THỰC HÀNH XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ BM Kỹ thuật Máy tính

THỰC HÀNH XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ BM Kỹ thuật Máy tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THỰC HÀNH XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ BM Kỹ thuật Máy tính 2009 Danh sách cán tham gia thực TS Đinh Đức Anh Vũ KS Vũ Tuấn Thanh KS Lê Trọng Nhân KS Tôn Thất Đại Hải BM Kỹ thuật Máy tính ii Mục lục Danh sách cán tham gia thực ii Mục lục iii Giới thiệu Chương GIỚI THIỆU MATLAB Tổng quan 1.1 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Khởi động chuẩn bị thư mục làm việc Matlab Các lệnh thông dụng Matlab 1.2 1.2.1 Một vài kiểu liệu 1.2.2 Các lệnh điều khiển 1.2.3 Các phép tính với ma trận 1.3 Bài tập Chương BIỂU DIỄN TÍN HIỆU 2.1 Tóm tắt lý thuyết 2.2 Một vài ví dụ 10 2.3 Bài tập củng cố lý thuyết: 12 2.4 Bài tập kết hợp với Matlab 13 2.5 Bài tập nhà (làm thêm, không bắt buộc): 14 Chương HỆ THỐNG LTI 17 3.1 Tóm tắt lý thuyết 17 3.2 Giới thiệu hàm Matlab liên quan 18 3.3 Một vài ví dụ 18 3.4 Bài tập 19 3.4.1 Bài tập củng cố lý thuyết 19 3.4.2 Một vài tập với Matlab 20 Chương BIẾN ĐỔI Z THUẬN 21 4.1 Tóm tắt lý thuyết 21 4.1.1 Biến đổi Z hệ LTI 21 4.1.2 Biến đổi Z 21 4.2 Một vài ví dụ 21 BM Kỹ thuật Máy tính iii 4.3 Bài tập 22 4.3.1 Bài tập củng cố lý thuyết 22 4.3.2 Bài tập sinh viên tự giải 22 4.3.3 Bài tập với Matlab 23 Chương BIẾN ĐỔI Z NGHỊCH 24 5.1 Tóm tắt lý thuyết 24 5.2 Một vài ví dụ 24 5.3 Bài tập củng cố lý thuyết 25 5.4 Một vài tập thêm 26 5.5 Bài tập tự giải 27 Chương 6.1 TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG TRONG MIỀN TẦN SỐ 29 Tóm tắt lý thuyết 29 6.1.1 Tần số tín hiệu liên tục thời gian tuần hồn 29 6.1.2 Tần số tín hiệu liên tục thời gian khơng tuần hồn 29 6.1.3 Tần số tín hiệu rời rạc thời gian tuần hồn 30 6.1.4 Tần số tín hiệu rời rạc thời gian khơng tuần hồn 30 6.2 Bài tập củng cố lý thuyết 31 Chương 7.1 TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG TRONG MIỀN TẦN SỐ (TT) 32 Tóm tắt lý thuyết 32 Đặc tính biến đổi Fourier 32 7.2 Bài tập củng cố lý thuyết 33 7.3 Một vài tập kết hợp với Matlab để vẽ đồ thị (không bắt buộc) 33 Chương BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC (DFT) 35 Tóm tắt lý thuyết 35 8.1 8.1.1 Lấy mẫu miền tần số 35 8.1.2 DFT Biến đổi tuyến tính 35 8.1.3 Tính chất DFT 36 8.2 Chương Bài tập củng cố lý thuyết 37 BIẾN ĐỔI FOURIER NHANH (FFT) 38 9.1 Tóm tắt lý thuyết 38 9.2 Bài tập củng cố lý thuyết 38 BM Kỹ thuật Máy tính iv Giới thiệu [1] Chương Chương GIỚI THIỆU MATLAB  Mục đích: Giúp sinh viên làm quen với phần mềm Matlab  − − − − Nội dung: Giới thiệu tổng quan Matlab Giới thiệu vài lệnh Thao tác Matlab Thực vài ví dụ làm quen Matlab 1.1 Tổng quan Giới thiệu Matlab từ viết tắt Matrix Laboratory Matlab ngơn ngữ lập trình cấp cao dạng thơng dịch Nó mơi trường tính tốn số thiết kế công ty MathWorks Matlab cho phép thực phép tính tốn số, ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu diễn thông tin (dưới dạng 2D hay 3D), thực thuật toán giao tiếp với chương trình ngơn ngữ khác cách dễ dàng Phiên Matlab sử dụng mô tài liệu Matlab 7.0.4 1.1.1 Khởi động chuẩn bị thư mục làm việc Matlab Trước khởi động Matlab, người dùng phải tạo thư mục làm việc để chứa file chương trình (ví dụ: D:\ThucHanh_DSP) Matlab thơng dịch lệnh lưu file có dạng *.m Sau cài đặt Matlab việc khởi chạy chương trình đơn giản nhấp vào 1.1.2 biểu tượng desktop 7.0.4 , vào Start\All Programs\Matlab 7.0.4\ Matlab Chương – GIỚI THIỆU MATLAB Sau khởi động xong Matlab, bước thư mục làm việc cho công cụ chọn thư mục làm việc (ví dụ: Matlab Nhấp vào biểu tượng D:\ThucHanh_DSP) Cửa sổ làm việc Matlab hình vẽ bên Nó bao gồm cửa sổ làm việc chính: Cửa sổ lệnh (Command Window), cửa sổ thư mục (Current Directory ) cửa sổ chứa tập lệnh sử dụng (Command History) Để tạo file m thư mục làm việc bạn đọc thực hiện: • Nhấp vào biểu tượng vào File\New\M-File • Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file Sau hồn tất nhấn vào biểu tượng để lưu vào thư mục (D:\ThucHanh_DSP) BM Kỹ thuật Máy tính Chương – GIỚI THIỆU MATLAB Để thực thi tập lệnh có file m thư mục làm việc người dùng cần gõ tên file Matlab tự động thực thi dịng lệnh có file m (ví dụ để thực thi lệnh có file test.m, cần gõ lệnh test) 1.2 Các lệnh thông dụng Matlab Một vài kiểu liệu Matlab có đầy đủ kiểu liệu bản: số nguyên, số thực, ký tự, Boolean Chuỗi ký tự đặt nháy kép (“”) ví dụ “thuc hanh” Kiểu dãy khai báo theo cú pháp “số_đầu: bước: số_cuối” Ví dụ 0: 0.2: 0.5 (kết thu chuổi [0 0.2 0.4] Kiểu ma trận khai báo ví dụ sau: M = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 9] Ma trận M thu là: A=1 1.2.1 1.2.2 Các lệnh điều khiển • Lệnh clear: Xóa tất biến nhớ Matlab • Lệnh clc: Xóa cửa sổ lệnh (command window) • Lệnh pause: Chờ đáp ứng từ phía người dùng • Lệnh =: Lệnh gán • Lệnh %: Câu lệnh sau dấu xem dịng thích • Lệnh input: Lấy vào giá trị Ví dụ: x = input(‘Nhap gia tri cho x:’); • Lệnh help: Yêu cầu giúp đỡ từ Matlab • Lệnh save: Lưu biến vào nhớ Ví dụ: save test A B C (lưu biến A, B, C vào file test) • Lệnh load: Nạp biến từ file hay nhớ Ví dụ: load test • Lệnh rẽ nhánh If: cú pháp sau IF expression statements ELSEIF expression statements ELSE statements END • Lệnh rẽ nhánh Switch: SWITCH switch_expr CASE case_expr, statement, , statement CASE {case_expr1, case_expr2, case_expr3, } BM Kỹ thuật Máy tính Chương – GIỚI THIỆU MATLAB statement, , statement OTHERWISE, statement, , statement END • Lệnh lặp For: FOR variable = expr, statement, , statement END • Lệnh While: WHILE expression statements END • Lệnh break: Thốt đột ngột khỏi vịng lặp WHILE hay FOR • Lệnh continue: Bỏ qua lệnh tại, tiếp tục thực vịng lặp lần lặp • Lệnh return: Lệnh quay • Lệnh clf: Xóa hình • Lệnh plot(signal): Vẽ dạng sóng tín hiệu signal • Lệnh stairs(signal): Vẽ tín hiệu signal theo dạng cầu thang • Lệnh stem(signal): Vẽ chuỗi liệu rời rạc • Lệnh bar(signal): Vẽ liệu theo dạng cột • Lệnh mesh(A): Hiển thị đồ họa dạng 3D giá trị ma trận 1.2.3 Các phép tính với ma trận • Nhập ma trận vào Matlab: >> A = [16 13; 10 11 8; 12; 15 14 1] A= 16 13 10 11 12 15 14 • Tạo ma trận vào Matlab: sử dụng hàm có sẵn  Zeros(n,m): ma trận (n.m) phần tử  Eye(n) : ma trận đơn vị (n.n)  Ones(n,m) : ma trận (n.m) phần tử  Rand(n,m) : ma trận (n.m) phần tử từ đến  Diag(V,k) : V vectơ ma trận đường chéo • Phép chuyển vị: A’ >> A' ans = 16 10 15 11 14 13 12 • Hàm sum: Tính tổng phần tử cột ma trận mxn thành ma trận 1xn BM Kỹ thuật Máy tính Chương – GIỚI THIỆU MATLAB >> sum(A) ans = 34 34 34 34 • Hàm diag: Lấy phần tử đường chéo ma trận >> diag(A) ans = 16 10 >> C = [1 3;2 4] C= 3 >> diag(C) ans = • Hàm det: tính định thức ma trận >> det(A) ans = • Hàm rank: tính hạng ma trận >> rank(A) ans = • Hàm inv: tính ma trận nghịch đảo >> inv(A) ans = 1.0e+015 * 0.2796 0.8388 -0.8388 -0.2796 -0.8388 -2.5164 2.5164 0.8388 0.8388 2.5164 -2.5164 -0.8388 -0.2796 -0.8388 0.8388 0.2796 • Truy xuất phần tử ma trận: A(x,y) Trong đó: A tên ma trận x: Tọa độ hàng tính từ y: Tọa độ cột tính từ >> A A= 16 10 13 11 BM Kỹ thuật Máy tính