西北工业大学Matlab实验报告

1西北工业大学《基于MATLAB的数字信号处理》实验报告学院：计算机学院学号：姓名：专业：计算机科学与技术西北工业大学2017年07月2实验一MATLAB基本编程实验一、实验目的及要求1．熟悉MATLAB运行环境；2.掌握MATLAB的基本语法和函数；3.掌握MATLAB的基本绘图功能二、实验设备（环境）及要求1．计算机2．Matlab软件编程实验平台三、实验内容与步骤1．设求使2.分别用for或while循环结构编写程序，求出105132iiK。并考虑一种避免循环语句的程序设计算法实现同样的运算。3.将图形窗口4等分，按顺序绘制出下列函数的曲线图及曲面图并标记。四、设计思想1.，则X=B*inv（A）2.○1编写循环程序，循环105次，每次循环中计算32i的值22221cos(),22sin(2),3cos(),[0,2](,)[2,2],[4,4]24yxyxyxxxxyzfxyxy其中其中1232-31BXXAB0212-13-33-4AXAB2-1-1X-4743○2对105132iiK做数学运算，可以得到10511210510532111=3++......22211()123**()12123*（）=iiKKKK3.使用subplot将图形窗口分为四个子窗口，在子窗口中进行绘图五、程序代码及注释%question1*************%计算矩阵B*inv(A)A=[0212-13-33-4];B=[1232-31];X=B*inv(A)%*************************%question2***************%分别使用for及while循环计算矩阵K的值K=0;fori=1:105K=K+sqrt(3)/2^(i);endK%-------------------------K=0;i=1;whilei106K=K+sqrt(3)/2^(i);i=i+1;endK%*************************%question3*************%首先计算x,y1,y2,y3,X,Y,Z的值，然后画图4x=0:0.1:2*pi;y1=cos(x);y2=2*sin(2*x);y3=x.*cos(x);[X,Y]=meshgrid(-2:0.1:2,-4:0.4:4);Z=X.^2/2^2+Y.^2/4^2;subplot(2,2,1)plot(x,y1)axis([06.5min(y1)-0.1max(y1)+0.1]);xlabel('x')ylabel('y1')title('x-y1graph')subplot(2,2,2)plot(x,y2)axis([06.5min(y2)-0.1max(y2)+0.1]);xlabel('x')ylabel('y2')title('x-y2graph')subplot(2,2,3)plot(x,y3)axis([06.5min(y3)-0.1max(y3)+0.1]);xlabel('x')ylabel('y3')title('x-y3graph')subplot(2,2,4)surf(X,Y,Z);axis([-22-4402]);xlabel('X')ylabel('Y')zlabel('Z')title('X-Y-Zgraph')%*************************六、实验结果1.2.K=1.73212-1-1X-47453.实验二MATLAB基本编程实验一、实验目的及要求1.回顾数字信号处理的主要内容；2.掌握利用MATLAB进行信号处理的方法；3.了解信号处理工具箱中一些函数的功能；二、实验设备（环境）及要求1．计算机2．Matlab软件编程实验平台三、实验内容1.任何实数序列x(n)都能分解成为它的偶部分量和奇部分量之和，编写一个MATLAB函数文件，该函数的功能是将一给定序列分解成为它的偶部分量和奇部分量。并通过M文件或命令行调用该函数文件将以下序列分解成为偶部分量和奇部分量。0.05()sin(0.1/3),0n100nxnen62.一数字滤波器由频率响应函数描述1）写出其差分方程表示；2）画出上面滤波器的幅频和相频图；3）产生信号的200个样本，通过该滤波器得到输出y(n),试将输出y(n)的稳态部分与x(n)作比较，说明这两个正弦信号的幅度和相位是如何受该滤波器影响的。3.设计带通滤波器（Butterworth、椭圆、窗函数），采样率fs＝2000Hz,通带范围为300-600Hz，阶数自选,画出频率响应并分析比较。四、设计思想1.首选对原始序列做折叠处理，得到折叠后的序列，再利用计算公式求的序列的奇偶分量2.○1差分方程如下○2根据频率响应函数，使用freqz函数计算幅频和相频图○3取样出x(n)的200个样本，通过filter函数求出滤波器作用后的y(n),对比输入输出信号，进行分析3.首先设定带通滤波器阶数，本实验设定为10阶，窗函数部分使用了矩形窗，然后根据通带范围频率求得各个滤波器设计所需的参数，然后调用matlab滤波器生成函数，生成相应的滤波器。五、程序代码及注释代码1()sin(/2)5cos()xnnn441()10.8145jjjeHee()0.5*(()())()0.5*(()())eoxnxnxnxnxnxn4444441()10.8145(z)1(z)(z)10.8145(z)(z)X(z)z(z)*0.8145()()(4)0.8145*(4)jjjeHeeYzHXzYXYzynxnxnyn7function[xe,xo,m]=Calculatexexo(x,n)%输入一个序列，输出分解后的奇偶序列%2017-8-19byBinwangm=-fliplr(n);n2=min([n,m]);n3=max([n,m]);m=n2:n3;%计算折叠处理之后的横轴坐标I=find(m==n(1));x1=zeros(1,length(m));x1(I:I+length(n)-1)=x;%在新的横轴坐标域内表示原始序列x=x1;xe=0.5*(x+fliplr(x));xo=0.5*(x-fliplr(x));%计算奇偶分量end%计算序列的奇偶分量n=0:100;x=exp(-0.05*n).*sin(0.1*pi*n+pi/3);%生成序列[xe,xo,m]=Calculatexexo(x,n);%计算序列奇偶分量subplot(2,1,1)stem(n,x,'ro');%原始序列title('originalgraph')subplot(2,2,3)stem(m,xe,'*');%偶分量title('xegraph')subplot(2,2,4)stem(m,xo,'*');%奇分量title('xograph')代码2.2fs=1000;b=[10001];%表达式分子系数a=[1000-0.8145]%表达式分母系数[H,w]=freqz(b,a,256,fs);mag=abs(H);%计算幅值ph=angle(H);%计算相位ph=ph*180/pi;subplot(2,1,1)plot(w,mag);grid;xlabel('frequencyHz');ylabel('magnitude');subplot(2,1,2)plot(w,ph);grid;8xlabel('frequencyHz');ylabel('phase');代码2.3n=1:0.025:5;x=sin(pi*n/2)+5*cos(pi*n);stem(n,x)b=[10001];%表达式分子系数a=[1000-0.8145];%表达式分母系数y=filter(b,a,x);holdonstem(n,real(y),'r*')legend('x(n)','y(n)');title('输入输出序列对比')代码3fs=2000;fc1=300;fc2=600;N=10;%阶数设置为10wlp=fc1/(fs/2);whp=fc2/(fs/2);wn=[wlp,whp];%计算带通范围%矩形窗带通滤波器w1=boxcar(N);%矩形窗时域响应b1=fir1(N-1,wn,w1);[h,w]=freqz(b1,1,256,fs);subplot(2,3,1)plot(w,20*log10(abs(h)));xlabel('frequencyHz');ylabel('magnitude/dB');title('矩形窗函数的幅频特性');subplot(2,3,4)plot(w,180/pi*unwrap(angle(h)));xlabel('frequencyHz');ylabel('phase');title('矩形窗函数的相频特性');%巴特沃斯带通滤波器[b,a]=butter(N,wn);[h1,w1]=freqz(b,a,256,fs);subplot(2,3,2)plot(w1,20*log10(abs(h1)/max(abs(h1))));xlabel('frequencyHz');ylabel('magnitude/dB');9title('巴特沃斯的幅频特性');subplot(2,3,5)plot(w1,180/pi*(angle(h1)));xlabel('frequencyHz');ylabel('phase');title('巴特沃斯的相频特性');%椭圆带通滤波器rs=60;rp=0.1;%椭圆带通滤波器的指标[B,A]=ellip(N,rp,rs,wn)[h2,w2]=freqz(B,A,256,fs);subplot(2,3,3)plot(w2,20*log10(abs(h2)/max(abs(h2))));xlabel('frequencyHz');ylabel('magnitude/dB');title('椭圆滤波器的幅频特性');subplot(2,3,6)plot(w2,180/pi*(angle(h2)));xlabel('frequencyHz');ylabel('phase');title('椭圆滤波器的相频特性');六、实验结果1．原始序列及得到的奇偶序列如下图所示2.1差分方程表示如下()()(4)0.8145*(4)ynxnxnyn102.2计算出的幅频和相频图如下2.3输入序列与滤波器的输出序列如下图所示分析结果可知，输出相对于输入在相位上有一定的延迟，幅度上有了提升。两个11正弦信号在对应的频率处均有一定给成都上的幅度增加和相位延迟3．带通滤波器设计根据上图结构可以看出：巴特沃斯带通滤波器的通带无波动，且设计出来的滤波器结构简单，相频变化表现较差，但带外衰减速度较慢。椭圆滤波器的通带有一定的波动起伏，边带截止频率非常陡峭，相频表现差。矩形窗函数带通滤波器通带有一定的波动，边带截止频率变现位于三者的中等，相频变化表现较好。12实验三基于MATLAB的图像处理实验一、实验目的及要求1．了解图像处理的基本概念和功能；2.掌握利用MATLAB进行图像处理的方法；3.了解图像处理工具箱中一些函数的功能；二、实验设备（环境）及要求1．计算机2．Matlab软件编程实验平台三、实验内容1．对cameraman.tif图像分别添加椒盐噪声（密度为0.03）和高斯白噪声（均值为0，方差为0.02）的图像，利用三种方法进行去噪，显示原始图像、加噪图像和去噪图像并对实验结果进行分析。2.对lena.bmp图像进行DCT变换，分别选取最大的1/5、1/10、1/15个变换系数(其余置为0)，进行反DCT得到重构图像，显示原图像和各重构图像并分别计算重构图像的峰值信噪比。四、设计思想1.使用matlab的imnoise函数为图