数字信号处理实验教程

第一部分 基础实验

Laboratory 1 Generate and Plot Basic Digital Signals with MATLAB

1．1 Overview and goal

1．2 Pre-knowledge

1．2．1 Basic knowledge about MATLAB

1．2．2 Unit impulse sequence

1．2．3 Unit step sequence

1．2．4 Exponential sequences

1．2．5 Sinusoidal sequences

1．3 Using the MATLAB command

1．4 Experiments

1．4．1 Unit impulse sequence and unit step sequence

1．4．2 Exponential sequences

1．4．3 Sinusoidal sequence

1．4．4 Questions

Laboratory 2 Time Domain Representations of LTI Discretetime System

2．1 Overview and goal

2．2．1 Unit impulse and unit step responses to a LTI digital system

2．2．2 The response y（n） of LTI discrete-time system to an arbitrary input x（n）

2．2．3 The finite impulse response and the infinite impulse response systems

2．3 Using the MATLAB command

2．4 Experiments

2．4．1 Calculating the impulse response to a linear time-invariant discrete time system

2．4．2 Convolution

2．4．3 The interpretation of the concept of filtering

2．4．4 Questions

Laboratory 3 Transform Domain Representations of Digital Signals

3．1 Overview and goal

3．2 Pre-knowledge

3．2．1 Definition of discrete time Fourier transform

3．2．2 Definition of discrete Fourier transform

3．3 Using the MATLAB command

3．4 Experiments

3．4．1 Calculating the discrete time Fourier transform

3．4．2 Calculating the discrete Fourier transform

3．4．3 Questions

Laboratory 4 Transform Domain Representations of LTI Discrete Time System

4．1 Overwew and goal

4．2 Pre-knowledge

4．2．1 Z transform

4．2．2 The input and output relationship of a digital system in different domains

4．2．3 Transfer function and system function

4．2．4 Zeros and poles of a digital system

4．3 Using the MATLAB command

4．4 Experiments

4．4．1 Frequency response of a digital system

Laboratory 5 Implementation of Digital Filters

5．1 Overview and goal

5．2 Pre-knowledge

5．2．1 Basis of digital filters

5．2．2 IIR filter design

5．2．3 FIR filter design

5．3 Using the MATLAB command

5．3．1 MATLAB commands for estimating order to a filter

5．3．2 MATLAB commands for design an IIR filter

5．3．3 MATLAB commands for produce a length-L window

5．3．4 MATLAB commands for design a FIR filter

5．4 Experiments

5．4．1 Design butterworth IIR filters

5．4．2 Design FIR filter based on Blackman window

5．4．3 Questions

Laboratory 6 Filtering Digital Signals

6．1 Overview and goal

6．2 Pre-knowledge

6．2．1 MATLAB implement of discrete time linear time invariance systems

6．2．2 Properties of discrete-time linear time-invariance systems

6．2．3 Data preparation for laboratory

6．3 Experiments

6．3．1 Pre-experiment study

6．3．2 The design of cascade systems

6．3．3 Study the first-difference system

6．3．4 Study five-point moving averager

6．3．5 Study cascade system 1

6．3．6 Study cascade system 2

6．3．7 Comparisons of the two cascade systems

6．3．8 Filtering the audio signal with h1

6．3．9 Filtering the audio signal with h2

6．3．1 0 Listen to and discuss effect of filtering the audio signal

第二部分 专题实验

实验7 取样与恢复

7．1 频谱混叠研究

7．1．1 基本原理

7．1．2 实验内容

7．1．3 实验报告要求

7．2 非有限时长信号取样

7．2．1 基本原理

7．2．2 实验内容

7．2．3 实验报告要求

7．3 理想采样、平顶采样、自然采样对原信号频谱的影响

7．3．1 基本原理

7．3．2 实验内容

7．3．3 实验报告要求

实验8 离散时间系统与卷积

8．1 线性卷积运算

8．1．1 基本原理

8．1．2 实验内容

8．1．3 实验报告要求

8．2 滤波的思想实现卷积

8．2．1 基本原理

8．2．2 实验内容

8．2．3 实验报告要求

8．3 圆周卷积

8．3．1 基本原理

8．3．2 实验内容

8．3．3 实验报告要求

8．4 分段卷积

8．4．1 基本原理

8．4．2 实验内容

8．4．3 实验报告要求

8．5 卷积的应用

8．5．1 基本原理

8．5．2 实验内容

8．5．3 实验报告要求

实验9 系统函数与Z变换

9．1 数字系统的系统函数研究

9．1．1 基本原理

9．1．2 实验内容

9．1．3 实验报告要求

9．2 数字周期波形发生器

9．2．1 基本原理

9．2．2 实验内容

9．2．3 实验报告要求

9．3 求解数字系统时域输入输出差分方程

9．3．1 基本原理

9．3．2 实验内容

9．3．3 实验报告要求

实验10 DFT／FFT

10．1 矩形窗和汉明窗

10．1．1 窗函数基础知识

10．1．2 实验内容

10．1．3 实验报告要求

10．2 DTMF信号分析

10．2．1 DTMF信号基本概念

10．2．2 实验内容

10．2．3 实验报告要求

10．3 DFT／FFT在频谱分析中的应用

10．3．1 基础知识

10．3．2 实验内容

10．3．3 实验报告要求

实验11 数字滤波器的实现

11．1 滤波器设计的基础知识

11．2 IIR滤波器系统函数、I／O差分方程和实现结构

11．2．1 基础理论

11．2．2 直接型和级联型滤波器系统函数间的互相转换

11．2．3 无限单位取样脉冲响应滤波器设计

11．2．4 实验内容

11．2．5 实验报告要求

11．3 FIR滤波器的设计

11．3．1 FIR滤波器基本特性

11．3．2 FIR滤波器设计方法介绍

11．3．3 窗函数法设计步骤

11．3．4 利用fir1和fir2函数进行有限单位取样脉冲响应 滤波器设计

11．3．5 实验内容

11．3．6 实验报告要求

实验12 应用研究——数字音响

12．1 波形表数字振荡器

12．1．1 波形表数字振荡器基本原理

12．1．2 实验内容

12．1．3 实验报告要求

12．2 波形表法调幅和调频

12．2．1 波形表法实现调幅、调频的原理

12．2．2 基于波形表振荡器设计AM信号发生器

12．2．3 基于波形表振荡器设计FM信号发生器

12．2．4 实验内容

12．2．5 实验报告要求

12．3 序列延迟在数字音响合成中的应用

12．3．1 序列延迟产生简单音响效果的基本原理

12．3．2 实验内容

12．3．3 实验报告要求

12．4 数字反射器及其回响时间常数

12．4．1 反射及回响时间常数

12．4．2 简单的数字反射器

12．4．3 低通反射器

12．4．4 实验内容

12．4．5 实验报告要求

12．5 （反射）延迟单元

12．5．1 简单反射多重延迟原理

12．5．2 低通反射多重延迟原理

12．5．3 实验内容

12．5．4 实验报告要求

12．6 高阶多重延迟的音响效果

12．6．1 高阶多重延迟的结构原理

12．6．2 高阶多重延迟的实现例子

12．6．3 实验内容

12．6．4 实验报告要求

12．7 压缩器和扩展器

12．7．1 压缩器和扩展器的基本原理

12．7．2 压缩器和扩展器的稳态输入输出关系

12．7．3 动态范围处理器的实现结构

12．7．4 实验内容

12．7．5 实验报告要求

实验13 应用研究——数字图像处理

13．1 平滑滤波器

13．1．1 基本原理

13．1．2 实验内容

13．1．3 实验报告要求

13．2 锐化滤波器

13．2．1 基本原理

13．2．2 实验内容

本书针对工程应用型本科专业的实验教学特点，注重数字信号处理的基本理论、基本算法的MATLAB实现，倡导有条件的双语教学、践行个性化的分层教学新理念。通过典型的实例MATLAB程序帮助读者理解和掌握基础理论的基本应用，激发学生的自主学习兴趣。本书第一部分（实验1～实验6）为基础实验，侧重基本MATLAB语言介绍、基本信号概念和系统原理，是用英文撰写的。由于课程教材一般为中文，实践环节的这种安排既能保证学生对基本概念和基础理论算法的理解掌握，又培养了学生的英文应用能力。第二部分（实验7～实验13）为专题实验，是用中文撰写的。专题实验内容循序渐进，通过各专题的相关子课题，引导有兴趣的学生进行综合性、设计性实验研究。根据实验教学要求可对两部分实验内容进行选择，作为必做实验或课外拓展综合设计选做实验。本书也可作为通信、电子信息、计算机应用技术等相关专业本科生实验教学用书或者作为从事数字信号处理工作的工程技术人员的参考书。

针对工程应用型本科专业的教学特点，注重数字信号分析和数字处理系统的基本原理验证和算法综合实现；实验均在通用计算机平台上，用MATLAB语言编程实现；为课程实践环节尝试双语教学提供了参考教材；便于践行个性化、分层教学的新理念。