第九章 综合应用
1 第九章 综合应用
综合应用 本章内容要点： ·9.1信号处理工具(sptool)的介绍 ·9.2语音数字化量化噪声的改善 ·9.3系数量化和运算量化的影响 ·9.4在双音拨号系统中的应用 ·9.5正余弦信号的谱分析 ·9.6音乐信号处理 ·9.7变采样率数字滤波 ·9.8稀疏天线阵列设计 ·9.9结束语 2
2 综合应用 本章内容要点： • 9.1 信号处理工具（sptool）的介绍 • 9.2 语音数字化量化噪声的改善 • 9.3 系数量化和运算量化的影响 • 9.4 在双音拨号系统中的应用 • 9.5 正余弦信号的谱分析 • 9.6 音乐信号处理 • 9.7 变采样率数字滤波 • 9.8 稀疏天线阵列设计 • 9.9 结束语
综合应用 信号处理的概念比较深，其中许多概念不是单纯 用数学推导就能掌握的，往往要通过在实践中 反覆运用，才能真正掌握。开辟这一章的目的 就是通过一些实例来说明如何把理论用到工程 实践中去。同时又加深了对理论的理解。 另外在本章中还要介绍一些MATLAB的工具，本 章先介绍信号处理工具sptool,.它是信号处理 工具箱中的一个集成环境。学习和使用这个工 具可以帮助读者把已学的信号处理知识系统化 和集成化，对于在工程中进行信号处理会有很 大的帮助。 3
3 综合应用 信号处理的概念比较深，其中许多概念不是单纯 用数学推导就能掌握的，往往要通过在实践中 反覆运用，才能真正掌握。开辟这一章的目的 就是通过一些实例来说明如何把理论用到工程 实践中去。同时又加深了对理论的理解。 另外在本章中还要介绍一些MATLAB的工具，本 章先介绍信号处理工具sptool，它是信号处理 工具箱中的一个集成环境。学习和使用这个工 具可以帮助读者把已学的信号处理知识系统化 和集成化，对于在工程中进行信号处理会有很 大的帮助
综合应用 9.2节介绍信号的量化问题，将介绍用压缩扩张 器减小相对误差的非线性处理方法；9.3节介绍 滤波器系数量化和计算量化的影响；9.4节介绍 双频拨号系统，它是一个从双频发送到接收检 测的完整的系统，其中包括goertzel2算法开发； 9.5节介绍了频谱分析仪中的数字信号处理技术； 9.6节介绍音响系统中的信号处理，它涉及回声 和混响的生成和处理；9.7节介绍变采样率系统， 包括内插和抽取，这也属于一种非线性处理； 9.8节把时域信号扩展到空域信号处理；
4 综合应用 9.2节介绍信号的量化问题，将介绍用压缩扩张 器减小相对误差的非线性处理方法；9.3节介绍 滤波器系数量化和计算量化的影响；9.4节介绍 双频拨号系统，它是一个从双频发送到接收检 测的完整的系统，其中包括goertzel算法开发； 9.5节介绍了频谱分析仪中的数字信号处理技术； 9.6节介绍音响系统中的信号处理，它涉及回声 和混响的生成和处理；9.7节介绍变采样率系统， 包括内插和抽取，这也属于一种非线性处理； 9.8节把时域信号扩展到空域信号处理；
综合应用 上述的七节都是以前面学过的八章为基础，但都 把原有的知识拓宽和加深了一步。在本书中， 我们对每一个问题都只作了简要的提示，各个 问题都有很大的展开余地，所以其中任何一个 问题都可以作为实验或课程设计的基础。这要 由教师和读者自行取舍，进行适当的开发。 9.9节是结束语，大略地介绍了一下数字信号处理 器的应用领域，并介绍了MATLAB中与信号处 理有关的各种工具箱函数。 5
5 综合应用 上述的七节都是以前面学过的八章为基础，但都 把原有的知识拓宽和加深了一步。在本书中， 我们对每一个问题都只作了简要的提示，各个 问题都有很大的展开余地，所以其中任何一个 问题都可以作为实验或课程设计的基础。这要 由教师和读者自行取舍，进行适当的开发。 9.9节是结束语，大略地介绍了一下数字信号处理 器的应用领域，并介绍了MATLAB中与信号处 理有关的各种工具箱函数
9.1 信号处理工具介绍 (讲本节时，应尽量直接用MATLAB的图形界面) ·信号处理工具sptool(Signal Processing Tool的 缩写)为信号处理的研究工作提供了一个集成 环境和工具。 。 信号处理的任务：一是对信号进行分析；二是 滤波器设计。在这两个任务进行过程中，经常 要做第三个任务，那就是要把信号加到所设计 的滤波器中，看它的输出是否满足要求。 。 Sptoo.1把这三个任务集成在一起，加上了适 当的管理功能，配以良好的工作界面，利用它 可以大大提高研究工作的效率。 6
6 9.1 信号处理工具介绍 (讲本节时，应尽量直接用MATLAB的图形界面) • 信号处理工具sptool（Signal Processing Tool的 缩写）为信号处理的研究工作提供了一个集成 环境和工具。 • 信号处理的任务：一是对信号进行分析；二是 滤波器设计。在这两个任务进行过程中，经常 要做第三个任务，那就是要把信号加到所设计 的滤波器中，看它的输出是否满足要求。 • Sptool把这三个任务集成在一起，加上了适 当的管理功能，配以良好的工作界面，利用它 可以大大提高研究工作的效率
信号处理工具(sptoo1.)介绍 在MATLAB命 SPTool:startup.spt ▣☒ File Edit Window Help 令窗中，键 Signals Filters Spectra 入fdatool, mtlbvector LSIp [design] mtlbse [auto chirp [vector] PZlp imported chirpse auto 得到如右图 train [vector FIRbp [design] trainse auto sig1 [vector filt1 [design spect1 auto sig2 [vector filt2 [design spect2 auto 的界面。各 sig3 [vector filt3 [design spect3 sig4 [vector filt4 [imported) spect4 [auto 栏中分别存 sig5 vector filt5 [imported spect5 auto sig6 [vector spect6 [auto 入了系统中 原来已保存 的信号、滤 View 波器和频谱 View View New Create 的名称。 Edit Update Apply 个
7 信号处理工具(sptool)介绍 在MATLAB命 令窗中，键 入fdatool, 得到如右图 的界面。各 栏中分别存 入了系统中 原来已保存 的信号、滤 波器和频谱 的名称。 图 9.1.1 sptool 的启动界面
信号处理工具(sptoo1)介绍 ·1.信号和滤波器的导入 先在MAT工AB工作空间中放入所需的分析的信号 和滤波器。设滤波器就是例8.8.1中设计并导 入了工作空间的滤波器，再来建立一组信号。 在命令窗中，键入： n=0:200;T=1;s1=sin(5*2*pi*n*T); s2=sin(10*2*pi*n*T): s3=c0s(15*2*p1*n*T);S=s1+s2+s3; ·这时s1,s2,s3和它们的合成信号s都已输入 工作空间。 8
8 信号处理工具(sptool)介绍 • 1． 信号和滤波器的导入 先在MATLAB工作空间中放入所需的分析的信号 和滤波器。设滤波器就是例8.8.1中设计并导 入了工作空间的滤波器，再来建立一组信号。 在命令窗中，键入： n=0:200;T=1;s1=sin(5*2*pi*n*T); s2=sin(10*2*pi*n*T); s3= cos(15*2*pi*n*T);s=s1+s2+s3; • 这时s1,s2,s3和它们的合成信号s都已输入 工作空间
信号处理工具(sptoo1)介绍 点击左上角的【File】及下拉菜单的【Import】, 出现如下图的新视窗。它分成三栏 左边一栏【Source】,指定数据来源；如果来源 是工作空间，中间栏的【Workspace Contents】 将显示工作空间中的全部变量；右边一栏指定 导入的目标，即要说明导入的数据是作为信号、 还是滤波器还是频谱。右栏的下部有 【Sampling Frequency】和【Name】两个框需 要用户填写。按照说明的方法，可依次将信号 s和8.6节设计的滤波器输入sptool。 9
9 信号处理工具(sptool)介绍 点击左上角的【File】及下拉菜单的【Import】, 出现如下图的新视窗。它分成三栏； 左边一栏【Source】，指定数据来源；如果来源 是工作空间，中间栏的【Workspace Contents】 将显示工作空间中的全部变量；右边一栏指定 导入的目标，即要说明导入的数据是作为信号、 还是滤波器还是频谱。右栏的下部有 【Sampling Frequency】和【Name】两个框需 要用户填写。按照说明的方法，可依次将信号 s和8.6节设计的滤波器输入sptool
信号处理工具(sptoo.1)介绍 Import to SPTool Source Workspace Contents- Import As: Signal From Workspace Denl CFrom Disk G 材色T file Name Num1 Data S05 T ans Browse. n 3 Sampling Frequency 100 Name Help Cancel OK sig7 10
10 信号处理工具(sptool)介绍 图 9.1.2 sptool 的 数 据 导 入 界 面