杜 泉

（武昌理工學(xué)院）

MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用

杜 泉

（武昌理工學(xué)院）

數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)抽象性、理論性強(qiáng)，在教學(xué)中很多學(xué)生感到枯燥，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。將MATLAB技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)當(dāng)中，將其作為重要的輔助教學(xué)手段，通過(guò)MATLAB進(jìn)行示例與仿真，能夠達(dá)到更好的教學(xué)效果。

MATLAB；數(shù)字信號(hào)處理；應(yīng)用示例

0 引言

MATLAB是由MathWorks推出的高性能的數(shù)值計(jì)算以及可視化的計(jì)算機(jī)高級(jí)軟件。它將數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示有機(jī)地融合為一體，形成了一個(gè)極其方便、用戶界面友好的操作環(huán)境。MATLAB能夠?qū)?shù)字信號(hào)處理進(jìn)行很方便的運(yùn)算、仿真以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于MATLAB能夠?yàn)閿?shù)字信號(hào)教學(xué)工作提供諸多便利，當(dāng)前MATLAB已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到數(shù)字信號(hào)教學(xué)中，并提高數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)水平。

1 MATLAB概述

MATLAB能夠?yàn)橛脩籼峁?qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算、靈活的程序設(shè)計(jì)流程以及高質(zhì)量的圖形可視化和界面設(shè)計(jì)等功能。當(dāng)前，MATLAB技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到了通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域、數(shù)字圖形處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域當(dāng)中。MATLAB軟件在信號(hào)處理當(dāng)中的應(yīng)用主要有符號(hào)運(yùn)算、數(shù)值計(jì)算以及仿真分析等，其中關(guān)于數(shù)值計(jì)算和仿真分析主要包括了函數(shù)運(yùn)算、信號(hào)頻譜分析等諸多內(nèi)容。MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用，能夠保證在教學(xué)的過(guò)程中加深學(xué)生對(duì)其理論部分的理解。在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中，運(yùn)用MATLAB數(shù)值分析的以及計(jì)算結(jié)果可視化的功能，能夠使學(xué)生更加容易的理解數(shù)字信號(hào)處理理論的物理實(shí)際意義。目前，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)十分重要的基礎(chǔ)性學(xué)科，并在信息科學(xué)中占有十分重要的地位，因此，在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)時(shí)，提高學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的掌握能力具有十分重要的意義。MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。將MATLAB應(yīng)用到數(shù)字型號(hào)處理教學(xué)工作，能夠幫助學(xué)生更好的理解數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)內(nèi)容，提高數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)水平，提高教學(xué)效率。

2 MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用

MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中，有著十分廣泛的應(yīng)用，文中以離散傅里葉變換應(yīng)用之分辨率和數(shù)字濾波器進(jìn)行了研究。

2.1 DFT在分辨率中的應(yīng)用

在對(duì)有限長(zhǎng)序列頻譜進(jìn)行分析時(shí)DFT是一個(gè)十分有效的方法，同時(shí)頻譜分析構(gòu)成了DFT的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在學(xué)生對(duì)DFT進(jìn)行理解時(shí)，分辨率是學(xué)生最難理解的內(nèi)容之一。頻率分辨率指的是在刻畫(huà)某種頻譜分析方法時(shí)將信號(hào)中兩個(gè)考的十分近的譜峰保持分開(kāi)的能力。其相當(dāng)于是通過(guò)一個(gè)頻域的窗函數(shù)在對(duì)頻譜進(jìn)行觀察時(shí)，觀察者所看到的頻率的寬度、頻域窗越窄，則頻率的分辨率則就會(huì)越好。例如：的最高的頻率：，抽樣頻率：，信號(hào)記錄長(zhǎng)度是。假如信號(hào)為包含有三個(gè)頻譜量，，，，問(wèn)能不能將三個(gè)譜峰值分離？根據(jù)相關(guān)理論可知，當(dāng)N=1024點(diǎn)時(shí)，頻率分辨率為信號(hào)記錄的長(zhǎng)度，顯然和，所以能夠分辨出信號(hào)當(dāng)中由產(chǎn)生的弦分量。在利用DFT對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析時(shí)，采用記錄點(diǎn)數(shù)足夠長(zhǎng)，這樣能夠很好地分辨出原信號(hào)當(dāng)中含有的頻率分量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中，為了提高學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，將MATLAB作為輔助教學(xué)工具應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中，能夠使數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)內(nèi)容中的理論部分變得更加的生動(dòng)直觀，更容易被學(xué)生理解，從而能夠使教學(xué)工作取得更好的效果，提升教學(xué)質(zhì)量。

2.2 數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)

在數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)當(dāng)中，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)是重要的教學(xué)內(nèi)容，但是，在進(jìn)行實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中由于這一部分內(nèi)容教學(xué)會(huì)涉及到的很多的公式，相對(duì)于其它教學(xué)內(nèi)容，這一部分計(jì)算也十分繁瑣，最終所得到的結(jié)果也都是以數(shù)值呈現(xiàn)，其幅頻性也不直觀，這使得這一部分教學(xué)內(nèi)容很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且在教學(xué)中由于其計(jì)算的繁瑣性，在教學(xué)時(shí)往往使學(xué)生形成排斥心理。在數(shù)字濾波器的教學(xué)中，為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果使用了MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器。

在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，根據(jù)以下技術(shù)指標(biāo)，采用雙線變換法設(shè)計(jì)研究了一個(gè)數(shù)字低通濾波器，在進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)時(shí)采樣頻率為1Hz，通帶臨街頻率fp=0.2Hz，通帶內(nèi)衰減小于1dB；阻帶臨界頻率是0.3Hz阻帶內(nèi)的衰減大于25dB。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理教材上的低通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法：第一步將數(shù)字濾波器的性能要求變換成閾值相應(yīng)的模擬低通濾波器的性能要求，并且要根據(jù)這一性能進(jìn)行低通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)工作，第二步需要根據(jù)雙線變換法，將這一模擬低通濾波器數(shù)字化成數(shù)字濾波器。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，每一步要進(jìn)行的計(jì)算量都比較大，計(jì)算比較繁瑣，并且其所得到的結(jié)果也并不是直觀。但是，在進(jìn)行數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，采用MATLAB編程，就可以是仿真結(jié)果以形象直觀的方式表現(xiàn)出來(lái)，并且能夠被學(xué)生所理解，如圖1所示。

Application of MATLAB in teaching of digital signal processing

Du Quan
（Wuchang University of Technology）

Digital signal processing teaching abstract, theoretical, in the teaching of many students feel boring, affect the enthusiasm of students learning. The application of MATLAB technology to digital signal processing teaching, as an important auxiliary teaching means,through the MATLAB example and simulation, to achieve a better teaching effect.

MATLAB; digital signal processing; application example

G642.4

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