数字信号处理实验教程

第1部分 基础实验

Laboratory 1 Basic Knowledge About MATLAB

1.1 Introduction

1.2 Pre-knowledge

1.2.1 What Is MATLAB

1.2.2 Starting and Quitting MATLAB

1.2.3 MATLAB Command Window

1.2.4 MATLAB Operators

1.2.5 Variables，Arrays and Matrices

1.2.6 Graphics

1.2.7 Loops

1.2.8 Vectorization

1.2.9 Programming in MATLAB

1.2.10 MATLAB Demos

1.2.11 Complex Numbers in MATLAB

1.2.12 Complex Exponential Signals

1.2.13 Harmonic Sinusoids

1.3 Exercises

1.3.1 Exercises on Complex Numbers

1.3.2 Exercises on Arrays

1.3.3 Operating Sinusoids with MATLAB

1.3.4 Representation of Sinusoids with Complex Exponentials

1.3.5 Verify Addition of Sinusoids Using Complex Exponentials

1.3.6 Sinusoidal Synthesis with a Function

1.3.7 Periodic Waveforms

Laboratory 2 AM And FM Synthesis With Sinusoidal Signals

2.1 Introduction

2.2 Pre-knowledge

2.2.1 Amplitude Modulation

2.2.2 Frequency Modulation

2.2.3 Synthesis of Sinusoidal Signals

2.2.4 Beat Notes

2.2.5 Chirp or Linearly Swept Frequency

2.2.6 Spectrograms

2.3 Laboratory A：Chirps and Note Beats

2.3.1 Synthesize a Chirp

2.3.2 Beat Notes

2.4 Laboratory B：FM Synthesis of Instrument Sounds

2.4.1 Generating the Bell Envelopes

2.4.2 Synthesis of the Bell

2.4.3 The Bell Sound

2.5 Exercises(0ptional)

Laboratory 3 FIR Filters And The Implementation In MATLAB

3.1 Introduction

3.2 Pre-knowledge

3.2.1 Types of Filters

3.2.2 Basis about FlR Filters

3.2.3 Some MATLAB Functions for FIR Filter Design

3.2.4 Frequency Response of FIR Filters

3.3 Laboratory

3.3.1 Frequency Response of the 4-Point Averager

3.3.2 Filtering Cosine Waves

3.3.3 First-Difference Filtering of Cosine Waves

3.3.4 Linear Time—invariance(LTI)Filters

3.3.5 Cascading Two Systems

Laboratory 4 Filtering Digital Signals

4.1 Introduction

4.2 Pre—knowledge

4.2.1 Properties of Discrete-Time Linear Time—Invariance Systems

4.2.2 Data Preparation for Laboratory

4.3 Laboratory A

4.3.1 The Design of Cascade Systems

4.3.2 Study the First-Difference System

4.3.3 Study 5-point Moving Averager

4.3.4 Study Cascade System 1

4.3.5 Study Cascade System 2

4.3.6 Quantitative Comparison of。Two Cascade Systems

4.4 Laboratory B

4.4.1 Filtering the Digital Signal with h1

4.4.2 Filtering the Digital Signal with h2

4.4.3 Listen to and Discuss Effect of Filtering the Audio Signal

第2部分 专题实验

实验5 取样与恢复

5.1 频谱混叠研究

5.1.1 基本原理

5.1.2 实验内容

5.2 非带限信号取样

5.2.1 基本原理

5.2.2 实验内容

5.3 理想采样、平顶采样、自然采样对信号频谱的影响

5.3.1 基本原理

5.3.2 实验内容

实验6 离散时间系统与卷积

6.1 线性卷积运算

6.1.1 基本原理

6.1.2 实验内容

6.2 滤波的思想实现卷积

6.2.1 基本原理

6.2.2 实验内容

6.3 圆周卷积

6.3.1 基本原理

6.3.2 实验内容

6.4 分段卷积

6.4.1 基本原理

6.4.2 实验内容

6.5 卷积的应用

6.5.1 基本原理

6.5.2 实验内容

实验7 系统函数与Z变换

7.1 系统函数研究

7.1.1 基本原理

7.1.2 实验内容

7.2 数字周期波形发生器

7.2.1 基本原理

7.2.2 实验内容

7.3 求解差分方程

7.3.1 基本原理

7.3.2 实验内容

实验8 DFT／FFT

8.1 矩形窗和汉明窗

8.1.1 窗函数基础知识

8.1.2 实验内容

8.1.3 实验报告要求

8.2 DTMF信号分析

8.2.1 DTMF信号基本概念

8.2.2 实验内容

8.2.3 实验报告要求

8.3 DFT／FFT在频谱分析中的应用

8.3.1 基础知识

8.3.2 实验内容

8.3.3 实验报告要求

实验9 数字滤波器的实现

9.1 概述

9.2 IIR滤波器系统函数、差分方程和实现结构

9.2.1 基础理论

9.2.2 函数实现直接型和级联型间的互相转换

9.2.3 实验内容

9.2.4 实验报告要求

9.3 FIR滤波器的设计

9.3.1 FIR滤波器基本特性

9.3.2 FIR滤波器设计方法介绍

9.3.3 窗函数设计步骤

9.3.4 实验内容

9.3.5 实验报告要求

实验10 应用研究——数字音响

10.1 波形表数字振荡器

10.1.1 波形表数字振荡器基本原理

10.1.2 实验内容

10.2 波形表法调幅和调频

10.2.1 波形表法实现调幅、调频的原理

10.2.2 基于波形表振荡器设计AM信号发生器

10.2.3 基于波形表振荡器设计FM信号发生器

10.2.4 实验内容

10.3 序列延迟在音响合成中的应用

10.3.1 序列延迟产生简单音响效果的基本原理

10.3.2 实验内容

10.3.3 实验报告要求

10.4 数字反射器及其回响时间常数

10.4.1 反射及回响时间常数

10.4.2 简单的数字反射器

10.4.3 低通反射器

10.4.4 实验内容

10.4.5 实验报告要求

10.5 (反射)延迟单元

10.5.1 简单反射多重延迟原理

10.5.2 低通反射多重延迟原理

10.5.3 实验内容

10.5.4 实验报告要求

10.6 高阶多重延迟的音响效果

10.6.1 高阶多重延迟的结构原理

10.6.2 高阶多重延迟的实现例子

10.6.3 实验内容

10.6.4 实验报告要求

10.7 压缩器和扩展器

10.7.1 压缩器和扩展器的基本原理

10.7.2 压缩器和扩展器的稳态输入输出关系

10.7.3 动态处理器的实现结构

10.7.4 实验内容

10.7.5 实验报告要求

实验11 应用研究——数字图像处理

11.1 平滑滤波器

11.1.1 原理

11.1.2 实验内容

11.1.3 实验程序

11.2 锐化滤波器

11.2.1 原理

11.2.2 实验内容

11.2.3 实验程序

11.3 中值滤波器

11.3.1 原理

11.3.2 实验内容

11.3.3 实验程序

参考文献

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、个性化的分层教学新理念。通过典型的MATLAB实例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1部分（实验1~实验4）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，用英文撰写。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，又培养了学生英文应用能力。第2部分（实验5~实验11）为专题实验，用中文撰写。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，也可作为从事数字信号处理工作的工程技术人员的参考书。

李莉主编的《数字信号处理实验教程》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。本书实验均是在通用计算机平台上，用MATLAB语言编程实现，同时为在课程实践环节尝试双语教学提供参考教材。本书采用便于实现个性化、分层教学的新理念。