王大偉

摘 要：在信息科學中數(shù)字信號處理是發(fā)展非常迅速的學科。它在通信、雷達、語音與圖像處理等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。本文所研究的是利用MATLAB的可視化圖形用戶界面工具，設計出界面可視性強，操作簡單方便的圖形用戶界面，對數(shù)字信號處理實驗進行模擬，把抽象的內(nèi)容轉(zhuǎn)變成直觀易懂科學演示。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理 MATLAB 圖形用戶界面

中圖分類號：TN911.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0011-01

1 數(shù)字信號處理概述

數(shù)字信號處理是利用數(shù)據(jù)處理專用儀器或者微型計算機，利用采集、變換、濾波、估值、壓縮和識別等多種方式，對數(shù)字信號進行處理，處理成使用者需要的形式。數(shù)字信號處理技術(shù)的實施，實際上就是將模擬信號進行相應的處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀冃枰臄?shù)字信號，這個過程就是數(shù)字信號處理。

1.1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成

本文論述的內(nèi)容為將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，也就是進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過處理的數(shù)字信號，變換成我們所需要的模擬信號，輸出出來為我所用。因此，為了防止出現(xiàn)信號頻譜的重疊和混合，我們在系統(tǒng)中增加抗混疊濾波器，對輸入的信號中高于折疊頻率的分量進行有效地過濾，也就是說將一半采樣頻率的分量去除。然后，進行信號的采樣操作，同時進行模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號。我們利用數(shù)字信號處理器，再對輸出的信號其進行數(shù)字化處理，最終輸出經(jīng)過處理完善后數(shù)字信號。在經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號的變換后，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后，我們通過低通濾波器去除多余的高頻分量信號，最后得出平滑的模擬信號。

1.2 數(shù)字信號處理的特點

數(shù)字信號處理具有以下優(yōu)點。首先，在進行數(shù)字信號處理時，其性能非常穩(wěn)定。第二，數(shù)字信號處理具有很好的可預見性。第三，數(shù)字信號處理可以實現(xiàn)線性相位響應、無損壓縮、糾錯編碼等等功能。第四，其適應性和可編程能力非常好。最后，其研發(fā)的成本更加低廉。

2 數(shù)字信號處理系統(tǒng)設計與開發(fā)

2.1 總體設計

在界面設計過程中，該系統(tǒng)是基于MATLAB開發(fā)的。其圖形用戶界面設計工具在本系統(tǒng)的設計中發(fā)揮了很大的作用。在總體設計時，我們采取了自頂向下的設計方法，首先完成主界面的設計工作，其次，完成各個實驗子界面的設計工作。在程序設計中，我們先編制了系統(tǒng)各子界面的相關(guān)函數(shù)，再編寫主函數(shù)。

2.2 具體功能模塊的設計

本系統(tǒng)包括序列基本計算，數(shù)據(jù)采集，卷積，傅里葉變換，濾波器等多個模塊的設計和研發(fā)。具體內(nèi)容如下：

2.2.1 序列基本計算模塊的設計

在設計序列的基本計算模塊中，我們主要完成了如下功能：信號加為

；信號乘為；改變比例為：；信號折疊為；抽樣和：；抽樣積為；信號能量為；信號功率為。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設計

數(shù)據(jù)采樣模塊設計主要考慮了兩種方式。首先，為了使信號平滑，我們將信號的采樣頻率增加到N倍，得出了的插值。得出的方法是在每相鄰兩個點之間加上N-1個“0”，在行低通濾波處理后，插值變?yōu)榱悖盘柛悠交?。相反，將信號的原采樣頻率減少N倍，得出了對的抽樣。得出的最的方法是在每相鄰兩個點之間值設為“0”即可。

2.2.3 卷積模塊的設計

利用MATLAB的內(nèi)部函數(shù)Conv（），計算兩個有限長序列之間的卷積值。當這兩個序列都在開始，并利用得出卷積值。Conv（）函數(shù)的特點是既不提供也不接受任何定時信息，如果這些序列都有任意位置的話，必須要是的一個起始點和—個結(jié)束點。

2.2.4 濾波器設計模塊的設計

首先根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標，選擇濾波器長度N和理想濾波器頻率響應，由導出

。但是非因果的無限長序列。而要設計的FIR濾波器的是有限長，所以要用一個有限長的來逼近函數(shù)，有效方法是由過渡帶寬及阻帶最小衰減要求，比對各種窗函數(shù)基本參數(shù)選定窗函數(shù)，取窗函數(shù)（有限長度N）截斷，一般表示為：。這里就是窗函數(shù)。求得FIR濾波器的單位抽樣響應（n=0，1，…，N-1），然后根據(jù)序列的傅里葉變換求得。

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)

下面以下采樣為例進行演示， 是設定信號， （為原采樣頻率），采樣點數(shù)為8000，將采樣頻率降為1000 。，即可得到如下結(jié)果。（見圖1）

3.2 離散信號的卷積實現(xiàn)

當系統(tǒng)信號區(qū)間為-3～3時，信號區(qū)間為-1～4，正弦序列頻率為-0.5，復指數(shù)序列中的segma值是10，頻率是-0.05。可以得到如下結(jié)果。（見圖2）

參考文獻

[1] 李強，明艷，余翔，等.數(shù)字信號處理綜合性實驗項目設計[J].數(shù)字通信， 2013（6）.

[2] 王曉燕，呂聯(lián)榮，王鵬宇.MATLAB在數(shù)字信號處理教學改革中的應用[J].科技信息，2010（10）.endprint