1、工程数字信号处理工程数字信号处理 -算法与实践算法与实践一、数字波形分析技术一、数字波形分析技术 波形分析是最常用的信号分析手段，用示波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器显示信号波形就可以波器、万用表等普通仪器显示信号波形就可以测量特征参数。测量特征参数。工程数字信号处理工程数字信号处理 -算法与实践算法与实践1 1、采样定理、采样定理 采样是将采样脉冲序列采样是将采样脉冲序列p(t)p(t)与模拟信号与模拟信号x(t)x(t)相乘，取离散点相乘，取离散点x(ntx(nt)的值的过程。的值的过程。数字波形分析技术数字波形分析技术X(0),X(1),X(2),X(n)数字波
2、形分析技术数字波形分析技术每每周期应该有多少采样点周期应该有多少采样点？最少最少2 2点点:数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术采样定理：采样定理：为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的频率成分的2 2倍。这是采样的基本法则，称为采倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。样定理。Fs 2 Fmax 数字波形分析技术数字波形分析技术A/DA/D采样前的抗混迭滤波：采样前的抗混迭滤波：物理信号物理信号对象对象传传感感器器电信号电信号放放大大调
3、调制制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字信号展开展开低通滤波低通滤波(0-Fs/2)(0-Fs/2)放大放大数字波形分析技术数字波形分析技术2 2、常用的数字波生成算法、常用的数字波生成算法用途：数字信号发生器用途：数字信号发生器正弦波信号正弦波信号方波信号方波信号三角波信号三角波信号锯齿波信号锯齿波信号白噪声信号白噪声信号脉冲信号脉冲信号阶跃信号阶跃信号斜坡信号斜坡信号加速度信号加速度信号数数学学公公式式数组数组D/A转换转换模拟信号模拟信号数字波形分析技术数字波形分析技术 被测信号幅度随时间变化历程称为信号波形。被测信号幅度随时间变化历程称为信号波形。a)a)波形的概念波形的概念0At
4、y(0)y(1)y(2)y(3)y(4)y(5)y(6)y(7)数字波形分析技术数字波形分析技术b)b)正弦波信号发生器正弦波信号发生器模拟信号计算公式：模拟信号计算公式：)2sin()(ftAty数字信号计算公式：数字信号计算公式：)2sin()(tfnAtnytFs/1Nn,.,2,1,0,A AT=1/fFs=5000;a=5;f=2;q=60;T=1dt=1.0/Fs;N=T/dt;t=linspace(0,T,N);y=a*sin(2*3.14*f*t+q);plot(t,y);MATLAB程序：程序：)2sin()(tfnAtny数字波形分析技术数字波形分析技术DRVI程序：程序：
5、数字波形分析技术数字波形分析技术Dim data(2048)Fs=Document.Getline(200)f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)pi=3.1415926dt=1.0/FsFor K=0 To 2047 data(k)=a*Sin(2*pi*f*dt*K+q*pi/180)NextDocument.SetArrayInterval 101,dtDocument.setarrayline 101,2048,data数字波形分析技术数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例正弦波数字信号发生器
6、应用实例电子琴电子琴)2sin(tfnA)(nyAD/频率：频率：131 147 165 175 196 220 247 262 294 330 349 392 440 494 523数字波形分析技术数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例正弦波数字信号发生器应用实例手机和弦铃声手机和弦铃声+数字波形分析技术数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例正弦波数字信号发生器应用实例双音频信令双音频信令 DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)信令，信令，代表数字的音频信号持续代表数字的音频信号持续45ms45ms，信号间信号间55ms55ms静音。静音。数字波形分析技术
7、数字波形分析技术正弦波数字信号发生器应用实例正弦波数字信号发生器应用实例摩尔电码摩尔电码数字波形分析技术数字波形分析技术c)c)方波信号发生器方波信号发生器数字信号计算公式：数字信号计算公式：.)(tnytFs/1Nn,.,2,1,0,模拟信号计算公式：模拟信号计算公式：Aty)(2/0Tt Aty)(02/tTA AT=1/f数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*T
8、qt=T*q/360.0For K=0 To 2047 nt=K*dt+qt i=Int(nt/T)t1=nt-i*T If t1T2 Then data(k)=-A End IfNext数字波形分析技术数字波形分析技术d)d)三角波信号发生器三角波信号发生器数字信号计算公式：数字信号计算公式：.)(tnytFs/1Nn,.,2,1,0,A AT=1/f模拟信号计算公式：模拟信号计算公式：2/0Tt TtT2/TtAAty/2*2)(TTtAAty/)2/(2*2)(T=1/f数字波形分析技术数字波形分析技术e)e)锯齿波信号发生器锯齿波信号发生器数字信号计算公式：数字信号计算公式：.)(tn
9、ytFs/1Nn,.,2,1,0,A A模拟信号计算公式：模拟信号计算公式：Tt 0TtAAty/*2)(数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术f=Document.Getline(4)a=Document.Getline(5)q=Document.Getline(6)dt=1.0/FsT=1.0/fT2=0.5*Tqt=T*q/360.0For K=0 To 2047 nt=K*dt+qt i=Int(nt/T)t1=nt-i*T data(k)=-A+2*A*t1/TNext数字波形分析技术数字波形分析技术f)f)白噪声信号发生器白噪声信号发生器数字信号计算公式：
10、数字信号计算公式：()*)(RNDAtnytFs/1Nn,.,2,1,0,A A模拟信号计算公式：模拟信号计算公式：()*)(RNDAty-1-11 1均匀均匀噪声噪声数字波形分析技术数字波形分析技术Fs=Document.Getline(200)a=Document.Getline(5)dt=1.0/FsFor K=0 To 2047data(k)=2*A*(RND()-0.5)Next上网查找均上网查找均匀匀噪声转白噪声转白噪声算法噪声算法数字波形分析技术数字波形分析技术e)e)脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号发生器脉冲信号：脉冲信号：0tt 0)()(tyA
11、ty其它t阶跃信号：阶跃信号：0tt 0)()(tyAty0tt 斜坡信号：斜坡信号：ktty)(数字波形分析技术数字波形分析技术附录：声卡简介（双通道附录：声卡简介（双通道A/DA/D、D/AD/A卡）卡）声卡是电脑主要部件之一，声卡上有声卡是电脑主要部件之一，声卡上有D/AD/A芯片芯片，用来把数字化声音信号转换成模拟信号，同时还有用来把数字化声音信号转换成模拟信号，同时还有A/DA/D芯片芯片，用来把模拟声音信号转换成数字信号，用来把模拟声音信号转换成数字信号，实验学习时可以将声卡作为双通道实验学习时可以将声卡作为双通道A/DA/D卡和卡和D/AD/A卡。卡。数字波形分析技术数字波形分析
12、技术声卡的信号输入接口声卡的信号输入接口(A/D)(A/D)声卡输入口包括声卡输入口包括MIC和和Line in。MIC输入阻抗输入阻抗1500 20k，输入电压输入电压10mV，单通道。单通道。Line In输入阻抗为输入阻抗为10 k 47 k,输入电平范围输入电平范围500 mV 2 V，双通道。声卡是用来采集声音信号，其频率双通道。声卡是用来采集声音信号，其频率特性线性段在特性线性段在20Hz20kHz之间。之间。为防止测量信号超量程造成损坏，可以采用下为防止测量信号超量程造成损坏，可以采用下面电路对声卡输入端进行保护。面电路对声卡输入端进行保护。数字波形分析技术数字波形分析技术声卡的
13、输出接口声卡的输出接口(D/A)(D/A)声卡输出口包括声卡输出口包括Speaker和和Line out。Speaker输出输出阻抗为阻抗为8，输出功率输出功率2W。Line out输出阻抗为输出阻抗为20500，最大输出电平最大输出电平2V。通常可以直接将插头连接在通常可以直接将插头连接在Line out或或Speaker，为防止短路对声卡造成的损坏，可在连接电路中为防止短路对声卡造成的损坏，可在连接电路中串联电阻。串联电阻。数字波形分析技术数字波形分析技术声卡驱动声卡驱动 1 1）MCI指令指令MCI是一种高层命令，用是一种高层命令，用mciSendString函数发函数发送控制命令字符串
14、就可以了，使用简单，但这些送控制命令字符串就可以了，使用简单，但这些命令主要是基于文件操作，不能满足实时地直接命令主要是基于文件操作，不能满足实时地直接从音频缓存中读取数据的要求。从音频缓存中读取数据的要求。2）Winmm API和和Direct Sound API Winmm API和和Direct Sound API均提供了对均提供了对声卡的底层控制，可以直接访问音频缓冲区，声卡的底层控制，可以直接访问音频缓冲区，不需要生成中间文件，能实现对声卡不需要生成中间文件，能实现对声卡A/DA/D采样采样过程和过程和D/AD/A输出过程的直接控制。输出过程的直接控制。数字波形分析技术数字波形分析技
15、术MATLAB中的声卡操作函数中的声卡操作函数Fs=44100;dt=1.0/Fs;T=2;N=T/dtt=0:N-1/N;x=2000*sin(2*pi*600*t);plot(t,x);axis(0,0.01,-2500,2500);wavplay(x,Fs);数字波形分析技术数字波形分析技术MATLAB中的声卡操作函数中的声卡操作函数Fs=44100;N=44100t=0:N-1/N;x=wavrecord(N,Fs);plot(t,x);数字波形分析技术数字波形分析技术声卡信号分析产品声卡信号分析产品 数字波形分析技术数字波形分析技术我们的声卡仪器我们的声卡仪器 Project1:基本
16、要求基本要求:将声卡做为将声卡做为D/A，用，用C+、MATLAB或你熟悉的语言设计或你熟悉的语言设计一个数字信号发生器一个数字信号发生器.扩展功能扩展功能:1.数字电子琴实现数字电子琴实现 2.4合弦手机铃声实现合弦手机铃声实现 3.双音频电话拨号音实现双音频电话拨号音实现 内容包括同类产品情况、设内容包括同类产品情况、设计原理、实现方法、参考文献。计原理、实现方法、参考文献。数字波形分析技术数字波形分析技术Right now,Catch a magic moment,Do it Right here and nowOne more walk through problems,Built u
17、p,and stand in our way,.数字波形分析技术数字波形分析技术Project报告书要求报告书要求摘要摘要概述概述(目的、意义目的、意义)技术路线技术路线实现方法实现方法存在的问题存在的问题结束语结束语致谢致谢参考文献参考文献数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术数字波形分析技术工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介Sound Quality Automobile Evaluations Writt
18、en ReportThe report should be a minimum of ten double spaced pages.1)Summary(or abstract).This section of up to 200 words maximum should state what is in the report,so that people know whether they want to read it.It should not be an introduction to the subject.2)Introduction.This section should giv
19、e a short review of the background to the subject of the report.It should describe the importance of sound quality for marketing and passenger acceptance of the sound of automobiles.A minimum of three,four or five references need to be provided,with brief comments about what they say about the subje
20、ct.工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介3)Method.A short description must be given of the method we used with our own juries to evaluate the sound quality of the actual vehicles on the road.The dummy head recording procedure and laboratory evaluations with earphones and with loudspeakers should be bri
21、efly described.4)Results.Plots should be given of the road results for two or more cars on the same figure.Similarly plots should be given of the lab results for two or more cars on the same figure from the earphone and/or loudspeaker evaluations.Some brief discussion should be provided about these
22、results.工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介5)Conclusions.You own conclusions about these jury experiments,and the different results for the vehicles need to be given.6)References.These need to be given in a standard way.They need to be complete enough so that others could find them a)Author name.b)T
23、itle of chapter or article,c)Publication(book or journal),d)Publisher of book or journal title,e)City for book or journal volume and issue number for article,f)Year of publication.Thank you.Malcolm Crocker 工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实
24、践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介作业讲评一作业讲评一AuburnAuburn大学课程评价表大学课程评价表能力培养放在课程评价的首位能力培养放在课程评价的首位工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介工程声学课程工程声学课程(难度系数难度系数4)实践项目简介实践项目简介
