哈尔滨工程大学 数字信号处理实验八

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1、实验八音频频谱分析仪设计与实现预习报告一：实验原理1、频率（周期）检测对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差或过零点的时间差。这里采用过零点（ti）的时间差T（周期）。频率即为f=1/T,由于能够求得多个T的值（ti有多个），故采用它们的平均值作为周期的估计值。2、幅值检测在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A=（ymax-ymin）/2,同样，也会求出多个A值，但第一个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除以第一个以外的A值的平均

2、作为幅值的估计值。3、相位检测采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2п（１－ｔｉ／Ｔ），同样，以φ的平均值作为相位的估计值。频率、幅值和相位估计的流程图如下：其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。4、数字信号统计量估计（1）峰值p的估计在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。（2）均值估计（3）均方值估计(4)差估估计5、频谱分析原理时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频谱分量的简单波形外，很难明确提示信号的

3、频率组成的各频率分量的大小，而频域分析能很好的解决此问题。(1)DFT与FFT对于给定的时域信号y，可以通过Fourier变换得到频域信息Y。采样信号是一个不连续的频谱，不能算出所有点的值，所以采用离散Fourier变换DFT，但其计算效率较低，故实际中常用快速傅立叶变换。(2)频率、周期的估计对于Y(k△f)，如果当k△f=f~时，Y(k△f)取最大值，则f为频率的估计值，由于采样间隔的误差，f~也存在误差，其误差最大为△f/2。周期T=1/f，从原理上可以看出，如果在标准信号中混有噪声，用上述方法仍能够精确地估计出原标准信号的频率

4、和周期。(3)频谱图为了直观地表示信号的频率特性，常常将傅立叶变换的结果用图形的方式表示，及频谱图。以频率f为横坐标，Y(f)为纵坐标，可以得到幅值谱；以频率f为横坐标，argY(f)为纵坐标，可以得到相位谱；以频率f为横坐标，ReY(f)为纵坐标，可以得到实频谱；以频率f为横坐标，ImY(f)为纵坐标，可以得到虚频谱。根据采样定理，只有频率不超过Fs/2的信号才能被正确采集，即傅立叶变换结果中频率大于Fs/2的部分是不正确的，故不在频谱中显示。(4)模块划分模块化就是把程序划分成独立命名且可独立访问的模块，每个模块完成一个子功能，把

5、这些模块集成起来构成一个整体，可以完成指定的功能满足用户需求。模块划分时应遵循如下规则：改进软件结构提高模块独立性；模块规模应该适中；深度，宽度，扇出都应适当；模块的作用域应该在控制域之内；力争降低接口的复杂程度；设计单入单出的模块口德模块；模块功能可以预测。对软件进行如讲义3.14图所示的模块划分。二：实验内容构建交互界面，设计一个音频频谱分析仪，要求基于声卡与MATLAB实现音频信号频谱分析仪的设计原理与实现，功能包括：（1）音频信号输入，从声卡输入、从WAV文件输入，从标准信号发生器输入；（2）信号波形分析，包括幅值、频率、周期

6、、相位的估计，以及统计峰值、均值、均方值和方差的计算；（3）信号频谱分析，频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱和功率谱的曲线。实验八音频频谱分析仪设计与实现实验报告一：实验原理1、频率（周期）检测对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差或过零点的时间差。这里采用过零点（ti）的时间差T（周期）。频率即为f=1/T,由于能够求得多个T的值（ti有多个），故采用它们的平均值作为周期的估计值。2、幅值检测在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A=

7、（ymax-ymin）/2,同样，也会求出多个A值，但第一个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除以第一个以外的A值的平均作为幅值的估计值。3、相位检测采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2п（１－ｔｉ／Ｔ），同样，以φ的平均值作为相位的估计值。频率、幅值和相位估计的流程图如下其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。4、数字信号统计量估计（1）峰值p的估计在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。（2

8、）均值估计（3）均方值估计(4)差估估计5、频谱分析原理时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频谱分量的简单波形外，很难明确提示信号的频率组成的各频率分量的大小，而频域分析能很好的解决此问题。(1)DFT与FF