸型算法結(jié)構(gòu)，因此也稱遞歸型數(shù)字濾波器。該濾波器結(jié)構(gòu)相對(duì)于上述的非遞歸型數(shù)字濾波器的不同在于：遞歸濾波器在此時(shí)刻的輸出不僅與輸入有關(guān)，還與前幾個(gè)時(shí)刻的輸出有關(guān)；而非遞歸型數(shù)字濾波器的輸出至于輸入有關(guān)，與輸出前面的時(shí)刻無(wú)關(guān)。即遞歸數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)中有反饋，而非遞歸數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)中沒有反饋。對(duì)于遞歸性的數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)是通過無(wú)限沖擊響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相互級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從結(jié)構(gòu)框圖中也可以直接看出無(wú)限沖擊響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是在有限沖擊響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上變換而來(lái)的，實(shí)際上有限沖擊響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)是無(wú)限沖擊響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中反饋為0的特殊情況。對(duì)于