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数字信号处理第三章

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数字信号处理第三章数字信号处理第三章数字信号处理第三章实验程序3.1计算离散时间傅里叶变换%ProgramP3_1%EvaluationoftheDTFTclf;%ComputethefrequencysamplesoftheDTFTw=-4*pi:8*pi/511:4*pi;num=[21];den=[1-0.6];h=freqz(num,den,w);%PlottheDTFTsubplot(2,1,1)plot(w/pi,real(h));gridtitle('RealpartofH(e^{j\omega})')xlabel('...

数字信号处理第三章
数字信号处理第三章数字信号处理第三章实验程序3.1计算离散时间傅里叶变换%ProgramP3_1%EvaluationoftheDTFTclf;%ComputethefrequencysamplesoftheDTFTw=-4*pi:8*pi/511:4*pi;num=[21];den=[1-0.6];h=freqz(num,den,w);%PlottheDTFTsubplot(2,1,1)plot(w/pi,real(h));gridtitle('RealpartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,imag(h));gridtitle('ImaginarypartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');pausesubplot(2,1,1)plot(w/pi,abs(h));gridtitle('MagnitudeSpectrum|H(e^{j\omega})|')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,angle(h));gridtitle('PhaseSpectrumarg[H(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Q3.1离散时间傅里叶变换的原始序列是H(e^jw)=(2+z^-1)/(1-0.6z^-1)。Pause的作用是暂停等待用户输入任意键后接着执行以下命令。Q3.2是周期函数,周期是2π。实部和幅度谱是关于y轴对称,是偶函数;虚部和相位谱是关于原点对称,是奇函数。Q3.3clf;N=512;num=[0.7-0.50.31];den=[10.3-0.50.7];[h,w]=freqz(num,den,N);subplot(2,1,1)plot(w/pi,real(h));gridtitle('RealpartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,imag(h));gridtitle('ImaginarypartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');pausesubplot(2,1,1)plot(w/pi,abs(h));gridtitle('MagnitudeSpectrum|H(e^{j\omega})|')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,angle(h));gridtitle('PhaseSpectrumarg[H(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');还是周期函数,周期是2π。相位谱的跳变的原因是:在利用反正切函数计算角度的时候,其中的一个分支出现了衰减,造成了跳变。clf;N=512;num=[0.7-0.50.31];den=[10.3-0.50.7];[h,w]=freqz(num,den,N);subplot(2,1,1)plot(w/pi,unwrap(angle(h)));gridtitle('PhaseSpectrumarg[H(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Q3.4修改后的程序为clf;w=-4*pi:8*pi/511:4*pi;num=[1357911131517];den=1;h=freqz(num,den,w);%PlottheDTFTsubplot(2,1,1)plot(w/pi,real(h));gridtitle('RealpartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,imag(h));gridtitle('ImaginarypartofH(e^{j\omega})')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');pausesubplot(2,1,1)plot(w/pi,abs(h));gridtitle('MagnitudeSpectrum|H(e^{j\omega})|')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2)plot(w/pi,angle(h));gridtitle('PhaseSpectrumarg[H(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');是周期函数,周期是2π。实部和幅度谱是关于y轴对称,是偶函数;虚部和相位谱是关于原点对称,是奇函数。Q3.5若要改为以度为单位,则将程序中的第二个图的程序改为subplot(2,1,2)plot(w/pi,180*angle(h)/pi);gridtitle('PhaseSpectrumarg[H(e^{j\omega})]')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseindegrees');就可以了。3.2离散时间傅里叶变换的性质时移特性clf;w=-pi:2*pi/255:pi;D=10;num=[123456789];h1=freqz(num,1,w);h2=freqz([zeros(1,D)num],1,w);subplot(2,2,1)plot(w/pi,abs(h1));gridtitle('MagnitudeSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,2)plot(w/pi,abs(h2));gridtitle('MagnitudeSpectrumofTime-ShiftedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,3)plot(w/pi,angle(h1));gridtitle('PhaseSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');subplot(2,2,4)plot(w/pi,angle(h2));gridtitle('PhaseSpectrumofTime-ShiftedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Q3.6参数D控制时移量。Q3.7D=10D=50时移特性:信号在时域移动某个距离,则所得信号的幅度谱和原信号相同,而相位谱是原信号的相位谱再附加一个线性相移,由时移特性可以看到,信号的相位谱可以反映信号在时域中的位置信息,不同位置上的同一信号,它们具有不同的相频特性,而幅频特性相同。Q3.8如上图所示Q3.9改变序列长度num=[1234567891011121314151617181920212223242526272829];所得的图像为D=10D=50从上图中可以看出,增加序列的长度,使得幅度谱更加窄,而相位谱则更加密集和陡峭。平移特性Q3.10clf;w=-pi:2*pi/255:pi;wo=0.4*pi;num1=[1357911131517];L=length(num1);h1=freqz(num1,1,w);n=0:L-1;num2=exp(wo*i*n).*num1;h2=freqz(num2,1,w);subplot(2,2,1)plot(w/pi,abs(h1));gridtitle('MagnitudeSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,2)plot(w/pi,abs(h2));gridtitle('MagnitudeSpectrumofFrequency-ShiftedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,3)plot(w/pi,angle(h1));gridtitle('PhaseSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');subplot(2,2,4)plot(w/pi,angle(h2));gridtitle('PhaseSpectrumofFrequency-ShiftedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Wo控制平移量。Q3.11由结果图Q3.11可得出在参数wo的控制下,离散时间傅里叶变换的幅度谱和相位谱都随着控制参数右移k个单位(wo=k*pi)。k=0.4k=-0.4Q3.12将k改为-0.4得到的运行结果如上图。Q3.13改变序列长度序列:num1=[1357911131517192123252729]序列:num2=[111315171921232527293133353739];卷积性质Q3.14clf;w=-pi:2*pi/255:pi;%freqencyvectorforevaluatingDTFTx1=[1357911131517];x2=[1-23-21];y=conv(x1,x2);h1=freqz(x1,1,w);h2=freqz(x2,1,w);hp=h1.*h2;h3=freqz(y,1,w);subplot(2,2,1)plot(w/pi,abs(hp));gridtitle('ProductofMagnitudeSpectra','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,2)plot(w/pi,abs(h3));gridtitle('MagnitudeSpectrumofConvolvedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,3)plot(w/pi,angle(hp));gridtitle('SumofPhaseSpectra','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');subplot(2,2,4)plot(w/pi,angle(h3));gridtitle('PhaseSpectrumofConvolvedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Q3.15分析结果图可以得出幅度谱的乘积和卷积后的幅度谱相同,相位谱的乘积和卷积后的相位谱相同。Q3.16x1=[13579111315171921232527293133];x2=[1-23-21-52-31];运行结果如上边第二个图所示。调制性质Q3.17clf;w=-pi:2*pi/255:pi;x1=[1357911131517];x2=[1-11-11-11-11];y=x1.*x2;h1=freqz(x1,1,w);h2=freqz(x2,1,w);h3=freqz(y,1,w);subplot(3,1,1)plot(w/pi,abs(h1));gridtitle('MagnitudeSpectrumofFirstSequence')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(3,1,2)plot(w/pi,abs(h2));gridtitle('MagnitudeSpectrumofSecondSequence')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(3,1,3)plot(w/pi,abs(h3));gridtitle('MagnitudeSpectrumofProductSequence')xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');Q3.18分析图得出乘积序列的幅度谱近似等于两序列的幅度谱的和.Q3.19将序列改变为x1=[13579111315171921232527];x2=[1-11-11-11-1102-47-1]得到的运行结果为上右图。乘积序列的幅度谱依然近似等于两序列的幅度谱的和.时间反转性质Q3.20clf;w=-pi:2*pi/255:pi;num=[1234];L=length(num)-1;h1=freqz(num,1,w);h2=freqz(fliplr(num),1,w);h3=exp(w*L*i).*h2;subplot(2,2,1)plot(w/pi,abs(h1));gridtitle('MagnitudeSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,2)plot(w/pi,abs(h3));gridtitle('MagnitudeSpectrumofTime-ReversedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Amplitude');subplot(2,2,3)plot(w/pi,angle(h1));gridtitle('PhaseSpectrumofOriginalSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');subplot(2,2,4)plot(w/pi,angle(h3));gridtitle('PhaseSpectrumofTime-ReversedSequence','FontSize',8)xlabel('\omega/\pi');ylabel('Phaseinradians');Q3.21分析图得出序列的幅度谱随时间反转不发生变化,序列相位谱随时间反转而反转180。Q3.22改变序列长度num=[1-23-45-67-8];得到的运行结果为上右,结果依然是序列的幅度谱随时间反转不发生变化,序列相位谱随时间反转而反转180。3.5离散傅里叶变换和离散傅里叶逆变换的运算Q3.23clf;N=200;L=256;nn=[0:N-1];kk=[0:L-1];xR=[0.1*(1:100)zeros(1,N-100)];xI=[zeros(1,N)];x=xR+i*xI;XF=fft(x,L);subplot(3,2,1);grid;plot(nn,xR);grid;title('Re\{x[n]\}');xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');subplot(3,2,2);plot(nn,xI);grid;title('Im\{x[n]\}');xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');subplot(3,2,3);plot(kk,real(XF));grid;title('Re\{X[k]\}');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Amplitude');subplot(3,2,4);plot(kk,imag(XF));grid;title('Im\{X[k]\}');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Amplitude');xx=ifft(XF,L);subplot(3,2,5);plot(kk,real(xx));grid;title('RealpartofIDFT\{X[k]\}');xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');subplot(3,2,6);plot(kk,imag(xx));grid;title('ImagpartofIDFT\{X[k]\}');xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');Q3.24clf;N=256;nn=[0:N-1];ntime=[-N/2:N/2-1];g=(0.75).^abs(ntime);h=(-0.9).^ntime;GF=fft(g);HF=fft(h);x=g+i*h;XF=fft(x);XFstar=conj(XF);XFstarmod=[XFstar(1)fliplr(XFstar(2:N))];GF2=0.5*(XF+XFstarmod);HF2=-i*0.5*(XF-XFstarmod);abs(max(GF-GF2))abs(max(HF-HF2))figure(1);clf;subplot(2,2,1);grid;plot(nn,real(GF));grid;title('TwoN-pointDFT''s');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Re\{G[k]\}');subplot(2,2,2);plot(nn,imag(GF));grid;title('TwoN-pointDFT''s');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Im\{G[k]\}');subplot(2,2,3);grid;plot(nn,real(GF2));grid;title('SingleN-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Re\{G[k]\}');subplot(2,2,4);plot(nn,imag(GF2));grid;title('SingleN-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Im\{G[k]\}');figure(2);clf;subplot(2,2,1);grid;plot(nn,real(HF));grid;title('TwoN-pointDFT''s');xlabel('Freqindexk');ylabel('Re\{H[k]\}');subplot(2,2,2);plot(nn,imag(HF));grid;title('TwoN-pointDFT''s');xlabel('Freqindexk');ylabel('Im\{H[k]\}');subplot(2,2,3);grid;plot(nn,real(HF2));grid;title('SingleN-pointDFT');xlabel('Freqindexk');ylabel('Re\{H[k]\}');subplot(2,2,4);plot(nn,imag(HF2));grid;title('SingleN-pointDFT');xlabel('Freqindexk');ylabel('Im\{H[k]\}');Q3.25clf;N=128;TwoN=2*N;W2N=exp(-i*pi/N);k=[0:TwoN-1];v=(-0.7.^k);g=downsample(v,2);h=downsample(v,2,1);x=g+i*h;XF=fft(x);XFstar=conj(XF);XFstarmod=[XFstar(1)fliplr(XFstar(2:N))];GF=0.5*(XF+XFstarmod);HF=-i*0.5*(XF-XFstarmod);VF=[GFGF]+(W2N.^k).*[HFHF];VF2=fft(v);abs(max(VF-VF2))subplot(2,2,1);plot(k,real(VF));grid;title('ComplexN-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Re\{V[k]\}');subplot(2,2,2);plot(k,imag(VF));grid;title('ComplexN-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Im\{V[k]\}');subplot(2,2,3);plot(k,real(VF2));grid;title('Real2N-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Re\{V[k]\}');subplot(2,2,4);plot(k,imag(VF2));grid;title('Real2N-pointDFT');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('Im\{V[k]\}');3.4离散傅里叶函数的性质Q3.26rem(x,y),x是除y以后剩余部分。Q3.27输入序列x循环移位留下的位置。如果M>0,那么circshift删除左边的元素向量x和附加他们右侧获得剩下的元素循环转移序列。如果如果M<0,然后circshift第一次补充的x的长度,即。,最右边的长度(x)-m样品从x和附加右边的样品得到循环转移序列。Q3.28这是二元关系不等于操作符。~=B返回值1如果A和B是不平等的值0如果A和B都是平等的。Q3.29输入是平等的两个向量x1和x2长度l.理解circonv是如何工作的,它是有用的定期x2的延伸。让x2px2的无限长的周期延长。从概念上讲,常规时间逆转x2p和集x2tr1到L等于元素的时间逆转x2p版本。元素1通过yL的输出向量然后通过x1和长度之间的内积向量sh循环变化对时间逆转向量x2tr。对于输出样例y[n],1≤n≤L、正确的循环移位是n-1的位置。Q3.30clf;M=6;a=[0123456789];b=circshift(a,M);L=length(a)-1;n=0:L;subplot(2,1,1);stem(n,a);axis([0,L,min(a),max(a)]);title('OriginalSequence');xlabel('timeindexn');ylabel('a[n]');subplot(2,1,2);stem(n,b);axis([0,L,min(a),max(a)]);title(['SequenceObtainedbyCircularlyShiftingby',num2str(M),'Samples']);xlabel('timeindexn');ylabel('b[n]')M值决定时移量。Q3.31Q3.32clf;x=[0246810121416];N=length(x)-1;n=0:N;y=circshift(x,5);XF=fft(x);YF=fft(y);subplot(2,2,1);stem(n,abs(XF));grid;title('MagnitudeofDFTofOriginalSequence');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('|X[k]|');subplot(2,2,2);stem(n,abs(YF));grid;title('MagnitudeofDFTofCircularlyShiftedSequence');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('|Y[k]|');subplot(2,2,3);stem(n,angle(XF));grid;title('PhaseofDFTofOriginalSequence');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('arg(X[k])');subplot(2,2,4);stem(n,angle(YF));grid;title('PhaseofDFTofCircularlyShiftedSequence');xlabel('Frequencyindexk');ylabel('arg(Y[k])');时移量是8.Q3.33Q3.34M=5运行结果如上右图所示。Q3.35Length=13Length=20Q3.36g1=[123456];g2=[1-233-21];ycir=circonv(g1,g2);disp('Resultofcircularconvolution=');disp(ycir)G1=fft(g1);G2=fft(g2);yc=real(ifft(G1.*G2));disp('ResultofIDFToftheDFTproducts=');disp(yc)运行结果Q3.37结果如下:Q3.38g1=[12345];g2=[22011];g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];ylin=circonv(g1e,g2e);disp('Linearconvolutionviacircularconvolution=');disp(ylin);y=conv(g1,g2);disp('Directlinearconvolution=');disp(y)结果如下:Q3.39g1=[3141592];g2=[11100];g1=[543210];g2=[-21234];Q3.40g1=[12345];g2=[22011];g1e=[g1zeros(1,length(g2)-1)];g2e=[g2zeros(1,length(g1)-1)];G1EF=fft(g1e);G2EF=fft(g2e);ylin=real(ifft(G1EF.*G2EF));disp('直线线性卷积=');disp(ylin);Q3.41x=[1242632642zeros(1,247)];x1=[x(1)x(256:-1:2)];xe=0.5*(x+x1);XF=fft(x);XEF=fft(xe);clf;k=0:255;subplot(2,2,1);plot(k/128,real(XF));grid;ylabel('Amplitude');title('Re(DFT\{x[n]\})');subplot(2,2,2);plot(k/128,imag(XF));grid;ylabel('Amplitude');title('Im(DFT\{x[n]\})');subplot(2,2,3);plot(k/128,real(XEF));grid;xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');title('Re(DFT\{x_{e}[n]\})');subplot(2,2,4);plot(k/128,imag(XEF));grid;xlabel('Timeindexn');ylabel('Amplitude');title('Im(DFT\{x_{e}[n]\})');X1[n]是X[n]的逆转序列Q3.42XEF等于零的虚部在浮点精度。这个结果可以解释如下:真正的转换的一部分x[n]的转换定期甚至x[n]的一部分。因此,定期的DFT甚至x[n]的一部分,真正的一部分,正是真正的X[k]的一部分,一个虚部为零。Q3.43仿真图为上右图。Q3.44a和b的值相等。x=[(1:128)(128:-1:1)];XF=fft(x);a=sum(x.*x)b=round(sum(abs(XF).^2)/256)Q3.45x=[(1:128)(128:-1:1)];XF=fft(x);a=sum(x.*x)b=round(sum(XF.*conj(XF))/256)Q3.46Q3.47运行结果为Zeros:-1.0000+1.4142i-1.0000-1.4142i-0.2500+0.6614i-0.2500-0.6614iPoles:-8.9576-0.27180.1147+0.2627i0.1147-0.2627isos=1.00002.00003.00001.00009.22932.43441.00000.50000.50001.0000-0.22930.0822k=0.4000Q3.48结果为:Q3.49clf;z=[0.32.5-0.2+i*0.4-0.2-i*0.4]';p=[0.5-0.750.6+i*0.70.6-i*0.7]';k=3.9;[numden]=zp2tf(z,p,k)num=3.9000-9.3600-0.6630-1.01400.5850den=1.0000-0.95000.17500.6625-0.3187Q3.50L=50Q3.51clf;num=[25953];den=[545211];[rpk]=residuez(num,den)r=0.3109-1.0254-0.3547i-1.0254+0.3547i-0.8601p=-8.95760.1147+0.2627i0.1147-0.2627i-0.2718k=
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