数字信号处理中常用的matlab工具箱函数简

西藏科技 》 年 期 总第 期 信息技术 数字信号处理 中常用 的 工 具 箱函数简介 宁长春 陈天禄 索郎桑姆 胡海冰 厉海金 西藏大学理学院物理 系 , 西藏 拉萨 摘 要 本文就数字信号处理 中所涉及到的一些典型 工具箱函数进行 了简要的介绍 , 希望能 为专门从事数字信号处理的人士 , 在使用 这 门应用性工具方面 , 提供一些适 当的帮助 。 关键词 应用性工具 数字信号处理 工具箱函数 中图分类号 由 和 两词的前三个 字母组合而成 。 世纪 年代后期 , 时任美国墨西 哥大学计算机系主任的 教授出于减轻学 生编程负担的动机 , 为学生设计了一组调用 和 库程序的 “ 通俗易用 ” 的接 口 , 此 即用 编写的萌芽状态的 。 经几年的校 际流传 , 在 的推 动 下 , 由 、 、 合作 , 于 年成立 了 公司 , 并把 推向市场 。 从这时起 , 的内核采用 语言编写 , 而且除了原有的数值计算能力之外 , 还增 加了数据图视功能 。 以商品的形式出现后 的短短几年 , 就以其良好的开放性和运行的可靠性 , 使 原先控制领域里 的封闭式软件纷纷淘汰 , 而 改在 平台上重建 。 世纪 年代 , 已 经成为国际控制界公认的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 计算软件 , 而且在国际 上 多个数学科技应用软件中 , 在数值计算 方面独占鳌头 。 可是 自身很强的综合性 , 也导致了学习 或者应用 本身必须具有较大的知识跨度 。 比如较深的数学知识 , 较多 或者其他软件的知识 , 对计算机 色彩 系统教好 的认 识 等等 。 另 外 , 由于 还是一个藏量极为丰富的资源库 , 因此对于 大多数的用户个体来说 , 一定有部分的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 看起来是 “ 透明 ” 的 , 即用户能明白其中的全部细节 而有些内 容则表现为“ 灰色 ” , 即用户明白其机理但不懂具体的 执行细节 还有些 内容则 “ 全黑 ” , 即用户对它们完全 无知 。 所以在此意义上讲 , 对于任一专业领域来说 , 在 使用 的时候 , 也仅仅是涉及到 的冰 山一角 , 但是也就是这部分内容 , 就足以对他们构成严 重挑战 。 那么本文正是考虑到了 的这些特点 , 专 门针对数字信号处理这个领域 , 对于数字信号处理所 最常用的一些 工具箱函数进行了简要介绍 。 就数字信号处理和 两方面无法避开的问题 做了原理性的说明 。 尽量不牵扯到和这个领域无关的 知识 , 甚至有意避开和数字信号处理无关的 内容 。 旨在为从事数字信号处理工作和学习的人员在 最短的时间内 , 了解到在使用 这个应用性工 具去解决数字信号处理的问题时 , 最必要也最核心的 知识 。 最后 , 本文还列举了两个相关程序 , 对于文中所 提及到的函数的使用 , 做了一个示范 。 并收罗了和数 字信号处理紧密相关的 函数 , 以列表的形式 提出 , 想必一定会为相关人员提供恰当的帮助 。 数字信号处理中常用的 函数工具 箱介绍 功能 设计巴特沃思低通模拟滤波器 。 格式 , , , , , , 二 , 。 说明 调用参数 , 是数字低通滤波器的归 一化通带和阻带截频 。 , 为滤波器的通带和阻带 衰减 。 功能 求卷积 。 格式 二 说明 , 用于求矢量 , 和 的卷积 , 即 一 二 艺 二 一 , , ⋯ 。 功能 利用 滤波器或 滤波器对数据进行 滤波 。 , , 信息技术 西藏科技 》 年 期 总第 期 格式 【 , 汀 」 , , 二 , , , 说明 利用数字滤波器对数进行滤波 , 其实 现采用直接 型结构 , 因而适用于 和 两种滤 波器 。 滤波器的系统函数为 ⋯ 一 一 ⋯ 即滤 波 器 系 数 ⋯ 、 」, 二 〔。 , ⋯ 〕, 输人序列矢量为 。 这里的标准形式为 。 , 如果输入矢量为 时 , 尹 , 则 将自动进行归一化系数的操作 如 果 。 二 , 则给出出错信息 。 二 , , 利用给定系数矢量 和 对 中 的数据进行滤波 , 结果放人 矢量中 , 的长度取 , 。 二 , , 可以在 中指定 的初始状态 。 「, 」二 , , 除得到矢量 外 , 还得到 的最终状态矢量 。 功能 数字滤波器的频率相应 。 格式 〔 , , , 〕二 , , , , , , , , , 说明 用于计算数字滤波器 的频率响 应函数 ‘ 。 具有如下形式 一 一 ⋯ 一 ⋯ , ⋯ 、 〕, ⋯ 、 」分别 表示分母多项式 和分子多项式 的系数 。 〔 , 」 , , 可得到数字滤波器的 点频率响应值 , 这 个点均匀地分布在 「 , 二 , 并将 这 个频点的频率 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 在 中 , 相应的频率值记录在 中。 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 为大于零的整数 , 最好为 的整数次幂 , 以便采用 计算 , 以提高速度 。 〔 , , , , 用于对 ,“ 上 「 , 」上等间隔采样 点 , 采样点的频率及相应频响 的值分别记录在 和 中。 由用户指定 以 为单 位 值 。 , , 用于对 “ 在 , 二 〕上 进行采样 , 采样点由矢量 指定 。 甲 , , , 用于对 ,。 在 「 , 」上采样频率点由矢量 给定 。 , , 用于在当前图形窗口中绘制出幅 率和相频特性曲线 。 功能 计算 相应的单位脉冲响应 。 格式 , 」二 , 〔 , 」 , , , 」 , , , , 其中 和 分别为 的分母和分子多项式 系数 。 功能 一维快速傅立叶变换 。 格式 二 二 , 。 说明 函数用于计算矢量或矩阵的离散傅立叶 变换 。 利用 盯 算法计算矢量 的离散傅立叶 变换 , 当 为矩阵时 , 为矩阵 每一列的 。 当 长度为 的整数次幂时 , 采用基 算法 , 否则采 用稍慢的混合基算法 。 , 采用 点 。 当 长度小于 时 , 函数自动在 尾部补零 , 以构成 点数列 当 长度 大于 时 , 截取 的前面 点数据进行 。 功能 一维逆快速傅立叶变换 格式 血 二 , 。 而 功能 用脉冲响应不变法将模拟滤波器转换为数 字滤波器 。 格式 , 〕二 , , 。 说明 式中 和 分别表示模拟滤波器的系 统函数的分子多项式和分母多项式 , 是脉冲响应不 变法 中的抽样频率 , 单位是 。 输出变量 和 分别表示数字滤波器系统函数的分子多项式和 分母多项式 。 功能 线型绘图函数 。 格式 , 。 说明 是一种最简单的调用方式 , 是长 度为 的数值向量 。 的作用是在坐标系中顺 序地用直接连接顶点 , , 二 , , ⋯ , , 生成 一条折线 。 当向量元素充分多时 , 即可生成一条光滑 的曲线 。 在实验中 , 若 衅 点数足够多时 , 用 打 印的幅频特性就很接近 」“ 连续曲线 。 西藏科技 》 年 期 总第 期 信息技术 , 称为参数式 , 参数 和 都是长度为 的向量 。 , 在坐标系中生成顺序连接顶点 , , , , ⋯ , 的折线 。 这种调用可被用 来生成参数方程的图形 。 功能 绘制离散序列图 。 格式 , ⋯ , ’线端符号 ’ ⋯ , ’线形 ’ ⋯ , ’线形 ’ , ’端符号 ’ 说明 和 , 分别与 和 , 的绘制规则相同 , 只是 绘制的是离散 序列图 , 序列线端为圆圈 。 实验中用于绘制时域序列 的波形图和序列的离散傅立 叶变换 的幅 度图 。 后面三种调用方式中的 ‘ 线形 ’ 用于指定图中序 列的线形和颜色 , ‘ 线端符号 ’用于指定序列线端点表 示序列值的绘图形状 。 线形 , 颜色和线端符号如表格 所示 。 表 线性 、颜色和线段符号 线型 颜色 线端符号 类型 符号 类型 符号 类型 符号 实线 一 红 实点 点线 绿 星号 点虚线 一 蓝 圆圈 。 虚线 一 黑 三角形 公 功能 多坐标设置与定位当前坐标系 。 格式 , , 。 说明 , , 将图形窗口分成 行 列 的 块子区域 , 按行从上到下 , 从左到右的顺序 , 在第 块子区域定义一个坐标系 , 使其成为当前坐标 系 , 随后的绘图函数将在该坐标系输出图形 。 另外 , 同 一个图形窗口的坐标系可以重叠 , 这样可 以产生前面 的坐标系遮住后面的坐标系的各种图形效果 。 功能 创建新 的图形 窗 口 用 于输 出图形 的窗 口 。 格式 。 说明 函数创建一个新的图形窗 口 , 并成为 当前图形窗 口 , 所创建的图形窗 口 的序号是按同一 程序中创建的顺序号 。 关于上述工具箱函数的应用实例 滤波器的设计 滤 波器设计指标 二 抽样频率 , 确定模拟滤波器 指标 , , , , ’ ’ 确定滤波器 阶数 表示模拟滤波器 ‘ 一 八 由通 带指标确定 一 截频 仁 , 」 , , ’ ’ 确定巴特 沃思模拟滤波器 , 〕二 , , 确定 数字滤波器 , , 确定频率 的取值范 围 为线性等向分量 二 , , 求数字滤波器的频率 响应 为求频率响应 找出幅度响应的最大值 为找向量中的最大值 二 出 使幅度归一化 , 画 出归一化的幅度响应 为画平面线图 , 为画分 格线 过 ’归一化频率 ’ 为 轴名 ’增益 ’ 为 轴名 ’ ’ 显示滤波器的 系数 为显示数组 ’ ’ , 为设置显示格 式 , 四位科学计数 厂 」 计算 和 二 , , 为求频率响应 ’ 二 ’ , 一 为设置显示格式 ’ ’ , 一 滤波器的设计 滤波器设计指标 一 确定滤波器阶 数 为向正无穷取整 , 一 ’ 滤波器 阶数 ’ , 滤波器的阶数比滤波器的长 度大一位 为模运算 , 印 为设置显示格式 信息技术 西藏科技 年 期 总第 期 二 ’ 选用汉纳窗 , 确定滤波器截频 二 滤波器的序号取值范围 二 一 一 二 滤波器的系 统函数 二 通过汉纳窗截断的最后满足设计 要求的滤波器 , , , 频率的取值范围 为线性等向分量 昭 二 , 〕, 滤波器的幅度响 应 甲 为求频率响应 二 计算幅度响应的 增益值 为绝对值 。 酬 , 喇 画出滤波器的幅度增 益 为画平面线图 ’归一化频率 ’ 为 轴名 ’ 增益 ’ 护 为 轴名 , 护 为画分格线 。 小结 本文就数字信号处理中最常用的 工具 箱函数 , 做了一个简要的使用介绍 , 着重在数字信号处 理的原理方面给予精当说明 , 力图避开 当中 和数字信号处理无关的知识内容 。 之后给出了两个数 字信号处理中典型的 程序 , 为文中提及到的 工具箱函数的使用 , 给予了进一步的示范说明 。 最后 , 将文中不曾详细介绍的 , 数字信号处理中另外一些工 具箱函数以列表的形式给出 , 希望能够为从事这方面 工作的人士提供必要的方便 。 表格 函数及指令 数字信号处理中常用的 工具箱函数 注释 函数及指令 注释 绝对值 、模 、字符 码值 相角 向正无穷取整 清除内存变量 函数 计算离散序列的卷积 显示数组 离散傅立叶变换 直流分量对中的谱 向负无穷取整 设置输出格式 设置显示格式 离散傅立叶反变换 计算 盯 的抽样值 复数虚部 提示用户输入 讨 脉冲响应不变法实现模数转换 线性等向分量 模运算 全一数组 平面线图 有理输出 复数的实部 部分分式展开 二维杆图 阶跃响应指令 创建子图 三维着色表面图 创建传递函数对象 全零数组 画出系统的零极点分布 参考文献 〔 〕 陈厚金 数字信 号处理 高等教育出版社 , 一 第 版 〔 〕 程佩青 , 数字信号处理 清华大 学出版社 , 一 第 版 【 〕 张志涌 , 等 精通 版 北京航空航天 大学出版社 , 一 第 版 〔 〕 丁玉 美 , 高西全 数字信号处理 第二版 西 安 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