信号分析报告与处理答案详解第二版

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第二章习题参考解答

2.1 求下列系统的阶跃响应和冲激响应。

(1)

解当激励为时,响应为,即:

由于方程简单,可利用迭代法求解:

,,

…,

由此可归纳出的表达式:

利用阶跃响应和冲激响应的关系,可以求得阶跃响应:

(2)

解(a)求冲激响应

,当时,。

特征方程,解得特征根为。所以:

…(2.1.2.1)

通过原方程迭代知,,,代入式(2.1.2.1)中得:

解得,代入式(2.1.2.1):

…(2.1.2.2)

可验证满足式(2.1.2.2),所以:

(b)求阶跃响应

通解为

特解形式为,,代入原方程有,即完全解为

通过原方程迭代之,,由此可得

解得,。所以阶跃响应为:

(3)

(4)

当t>0时,原方程变为:。

…(2.1.3.1)

…(2.1.3.2) 将(2.1.3.1)、(2.1.3.2)式代入原方程,比较两边的系数得:

阶跃响应:

2.2 求下列离散序列的卷积和。

(1)

解用表格法求解

(2)

解用表格法求解

(3)和如题图2.2.3所示

解用表格法求解

(4)

(5)

(6)

解参见右图。

当时:

当时:

当时:

当时:

当时:

(7) ,

解参见右图:

当时:

当时:

当时:

当时:

当时:

(8)

解参见右图

当时:

当时:

当时:

当时:

数字信号处理答案解析

1-1画出下列序列的示意图 (1) (2) (3) (1) (2)

(3) 1-2已知序列x(n)的图形如图1.41,试画出下列序列的示意图。 图1.41信号x(n)的波形 (1)(2)

(3) (4) (5)(6) (修正:n=4处的值为0,不是3)(修正:应该再向右移4个采样点)1-3判断下列序列是否满足周期性,若满足求其基本周期 (1) 解:非周期序列; (2) 解:为周期序列,基本周期N=5; (3)

解:,,取 为周期序列,基本周期。 (4) 解: 其中,为常数 ,取,,取 则为周期序列,基本周期N=40。 1-4判断下列系统是否为线性的?是否为移不变的? (1)非线性移不变系统 (2) 非线性移变系统(修正:线性移变系统) (3) 非线性移不变系统 (4) 线性移不变系统 (5) 线性移不变系统(修正:线性移变系统)1-5判断下列系统是否为因果的?是否为稳定的? (1) ,其中因果非稳定系统 (2) 非因果稳定系统 (3) 非因果稳定系统 (4) 非因果非稳定系统

(5) 因果稳定系统 1-6已知线性移不变系统的输入为x(n),系统的单位脉冲响应为h(n),试求系统的输出y(n)及其示意图 (1) (2) (3) 解:(1) (2) (3)

1-7若采样信号m(t)的采样频率fs=1500Hz,下列信号经m(t)采样后哪些信号不失真? (1) (2) (3) 解: (1)采样不失真 (2)采样不失真 (3) ,采样失真 1-8已知,采样信号的采样周期为。 (1) 的截止模拟角频率是多少? (2)将进行A/D采样后,的数字角频率与的模拟角频率的关系如何? (3)若,求的数字截止角频率。 解: (1) (2) (3)

数字信号处理期末实验 语音信号分析与处理

山东建筑大学信电学院课程设计说明书 语音信号分析与处理 摘要 用MATLAB对语音信号进行分析与处理,采集语音信号后,在MATLAB软件平台进行频谱分析;并对所采集的语音信号加入干扰噪声,对加入噪声的信号进行频谱分析,设计合适的滤波器滤除噪声,恢复原信号。 数字滤波器是数字信号处理的基础,用来对信号进行过滤、检测和参数估计等处理。IIR数字滤波器最大的优点是给定一组指标时,它的阶数要比相同组的FIR 滤波器的低的多。信号处理中和频谱分析最为密切的理论基础是傅立叶变换(FT)。离散傅立叶变换(DFT)和数字滤波是数字信号处理的最基本内容。 关键词:MATLAB;语音信号;加入噪声;滤波器;滤波 1. 设计目的与要求 (1)待处理的语音信号是一个在20Hz~20kHz频段的低频信号。 (2)要求MATLAB对语音信号进行分析和处理,采集语音信号后,在MATLAB平台进行频谱分析;并对所采集的语音信号加入干扰噪声,对加入噪声的信号进行频谱分析,设计合适的滤波器进行滤除噪声,恢复原信号。 1 山东建筑大学信电学院课程设计说明书

2. 设计步骤 (1)选择一个语音信号或者自己录制一段语音文件作为分析对象; (2)对语音信号进行采样,并对语音信号进行FFT频谱分析,画出信号的时域波形图和频谱图; (3)利用MATLAB自带的随机函数产生噪声加入到语音信号中,对语音信号进行回放,对其进行FFT频谱分析; (4)设计合适滤波器,对带有噪声的语音信号进行滤波,画出滤波前后的时域波形图和频谱图,比较加噪前后的语音信号,分析发生的变化; (5)对语音信号进行回放,感觉声音变化。 3. 设计原理及内容 3.1 理论依据 (1)采样频率:采样频率(也称采样速度或者采样率)定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率只能用 于周期性采样的采样器,对于非周期采样的采样器没有规则限制。通俗的讲,采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的音质、音调,衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高,即采样的间隔时间越短,则在单位之间内计算机得到的声音样本数据就越多,对声音波形的表示也越精确。(2)采样位数:即采样值或取样值,用来衡量声音波动变化的参数。 (3)采样定理:在进行模拟/数字信号的的转换过程中,当采样频率f大于信s.max 号中,最高频率f的2倍时,即:f>=2f,则采样之后的数字信号完整的maxmaxs.max 保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的 5~10倍;采样频率又称乃奎斯特定理。 (4)时域信号的FFT分析:信号的频谱分析就是计算信号的傅立叶变换。连续信号与系统的傅立叶分析显然不便于直接用计算机进行计算,使其应用受到限制。而FFT是一种时域和频域均离散化的变换,适合数值计算,成为用计算机分析 离2 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 散信号和系统的的有力工具。对连续信号和系统,可以通过时域采样,应用DFT 进行近似谱分析。

信号分析与处理习题

2.1 有一个理想采样系统,其采样角频率Ωs =6π,采样后经理想低通滤波器H a (j Ω)还原,其中 ?? ???≥Ω<Ω=Ωππ 3032 1 )(,,j H a 现有两个输入,x 1(t )=cos2πt ,x 2(t )=cos5πt 。试问输出信号y 1(t ),y 2(t )有无失真?为什么? 分析:要想时域采样后能不失真地还原出原信号,则采样角频率Ωs 必须大于等于信号谱最高角频率Ωh 的2倍,即满足Ωs ≥2Ωh 。 解:已知采样角频率Ωs =6π,则由香农采样定理,可得 因为x 1(t )=cos2πt ,而频谱中最高角频率ππ π32621=< =Ωh ,所以y 1(t )无失真; 因为x 2(t )=cos5πt ,而频谱中最高角频率ππ π32 652=>=Ωh ,所以y 2(t )失真。 3.2 设x (n )的傅里叶变换为X (e j ω),试利用X (e j ω )表示下列序列的傅里叶变换: (1) )1()1()(1n x n x n x --+-= (2) )]()([2 1 )(2n x n x n x -+= * 分析:利用序列翻褶后的时移性质和线性性质来求解,即 )()(ωj e X n x ?,)()(ωj e X n x -?- )()(ωωj m j e X e n m x --?- 解:(1)由于)()]([ω j e X n x DTFT =,)()]([ωj e X n x DTFT -=-,则 )()]1([ωωj j e X e n x DTFT --=- )()]1([ωωj j e X e n x DTFT -=-- 故ωωωωω cos )(2])[()]([1j j j j e X e e e X n x DTFT ---=+= (2)由于)()]([ω j e X n x DTFT * * =- 故)](Re[2 ) ()()]([2ωωωj j j e X e X e X n x DTFT =+= * 3.7 试求下列有限长序列的N 点离散傅里叶变换(闭合形式表达式):

信号分析与处理试题

河南科技学院2006-2007学年第二学期期终考试 信号分析与处理试题 适用班级: 注意事项:1 在试卷的标封处填写院(系)、专业、班级、姓名和准考证号。 2 考试时间共100分。 一、单项选择题(本大题共10小题,每题2分,共20分) 1.下列单元属于动态系统的是( ) A. 电容器 B.电阻器 C.数乘器 D.加法器 2.单位阶跃函数()u t 和单位冲激函数()t δ的关系是( ) A.()/()d t dt u t δ= B.()/()du t dt t δ= C.()()u t t δ= D.()2()u t t δ= 3.()()f t t dt δ∞-∞=?( ) A.()f t B.()t δ C.(0)f D.(0)δ 4.单位冲激函数()t δ的()F j ω=( ) A .0 B.-1 C.1 D.2 5.设()f t 的频谱为()F j ω,则利用傅里叶变换的频移性质,0()j t f t e ω的频谱为( ) A.0()F j ω B.()F j ω C.0[()]F j ωω+ D.0[()]F j ωω- 6.设1()f t 的频谱为1()F j ω,2()f t 的频谱为2()F j ω,利用傅里叶变换卷积定理,12()()f t f t *的频谱为( ) A.1()F j ω B.2()F j ω C.11()()F j F j ωω* D.11()()F j F j ωω 7.序列()n m δ-的Z 变换为( ) A.m z B.m z - C.m D.m - 8.单边指数序列()n a u n ,当( )时序列收敛 A.1a < B.1a ≤ C.1a > D.1a ≥ 9.取样函数()/Sa t sint t =,则(0)Sa =( ) A.0 B.1 C.2 D.3 10.设实函数()f t 的频谱()()()F j R jX ωωω=+,下列叙述正确的是( )

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81 为了看清图3.3.4中交叉项的行为,我们将该图作了旋转,因此,水平方向为频率,垂直方向为时间。 图3.3.3 例3.3.3的WVD 图3.3.4 例3.3.4的WVD 例3.3.5 令 ()21 4 2 t x t e ααπ-??= ??? (3.3.5) 可求出其WVD 为 ()22,2exp[]x W t t ααΩ=--Ω (3.3.6) 这是一个二维的高斯函数,,且()Ω,t W x 是恒正的,如图3.3.5所示。 由该图可以看出,该高斯信号的WVD 的中心在()()0,0,=Ωt 处,峰值为2。参数α控制了WVD 在时间和频率方向上的扩展。α越大,在时域扩展越小,而在频域扩展越大,反之亦然。其WVD 的等高线为一椭圆。当WVD 由峰值降到1 -e 时,该椭圆的面积π=A 。它反映了时-频平面上的分辨率。 如果令 ()21 42t h t e ααπ-??= ???,()214 2 t x t e ββπ-??= ??? ,则()t x 的谱图 ()?? ????Ω+-+-+=Ω222 1exp 2,βαβααββααβ t t STFT x (3.3.7)

82 图3.3.5 例3.3.5的WVD,(a )高斯信号,(b )高斯信号的WVD 它也是时-频平面上的高斯函数。当其峰值降到1 -e 时,椭圆面积π2=A 。这一结果说明,WVD 比STFT 有着更好的时-频分辨率。 如果令 ()()t j e t t x t x 001Ω-= (3.3.8) 式中()t x 是(3.3.5)式的高斯函数。()t x 1是()t x 的时移加调制,其WVD 是: ()12 2 00,2exp[()()/]x W t t t ααΩ=---Ω-Ω (3.3.9) 它将(3.3.6)式的()Ω,t W x 由()()0,0,=Ωt 移至()()00,,Ω=Ωt t 处。其WVD 图形请读者自己画出。 例3.3.6 令 ()2201 4 22j t t j t z t e e e αβαπΩ-??= ??? (3.3.10) 它是由(3.3.5)式的()t x 与

数字信号处理试题和答案 (1)

一. 填空题 1、一线性时不变系统,输入为x(n)时,输出为y(n);则输入为2x(n)时,输出为2y(n) ;输入为x(n-3)时,输出为y(n-3) 。 2、从奈奎斯特采样定理得出,要使实信号采样后能够不失真还原,采样频率fs与信号最高频率f max关系为:fs>=2f max。 3、已知一个长度为N的序列x(n),它的离散时间傅立叶变换为X(e jw),它的N点离散傅立叶变换X(K)是关于X(e jw)的N 点等间隔采样。 4、有限长序列x(n)的8点DFT为X(K),则X(K)= 。 5、用脉冲响应不变法进行IIR数字滤波器的设计,它的主要缺点是频谱的交叠所产生的现象。 6.若数字滤波器的单位脉冲响应h(n)是奇对称的,长度为N,则它的对称中心是(N-1)/2 。 7、用窗函数法设计FIR数字滤波器时,加矩形窗比加三角窗时,所设计出的滤波器的过渡带比较窄,阻带衰减比较小。 8、无限长单位冲激响应(IIR)滤波器的结构上有反馈环路,因此是递归型结构。 9、若正弦序列x(n)=sin(30nπ/120)是周期的,则周期是N= 8 。 10、用窗函数法设计FIR数字滤波器时,过渡带的宽度不但与窗的类型有关,还与窗的采样点数有关 11.DFT与DFS有密切关系,因为有限长序列可以看成周期序列的主值区间截断,而周期序列可以看成有限长序列的周期延拓。 12.对长度为N的序列x(n)圆周移位m位得到的序列用x m (n)表示,其数学表达式为 x m (n)= x((n-m)) N R N (n)。 13.对按时间抽取的基2-FFT流图进行转置,并将输入变输出,输出变输入即可得到按频率抽取的基2-FFT流图。 14.线性移不变系统的性质有交换率、结合率和分配律。 15.用DFT近似分析模拟信号的频谱时,可能出现的问题有混叠失真、泄漏、栅栏效应和频率分辨率。

数字信号处理期末试卷及答案

A 一、选择题(每题3分,共5题) 1、 )6 3()(π-=n j e n x ,该序列是 。 A.非周期序列 B.周期6 π = N C.周期π6=N D. 周期π2=N 2、 序列)1()(---=n u a n x n ,则)(Z X 的收敛域为 。 A.a Z < B.a Z ≤ C.a Z > D.a Z ≥ 3、 对)70() (≤≤n n x 和)190()(≤≤n n y 分别作20 点 DFT ,得 )(k X 和)(k Y , 19,1,0),()()( =?=k k Y k X k F ,19,1,0)],([)( ==n k F IDFT n f , n 在 范围内时,)(n f 是)(n x 和)(n y 的线性卷积。 A.70≤≤n B.197≤≤n C.1912≤≤n D.190≤≤n 4、 )()(101n R n x =,)()(72n R n x =,用DFT 计算二者的线性卷积,为使计算量尽可能的少,应使DFT 的长度N 满足 。 A.16>N B.16=N C.16

信号分析与处理答案第二版完整版

信号分析与处理答案第 二版 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

第二章习题参考解答 求下列系统的阶跃响应和冲激响应。 (1) 解当激励为时,响应为,即: 由于方程简单,可利用迭代法求解: ,, …, 由此可归纳出的表达式: 利用阶跃响应和冲激响应的关系,可以求得阶跃响应: (2) 解 (a)求冲激响应 ,当时,。 特征方程,解得特征根为。所以: …(2.1.2.1) 通过原方程迭代知,,,代入式(2.1.2.1)中得:解得,代入式(2.1.2.1): …(2.1.2.2) 可验证满足式(2.1.2.2),所以: (b)求阶跃响应 通解为 特解形式为,,代入原方程有,即 完全解为 通过原方程迭代之,,由此可得 解得,。所以阶跃响应为: (3)

解 (4) 解 当t>0时,原方程变为:。 …(2.1.3.1) …(2.1.3.2) 将(2.1.3.1)、式代入原方程,比较两边的系数得: 阶跃响应: 求下列离散序列的卷积和。 (1) 解用表 格法求 解 (2) 解用表 格法求 解 (3) 和 如题图2.2.3所示 解用表 格法求 解

(4) 解 (5) 解 (6) 解参见右图。 当时: 当时: 当时: 当时: 当时: (7) , 解参见右图: 当时: 当时: 当时: 当时: 当时: (8) ,解参见右图

当时: 当时: 当时: 当时: (9) , 解 (10) , 解 或写作:

求下列连续信号的卷积。 (1) , 解参见右图: 当时: 当时: 当时: 当时: 当时: 当时: (2) 和如图2.3.2所示 解当时: 当时: 当时: 当时: 当时: (3) , 解 (4) , 解 (5) , 解参见右图。当时:当时: 当时:

信号分析与处理课后习题答案

信号分析与处理课后习题答案 第五章快速傅里叶变换 1.如果一台通用计算机的速度为平均每次复乘需要50us ,每次复加需要10us ,用来就散N=1024点的DFT ,问: (1)直接计算需要多少时间?用FFT 计算呢? (2)照这样计算,用FFT 计算快速卷积对信号进行处理是,估计可实现实时处理的信号最高频率? 解: 分析:直接利用DFT 计算:复乘次数为N 2,复加次数为N(N-1); 利用FFT 计算:复乘次数为20.5log N N ,复加次数为2log N N ; (1) 直接DFT 计算: 复乘所需时间2215010245052.4288T N us us s =?=?= 复加所需时间2(1)101024(10241)1010.47552T N N us us s =-?=-?= 所以总时间1262.90432DFT T T T s =+= FFT 计算: 复乘所需时间3220.5log 500.51024log 1024500.256T N N us us s =?=???= 复加所需时间422log 101024log 1024100.1024T N N us us s =?=??= 所以总时间为340.3584FFT T T T s =+= (2) 假设计算两个N 长序列1()x n 和2()x n 的卷积 计算过程为如下: 第一步:求1()X k ,2()X k ;所需时间为2FFT T ? 第二步:计算12()()()X k X k X k =?,共需要N 次复乘运算 所需时间为501024500.0512To N us us s =?=?= 第三步:计算(())IFFT X k ,所需时间为FFT T 所以总时间为230.35840.0512 1.1264FFT T T To s s s =?+=?+= 容许计算信号频率为N/T=911.3Hz 2.设x(n)是长度为2N 的有限长实序列,()X k 为x(n)的2N 点得DFT 。

信号分析与处理模拟试卷

1.具有跳变的信号在其跳变处的导数是一个 a 。 a )强度等于跳变幅度的冲激函数 b) 幅度为无限大的冲激函数 c) 强度为无限大的冲号 d) 理想阶跃信号 2.设 x (n ) 是一个绝对可求和的信号,其有理 z 变换为 X ( z ) 。若已知 X ( z ) 在 z =0.5有一个极点,则 x (n ) 是 c 。 a )有限长信号 b )左边信号 c )右边信号 d )区间信号 3. z (t ) = 4t 2δ (2t ? 4) = b 。 a )8δ (t ? 2) b )16δ (t ? 2) c )8 d )16 4. 设两个有限长序列 x (n ) 和 h (n ) 的卷积为 y (n ) = x (n ) ? h (n ) , y (n ) 的长度 L y 与 x (n ) 的长度L x 和 h (n ) 的长度 L h 的关系是 b 。 a ) L y = L x + L h + 1 b ) L y = L x + L h ? 1 c ) L y = L x ? L h + 1 d ) L y = L x ? L h ? 1 5. 已知 x (n ) 的 Z 变换 X ( z ) =?2.5z /(z 2 ? 1.5z ? 1), 则 X ( z ) 可能存在的收敛域是 a a )|Z|<0.5, 0.5<|Z|< 2, |Z|> 2 b) |Z|<0.5, 0.5<|Z|< 2 c) 0.5<|Z|< 2, |Z|> 2 d) |Z|> 2 二.填空题(20分,每空1分) (1)按照信号幅度和时间取值方式的不同,信号可以分为以下几种类型:连续时间信号、离散时间信号、数字信号。 (2)若一个离散时间系统满足__线性__和__时不变性则称为线性时不变系统,线性移不变系统具有因果性的充分必 要条件是系统的单位抽样响应满足下式:__h(n)=0 (当n<0时)___。 (3)快速傅里叶变换(FFT )并不是一种新的变换形式,但它应用了系数kn N W 的_对称性__周期性__可约性__,不断地将长序列的DFT 分解成几个短序列的DFT,并减少DFT 的运算次数。其运算量是DFT 的__N 2 /[(N/2)log 2N]__倍。 (4)求积分 dt )t ()t (212-+? ∞ ∞ -δ的值为 5 。 (5)线性系统是同时具有 齐次性 和 叠加性 的系统。 (6)系统的完全响应也可以分为暂态响应和稳态响应。随着时间t 的增大而衰减为零的部分 称为系统的暂态响应 ,其余部分为系统的 稳态响应 。 (7)周期信号频谱3个典型特点:离散性、谐波性、收敛性. (8)模拟滤波器设计IIR 数字滤波器的方法有 冲激响应不变法 和 双线性变换法 。 一、判断下列说法的正误,正确请在括号里打“√”,错误请打“×”。(10分,每小题2分) 1.单位冲激函数总是满足)()(t t -=δδ ( √ ) 2.满足绝对可积条件 ∞

《信号分析与处理》(第二版)-徐科军、黄云志-课后标准答案

《信号分析与处理》(第二版)-徐科军、黄云志-课后答案

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:

Chap1. 1.4 ()()()()()()()()()()()() ()()()()()()()121 2 122 12112 2 121 2 2 2y 11102 y 0.5111 y 0.5 1.513y 0 13 013 y 0.5111 0.5 1.513t t t t t x t x t x x t d x x t x x t d t d t t t x x t d t d t t t t t or t t or t t t t t t t τττ ττττ τττττττττττ+∞ -∞ ----=*=-=-≤≤???=≤≤??=-= -=+-<≤=-= -=-++<<=≤-≥≤-≥??=+-<≤??-++<

()()[] ()()()[]()()()∑∞ =? ? ? ???Ω-Ω-+=- =-= =??? ??<≤<≤-=1002212 2 01cos cos cos 1cos 141cos 1cos 1 5 .0202 20 (a)n n n t n n n t n n n t x n n b n n a a T t t T t T t x πππππ πππ 代入公式得: ()() ()()() ()[] ()()[]()()∑∞ =Ω-? ? ? ???Ω-Ω-+=- =-= ==Ω=Ω-=1002222 2 012 212cos 1cos cos 11411cos 11 5.0cos 2 (b)n n n T jn t n n t n n n t x n b n n a a n n X e n X T t x t x πππππππ得到:根据时移性质: ()() ()()()[]()()[]() ∑?∑∞ =-∞ =Ω-+=-=Ω==Ω+=102232 20 2 0201 00 3cos cos 12 21cos 12cos 41 cos 2 (c)n T n n n t n n n t x n n dt t n t x T a a t n a a t x ππ ππ偶对称, 1.12 ()()dt e t x j X t j ?+∞ ∞ -Ω-=Ω频谱密度函数:

数字信号处理习题及答案

==============================绪论============================== 1. A/D 8bit 5V 00000000 0V 00000001 20mV 00000010 40mV 00011101 29mV ==================第一章 时域离散时间信号与系统================== 1. ①写出图示序列的表达式 答:3)1.5δ(n 2)2δ(n 1)δ(n 2δ(n)1)δ(n x(n)-+---+++= ②用δ(n) 表示y (n )={2,7,19,28,29,15} 2. ①求下列周期 ②判断下面的序列是否是周期的; 若是周期的, 确定其周期。 (1)A是常数 8ππn 73Acos x(n)??? ? ??-= (2))8 1 (j e )(π-=n n x 解: (1) 因为ω= 73π, 所以314 π2=ω, 这是有理数, 因此是周期序列, 周期T =14。 (2) 因为ω= 81, 所以ω π2=16π, 这是无理数, 因此是非周期序列。 ③序列)Acos(nw x(n)0?+=是周期序列的条件是是有理数2π/w 0。 3.加法 乘法 序列{2,3,2,1}与序列{2,3,5,2,1}相加为__{4,6,7,3,1}__,相乘为___{4,9,10,2} 。 移位 翻转:①已知x(n)波形,画出x(-n)的波形图。 ② 尺度变换:已知x(n)波形,画出x(2n)及x(n/2)波形图。 卷积和:①h(n)*求x(n),其他0 2 n 0n 3,h(n)其他03n 0n/2设x(n) 例、???≤≤-=???≤≤= ②已知x (n )={1,2,4,3},h (n )={2,3,5}, 求y (n )=x (n )*h (n ) x (m )={1,2,4,3},h (m )={2,3,5},则h (-m )={5,3,2}(Step1:翻转)

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320 第11章 正交小波构造 我们在上一章中集中讨论了离散小波变换中的多分辨率分析,证明了在空间0V 中存在正交归一基}),({Z k k t ∈-φ,由)(t φ作尺度伸缩及位移所产生的},),({,Z k j t k j ∈φ是j V 中的正交归一基。)(t φ是尺度函数,在有的文献中又称其为“父小波”。同时,我们假定j V 的正交补空间j W 中也存在正交归一基},),({,Z k j t k j ∈ψ,它即是小波基,)(t ψ为小波函数,又称“母小波”。本章,我们集中讨论如何构造出一个正交小波)(t ψ。所谓“正交小波”,指的 是由)(t ψ生成的}),({Z k k t ∈-ψ,或j W 空间中的正交归一基},),({,Z k j t k j ∈ψ。 Daubechies 在正交小波的构造中作出了突出的贡献。本章所讨论的正交小波的构造方法即是以她的理论为基础的。 11.1 正交小波概述 现在举两个大家熟知的例子来说明什么是正交小波及对正交小波的要求, 一是Haar 小波,二是Shannon 小波。 1.Haar 小波 我们在10.1节中已给出Haar 小波的定义及其波形,见图10.1.1(d),Haar 小波的尺度函数 )(t φ如图10.1.1(a)所示。重写其定义,即 ??? ??-=011 )(t ψ 其它12/12/10<≤<≤t t (11.1.1) ? ??=01 )(t φ 其它10<≤t (11.1.2) 显然, )(t ψ的整数位移互相之间没有重叠,所以)()(),(' 'k k k t k t -=--δψψ,即它们

321 是正交的。同理, )()(),(',,' k k t t k j k j -=δψψ。 很容易推出)(t ψ和)(t φ的傅里叶变换是 4 /4 /sin )(22 /ωωωωj je -=ψ 2 /2 /sin )(2 /ωωωωj e -=Φ 注意式中ω实际上应为Ω。由于Haar 小波在时域是有限支撑的,因此它在时域有着极好的定位功能。但是,由于时域的不连续引起频域的无限扩展,因此,它在频域的定位功能极差,或者说频域的分辨率极差。 上一章指出,Haar 小波对应的二尺度差分方程中的滤波器是: ??????=21,21)(0n h ,??????-=21,2 1 )(1 n h (11.1.5) 它们是最简单的两系数滤波器。 2.Shannon 小波 令 t t t ππφsin )(= (11.1.6) 则 ?? ?=Φ01)(ω 其它π ω≤ (11.1.7) 由于 ?ΦΦ= --ωωωπ φφd k t k t k k )()(21 )(),(',0*,0' )(21')(' k k d e k k j -==? ---δωπ π π ω (11.1.8) 所以{}Z k k t ∈-),(φ构成0V 中的正交归一基。)(t φ称为Shannon 小波的尺度函数。 由于0,0)(V t k ∈φ,100-=⊕V W V ,由二尺度性质,1)2(V k t ∈-φ,因此 ???=Φ-0 1 )(,1ωk 其它πω2≤ (11.1.9) 这样,对0)(W t ∈ψ,有

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学年第二学期期末考试 信号分析与处理试卷(A) 使用班级答题时间120分钟 一、判断题(本大题共10小题,每题2分,共20分) 1、单位冲激函数总是满足)t ( )t(- =δ δ。() 2、满足绝对可积条件∞ < ?∞∞-dt)t(f的信号一定存在傅立叶变换,不满足这一条件的信号一定不存在傅立叶变换。() 3、非周期信号的脉冲宽度越小,其频带宽度越宽。() 4、所有周期信号的频谱都是离散谱,并且随频率的增高,幅度谱总是渐小的。() 5、离散时间信号的频谱都是周期的。() 6、信号()()2 7/ 8 cos+ =n n xπ是周期信号。() 7、信号0 )4 (2= - ?∞∞-dt t δ。() 8、因果系统时指系统在 t时刻的响应只与 t t=时刻的输入有关() 9、线性系统是指系统同时满足叠加性和齐次性() 10、过渡带即为通带与阻带之间的频率范围。() 二、填空题(本大题共9小题10个空,每空2分,共20分) 1、我们把声、光、电等运载消息的物理量称为。 2、幅度有限的周期信号是信号。 3、已知}1 ,3,2{ ) ( 1 - = k f,}2,0,0,1,3{ ) ( 2 = k f,则卷积和f1(k)*f2(k)= 。 4、若信号f(t)的最高频率是2kHz,则t) f(2的乃奎斯特抽样频率为。 5、若一个离散时间系统满足_____________和____________,则称为线性时不变系统。 6、实现滤波功能的系统称为_____________。 7、 () 12 1 4 t dt δ - -= ? 8、 sin 22 t t ππ δ ???? -*+= ? ? ???? 9、周期信号频谱3个典型特点:离散性、谐波性、。 三、选择题(本大题共10小题,每题2分,共20分)

信号分析与处理课后习题答案

信号分析与处理课后习题答案 第五章 快速傅里叶变换 1.如果一台通用计算机的速度为平均每次复乘需要50us ,每次复加需要10us ,用来就散N=1024点的DFT ,问: (1)直接计算需要多少时间?用FFT 计算呢? (2)照这样计算,用FFT 计算快速卷积对信号进行处理是,估计可实现实时处理的信号最高频率? 解: 分析:直接利用DFT 计算:复乘次数为N 2,复加次数为N(N-1); 利用FFT 计算:复乘次数为20.5log N N ,复加次数为2log N N ; (1) 直接DFT 计算: 复乘所需时间2215010245052.4288T N us us s =?=?= 复加所需时间2(1)101024(10241)1010.47552T N N us us s =-?=-?= 所以总时间1262.90432DFT T T T s =+= FFT 计算: 复乘所需时间3220.5log 500.51024log 1024500.256T N N us us s =?=???= 复加所需时间422log 101024log 1024100.1024T N N us us s =?=??= 所以总时间为340.3584FFT T T T s =+= (2) 假设计算两个N 长序列1()x n 和2()x n 的卷积 计算过程为如下: 第一步:求1()X k ,2()X k ;所需时间为2FFT T ? 第二步:计算12()()()X k X k X k =?,共需要N 次复乘运算 所需时间为501024500.0512To N us us s =?=?= 第三步:计算(())IFFT X k ,所需时间为FFT T 所以总时间为230.35840.0512 1.1264FFT T T To s s s =?+=?+= 容许计算信号频率为N/T=911.3Hz 2.设x(n)是长度为2N 的有限长实序列,()X k 为x(n)的2N 点得DFT 。

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三、计算题 1、已知10),()(<<=a n u a n x n ,求)(n x 的Z 变换及收敛域。 (10分) 解:∑∑∞ =-∞ -∞=-= = )()(n n n n n n z a z n u a z X 1 111 )(-∞=--== ∑ az z a n n ||||a z > 2、设)()(n u a n x n = )1()()(1--=-n u ab n u b n h n n 求 )()()(n h n x n y *=。(10分) 解:[]a z z n x z X -=? =)()(, ||||a z > []b z a z b z a b z z n h z H --=---= ?=)()(, ||||b z > b z z z H z X z Y -= =)()()( , |||| b z > 其z 反变换为 [])()()()()(1n u b z Y n h n x n y n =?=*=- 3、写出图中流图的系统函数。(10分) 解:2 1)(--++=cz bz a z H 2 1124132)(----++= z z z z H 4、利用共轭对称性,可以用一次DFT 运算来计算两个实数序列的DFT ,因而可以减少计算量。设都是N 点实数序列,试用一次DFT 来计算它们各自的DFT : [])()(11k X n x DFT = []) ()(22k X n x DFT =(10分)。 解:先利用这两个序列构成一个复序列,即 )()()(21n jx n x n w +=

即 [][])()()()(21n jx n x DFT k W n w DFT +== []()[]n x jDFT n x DFT 21)(+= )()(21k jX k X += 又[])(Re )(1n w n x = 得 [])(})({Re )(1k W n w DFT k X ep == [] )())(()(2 1*k R k N W k W N N -+= 同样 [])(1 })({Im )(2k W j n w DFT k X op == [] )())(()(21*k R k N W k W j N N --= 所以用DFT 求出)(k W 后,再按以上公式即可求得)(1k X 与)(2k X 。 5、已知滤波器的单位脉冲响应为)(9.0)(5n R n h n =求出系统函数,并画出其直接型 结构。(10分) 解: x(n) 1-z 1-z 1-z 1-z 1 9.0 2 9.0 3 9.0 4 9.0 y(n) 6、略。 7、设模拟滤波器的系统函数为 31 11342)(2+-+=++=s s s s s H a 试利用冲激响应不变法,设计IIR 数字滤波器。(10分) 解 T T e z T e z T z H 31111)(-------=

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1 第1章 信号分析基础 1.1 信号的时-频联合分析 我们生活在一个信息社会里,而信息的载体就是我们本书要讨论的主题——信号。在我们身边以及在我们身上,信号是无处不在的。如我们随时可听到的语音信号,随时可看到的视频图像信号,伴随着我们生命始终的心电信号,脑电信号以及心音、脉搏、血压、呼吸等众多的生理信号。 对一个给定的信号,如)(t x ,我们可以用众多的方法来描述它,如)(t x 的函数表达式, 通过傅立叶变换所得到的)(t x 的频谱,即)(Ωj X ,再如)(t x 的相关函数,其能量谱或功率谱等。在这些众多的描述方法中,有两个最基本的物理量,即时间和频率。显然,时间和频率与我们的日常生活关系最为密切,我们时时可以感受到它们的存在。时间自不必说,对频率,如夕阳西下时多变的彩霞,音乐会上那优美动听的旋律以及在一片寂静中突然冒出的一声刺耳的尖叫等,这些都包含了丰富的频率内容。正因为如此,时间和频率也成了描述信号行为的两个最重要的物理量。 信号是变化着的,变化着的信号构成了我们周围五彩斑斓的世界。此处所说的“变化”,一是指信号的幅度随时间变化,二是指信号的频率内容随时间变化。幅度不变的信号是“直流”信号,而频率内容不变的信号是由单频率信号,或多频率信号所组成的信号,如正弦波、方波、三角波等。不论是“直流”信号还是正弦类信号都只携带着最简单的信息。 给定了信号)(t x 的函数表达式,或x 随t 变化的曲线,我们可以由此得出在任一时刻处 该信号的幅值。如果想要了解该信号的频率成分,即“在××Hz 处频率分量的大小”,则可通过傅立叶变换来实现,即 ?∞ ∞ -Ω-=Ωdt e t x j X t j )()( (1.1.1a ) ? ∞ ∞ -ΩΩΩ= d e j X t x t j )()(21π (1.1.1b ) 式中f π2=Ω,单位为弧度/秒,将)(Ωj X 表示成) (|)(|ΩΩ?j e j X 的形式,即可得到 |)(|Ωj X 和)(Ω?随Ω变化的曲线,我们分别称之为)(t x 的幅频特性和相频特性。 如果我们想知道在某一个特定时间,如0t ,所对应的频率是多少,或对某一个特点的频

《数字信号处理》第三版答案(非常详细完整)

答案很详细,考试前或者平时作业的时候可以好好研究,祝各位考试 成功!! 电子科技大学微电子与固体电子学钢教授著 数字信号处理课后答案 1.2 教材第一章习题解答 1. 用单位脉冲序列()n δ及其加权和表示题1图所示的序列。 解: ()(4)2(2)(1)2()(1)2(2)4(3) 0.5(4)2(6) x n n n n n n n n n n δδδδδδδδδ=+++-+++-+-+-+-+- 2. 给定信号:25,41()6,040,n n x n n +-≤≤-?? =≤≤??? 其它 (1)画出()x n 序列的波形,标上各序列的值; (2)试用延迟单位脉冲序列及其加权和表示()x n 序列; (3)令1()2(2)x n x n =-,试画出1()x n 波形; (4)令2()2(2)x n x n =+,试画出2()x n 波形; (5)令3()2(2)x n x n =-,试画出3()x n 波形。 解: (1)x(n)的波形如题2解图(一)所示。 (2) ()3(4)(3)(2)3(1)6() 6(1)6(2)6(3)6(4) x n n n n n n n n n n δδδδδδδδδ=-+-+++++++-+-+-+-

(3)1()x n 的波形是x(n)的波形右移2位,在乘以2,画出图形如题2解图(二)所示。 (4)2()x n 的波形是x(n)的波形左移2位,在乘以2,画出图形如题2解图(三)所示。 (5)画3()x n 时,先画x(-n)的波形,然后再右移2位,3()x n 波形如 5. 设系统分别用下面的差分方程描述,()x n 与()y n 分别表示系统输入和输出,判断系统是否是线性非时变的。 (1)()()2(1)3(2)y n x n x n x n =+-+-; (3)0()()y n x n n =-,0n 为整常数; (5)2()()y n x n =; (7)0()()n m y n x m ==∑。 解: (1)令:输入为0()x n n -,输出为 '000' 0000()()2(1)3(2) ()()2(1)3(2)() y n x n n x n n x n n y n n x n n x n n x n n y n =-+--+---=-+--+--= 故该系统是时不变系统。 12121212()[()()] ()()2((1)(1))3((2)(2)) y n T ax n bx n ax n bx n ax n bx n ax n bx n =+=++-+-+-+- 1111[()]()2(1)3(2)T ax n ax n ax n ax n =+-+- 2222[()]()2(1)3(2)T bx n bx n bx n bx n =+-+- 1212[()()][()][()]T ax n bx n aT x n bT x n +=+ 故该系统是线性系统。

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2014-2015学年第一学期期末考试 《信号分析与处理中的数学方法》 学号: 姓名: 注意事项: 1.严禁相互抄袭,如有雷同,直接按照不及格处理; 2.试卷开卷; 3.本考试提交时间为2014年12月31日24时,逾期邮件无效; 4.考试答案以PDF 和word 形式发送到sp_exam@https://www.360docs.net/doc/7510041881.html, 。 1、叙述卡享南—洛厄维变换,为什么该变换被称为最佳变换,何为其实用时的困难所在,举例说明其应用。 解:形为λφ(s ) = ∫C(t,s)φ(t)dt T (1-1) 的方程称为齐次佛莱德霍姆积分方程,其中φ(t )为未知函数,λ是参数,C (t,s )为已知的“核函数”,它定义在[0,T]×[0,T]上,我们假定它是连续的,且是对称的: (t,s)=s (s,t) (1-2) 使积分方程(1-1)有解的参数λ称为该方程的特征值,相应的解φ(t)称为该方程的特征函数。 又核函数可表示为: C(t,s)=∑λn φn (t)φn (s)∞ n=1 (1-3) 固定一个变量(例如t ),则式(1-3)表示以s 为变量的函数C(t,s)关于正交系{φn (s)} 的傅里叶级数展开,而傅里叶级数正好是λn φn (t)。 设x (t )为一随机信号,则其协方差函数 s(t,s )=s {[x(t)-E{x(t)}][x(s)-E{x(s)}]}是一个非随机

对称函数,而且是非负定的。为了能方便地应用式(1-3),假定C(t,s)是正定的,在多数情况下,这是符合实际的。当然,还假定C(t,s)在[0,T]×[0,T]上连续。 现在用特征函数系{φn (t)}作为基来表示x (t ): x(t)=∑αn φn (t)∞ n=1 (1-4) 其中 αn =∫x (t )φn (t )dt T 因为{φn (t )}是归一化正交系,所以展开式(1-4)类似于傅里叶级数展开。但是因 为x (t )是随机的,从而系数x n 也是随机的,因此这个展开式实际上并不是通常的傅里叶展开。 式(1-4)称为随机信号的卡享南-洛厄维展开。因为这种变换能使变换后的分量互不相关,而且这种展开的截断既能使均方差误差最小,又能使统计影响最小,故具有最优性。 卡享南-洛厄维变换没有固定的变换矩阵,它依赖于给定的随机向量的协方差阵。正是这种变换的特点,也是它在实际使用时的困难所在,因为它需要依照不固定的矩阵求特征值和特征向量。 卡享南-洛厄维变换应用在数据压缩技术中。按照最优化原则的数据压缩技术可以解决通讯和数据传输系统的信道容量不足和计算机存储容量不足的问题。通过对信号作正交变换,根据失真最小的原则在变换域进行压缩。卡享南-洛厄维变换被选用并不是偶然的,因为这种变换消除了原始信号x 的诸分量间的相关性,从而使数据压缩能遵循均方误差最小的准则实施。 2、最小二乘法的三种表现形式是什么?以傅里叶级数展开为例说明其各自的优缺点。 解:希尔伯特空间中线性逼近问题的求解方法称为最小二乘法。通常它有三种不同的表现形式:投影法、求导法和配方法。我们以傅里叶级数展开为例来说明。 投影法: 设X 为希尔伯特空间,{e 1,e 2,e 3……}为X 中的一组归一化正交元素,x 为X 中的某一元素。在子空间M=span{e1,e2,e3……}中求一元素m ,使得 ‖x-m0‖=min‖x?m‖m∈M (2-1) 由于M 中的元素可表示为e 1,e 2,e 3……的线性组合,那么问题就转化为求系数 α 1 ,α2……使得 ‖x-∑a k e k ‖∞ k=1=min 2-2 投影定理指出了最优系数α1,α2……应满足

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