Thực hành xử lý số tín hiệu với matlab

TS H Ồ V Ă N S U N G Q /t ự ỉe h n h XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU VỠI MATLAB NHÀ XUẤT BẢ N K H O A HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NƠI • Đổ thị đồ họa 2-D, 3-D Với phần bổ sun^ /lói trên, liên lần xuất 'Sitốn sách cập nhật cách tươnịi dối đầy đủ nliữii^ kiến thức cíại "Xử lý sơ tín hiệu" Các kiến thức trình bẩv cách chật chẽ, đọng 14 thí nghiệm; gồm thí nghiệm ảo lẫn thí n^ììiệm thời gian thực đ ể người đọc dễ cảm n/ìận, dễ tiếp thu Cuốn sách phần quan trọng nhấí sách " x lý số tín hiệu" Biên soạn sách nàv, muốn thể cúc nguyên tắc, tính chất, phép biến đổi ihĩg dụng xử lý sơ' tín hiệu phần mềm máy tính PC Tồn nội duuq x lý sơ tín hiệu tử phẩn sỏ đến cao, từ việc mô tả biểu diễn tín hiệu đến q trình xử lý đa tốc độ dàn lọc, hệ thống xử lý tín hiệu thời gian thực "chíp” xử lý SỐTMS320C6711 ứng dụng thực tế DSP phân tích phổ, lọc số, biến đổi AID D/A nhanh, từ kỹ thuật điều c h ế đến máy p hát quét tần sô' thể 14 thí nghiệm mơ mơ hình hố ngơn ngữ MATLAB kết hợp với c Các tlĩí nghiệm tiến hành phần mềm máy tính gọi thí nghiệm ảo Với phần mềm MATLAB, thí nghiệm thực lìiện cách mềm dẻo linh lỉọat Các tính chất thông sô' hệ thống xử lý thay đổi, thử nghiệm tính tốn nlìơnlì chóng xác Do hệ thống xử lý đánh giá, xem xét nhiều góc độ trước đưa vào thực thi thực tế Về phương diện phần mềm MATLAB cơng cụ hàng đầu Phần mềm bậc cao dược chuyển đổi ỉiệu thời gian thực (KTDX) sử dụng đ ể cung cấp cãc giao diện máy tính PC với xử lý sô' DSK C671L C6713, hay C670ẨEVM đ ể thực thí nghiệm hệ thống íhóng tin thòi gian thực Mỗi thí nghiệm, có phẩn tóm tắt lý thuyết, hướng dản viết chương trình điều hành hướng dẫn thực hiện, ciiổi kết thể hiệ n hình máy tínlì máy sóng Với khoảng 100 chương trình gốc, hàng vài trăm hàm MATLAB hàng trăm tập thực hành, bạn đọc tự biến lìố, phát triển thành lừìỉìg trăm chương trình khác, vận dụng chương trình đ ể giải tốn nghê nghiệp củơ bạn đề Đấy sức hấp dẫn ỷ nghĩa quan trọng mà muốn dề cập soạn thảo sách Tồn nội dung chươní> trình xử lý só tín hiệu từ sở đến nâng cao tóm gọn 14 thí nghiệm: tronỊị dó thí nghiệm giành đ ể nghiên cứu tín hiệu cúc hệ thống LTỈ trái lĩnh vực thòi gian; thí nghiệm 3, 4, vả dùng đê nghiên cứu, phân l)iểu diễn tín hiệu hệ thống L T I lĩnh vực tần số; íhí Ii^liiệm H, 10 dùng riêng cho thiết k ế h i mạch lọc s ố ; nhiểii công cụ thiết kế mạch lọc dược đưa vào chương 10, chẳng hạn Giao diện đổ họa người dùng (GUI) trình tiện ích cơng cụ đ ể phân rích, thiết k ế mạch lọc, thiết k ế hệ thống PDATool, PVTool vù SPTool Thí nghiệm 13 dùng d ể nghiên cứií hệ thống xử lý sổ đa tốc độ dàn lọc Thí nghiệm 14 dùng đ ể xử lý tín hiệu thời gian thực DSK TM S320C67Ỉỉ Chúng tơi giành trọn thí nghiệm đ ể nghiên cứu, xử lý sơ' tín hiệu thời gian liên tục; nghiên cứu kỹ kỹ thuật chuyển dổi AID DIA tốc độ cao hệ thống lấy mầu áp dụng cho hệ thống xử lý tín hiệu thời gian thực Tồn thí nghiệm 11 dừng để nghiên cíãi thực thi CCIC loại cấu trúc khác cho mạch lọc SỐIIR FIR Tồn thí nghiệm 12 dùng đ ểx ỉv tín hiệu thống kê tín hiệu hình ảnh Với 14 thí nghiệm phần mềm MATLAB DSK 320C 67ỈỈ này, bạn đọc thấy sức hấp dẫn hiệu tuyệt vời mà ngôn ngữ lập trinh kỹ thuật phần mềm bậc cao mang lại Các kết thực tế nhĩmg kiến thức mà bạn thu nhận qíia trình tiến hành thi nghiệm kích thích say mé hiểu biết vả khả sáng tạo, giúp bạn nhận thức rõ tầm quan trọng tính cấn thiết sức mạnh cơnỊ nghệ xử lý s ố tín hiệu tiên tiến Chúng tơi mong miiốn sách cập nhật dược nhiTỉĩg kiến thức nliữtĩg phiên xử lý số tín hiệu phần mềm MATLAB, đồng thời lại muốn sáclỉ nhanh clìónịỉ đến tay người đọc, nên trmg q trình soạn thảo khó tránh đươc nhữìì^ khiếm khuyết Chúng xin chân thành cảm ơn mong quỷ dộc giả góp ỷ đ ể lần tái sau cucn sách hoàn thiện Các ỷ kiến đóng góp xin gỉrì theo địa chỉ: N h ì xuất Khoa học Kỹ thuật 70 Trần Hưiĩịỉ Đạo Hà Nội nr» ■' »9 Tác giả LỜI NÓI ĐẦU Sau nhiều lần xuất bản, tái bản, sách "Xử lý số tín hiệu máy tính PC với M A T L A B " nhiềii người sử dụng; từ sinh viên trường Đại học đến cơng tihíììi kỹ sư thực hành; ngành Điện tử Viễn thơng lẫn Cơng nghệ Thóììg tin Trong sơ'các sách đó, "Thực hành x lý số tín hiệu máy tính PC với M ATLAB " quan tám nhiều Vì vậy, để cỉcip ứng nhu cầu học tập ngày cao bạn đọc lăng trưởng mạnh m ẽ cơng nghệ xử lý tín hiệu, lần xuất này, tác iịiả nhận thấy cẩn đổi tên cho đọng hơn; "Thực hành xử lý sơ tín hiệu với M ATLAB"; đồng thời cần bổ sung cập nhật thêm kiến thức mới, cụ thể là: Đưa thêm hai th í nghiệm mói là: • Thí nghiệm thứ 12: x lý tín hiệu thống kê • Thí nghiệm thứ 14: x lý tín hiệu thời gian thực dùng TMS320C6711 Tăng cường bổ sung nhiều chun mục mói: • Giao diện đồ họa người dùng (GUI) trình tiện ích cơng cụ đ ể phân tích, thiết k ể mạch lọc, thiết k ế hệ thống P D À T ooỉ, PVTool SPTool • M ã hố tiếng nói tín hiệu âm dìiìig dàn lọc QMF -kênh • Thiết k ế thực thỉ hệ thống truyền thơng đa sóng mang o p d m i d m t ' • Thiết k ế thực thi lọc FIR đa dải thời gian thực dùng DSK TMS320C671I • Thiết k ế thực thi cán bậc cao dùng MATLAB D SK TNM S320C67ỈỈ N hiều p h ụ lục đưa thêm vào: • Mảng phép toán mảng • Các phép tính sơ'phức K sn (1.4) = n = -K Cơng suất trung bình dãy khơng tuần hồn x[n] xác định cơng thức: av = lim K ^ ocK + Công suất trung bình cửa dãy tuần hồn x[n] với chu kỳ N cho b i; N p = ^av ( 1.6 ) N n=0 Dãy xung đơn vị ký hiệu ô[n] xác định từ biểu thức; ô[n] = 1, n = 0, n (1.7) Dãy nhẩy bậc đơn vị ký hiệu u[n] xác định từ biểu thức: u[n] = 1, n > 0, n < ( 1.8) • Dãy sine phức biểu thị hệ thức: x[n] = A a n^jcOon+(ị) (1.9) Dãy sine thực có biên độ số biểu thị : x[n] = Acos(co,,n + O) ( 10) Trong A, co„ (T’ số thực gọi biên độ, tần sơ góc pha ban đẩu dãy hàm số sine x[n] f„ = (ừJ2n tần số Dãy sin phức sin thực dãy tuần hoàn với chu kỳ N nếu: CO N = 2iĩr N số nguyên dưcfng r số nguyên Giá trị N nhỏ thoả mãn điều kiện (1.11) chu kỳ dãy x[n] • Tích hai dãy liệu x[n] h[n] có chiều dài N thu dãy liệu y[n] có chiều dài N thực hệ thức: y[n] = x[n] h[n] x[n] (1.12) — ►y[n] = x[n].h[n] h[n] • Cộng hai dãy iiệu x[n] với h[n] có chiều dài N thu dãy liệu y[n] có chiều dài N thực hệ thức: y[n] = x[n] + h[n] x [n ] (1.13) + )— ►y[n] = x[n] + h[n] h[n] N hán dãy x[n] vói số a thực hệ thức: y[n] = a.x[n] (1.14) Phan ỉhu c 20 o o T5 Ọ?99o,e 0060^ q o q q q o o q e ĩĩlĩỉ -eỔ O cí>è Ị 0> i5 -2 10 15 20 25 30 35 40 30 35 40 Chi Sũ thoi gian n Phan ao “oO c a> m 15 20 25 Chi so thoi gian Hình 1.2 Mơ tả phần thực phần ảo tín hiệu sin phức (1.20) Để phát dãy luỹ thừa thực, ta dùng chưcíng trình P1.3 sau %Chương trình P1.3 %Phát dãy lũy thừa thực clf n=0:35; a=1.2;K=0.2; x=K*a.^n; stem(n,x) Đồ thị dãy cho hình 1.3 14 120 o 1Í30 o 80 o o o o 40 20 o Qc > - Q O (ệO Q Q -Q Q O ^.^ 10 o oo o o o 99Ỹ.? ? Ĩ Ĩ 15 20 25 30 35 Chi so thoi gian Hình 1.3 Tín hiệu luỹ thừa thực x[n] = 0,2(1,2)" Bài tập: Chạy P1.2 phát dãy số phức Điều xẩy thay c=(l/2)+(pi/6)*j Chạy P1.3 phát dãy luỹ thừa thực Sự khác toán tử số học A Bạn dùng lệnh Matlab sum(S.*S) để tính lượng dãy số thực S[n] Hãy dùng lệnh để tính lượng dãy X chương trình Pl-3 cho trường hợp a = 0,9 K = 20 1.1.3 Các tín hiệu thời gian - rời rạc dạng sin thực Để phát tín hiệu sin thực, MATLAB dùng người ta sử dụng hàm số cos sin Chương trình P1.4 sau cho phép mơ tả cách phát tín hiệu sin thực thời gian - rời rạc x[n] = 1,5 sin(0,27rn) ( 1.21) 15 D ay xung don vi o 0.8 ICũ Ũ 0.2 c h i s o t h o i g ia n n II Hình 1.1 Dãy xung đơn vị Bài tập ; Biến đổi chưcỉng trình để tạo dãy xung đcfn vị bị trễ 11 mẫu Chạy chương trình biến đổi vẽ dãy mẫu Biến đổi chưcmg trình P1 để phát dãy nhẩy bậc đơn vị S[n] Chạy hiển thị dãy nhảy bậc Biến đổi chưcmg trình P1 để tạo dãy nhẩy bậc đơn vị sd[n] sớm mẫu Chạy chưcrtig trình vừa biến đổi hiển thị dãy 1.1.2 Biểu diễn tín hiệu sin phức sin thực Dãy sin phức mơ tả phưong trình: ơon+j(cDon+0) cos(coon + O) + j A sin(coon + d)) (1.17) Dãy sin thực : x[n] = Acos(cù(,n+0) 12 (1-18) Do thi duong 3-D cua vi cu M3.30 40 0 Hinh M3.37a H ìn h M 3.37a su bp lot(211) surfl(z); shading inteip; colorm ap cool; title('D o thi mat khong gian 3-D tron cua vi du M 3.30') z=peaks(25); su bp lot(212) contour(z,16); colorm ap cool; title('D o thi hinh bao cua vi du M 3.30') xlabelC H inh M 3.37b') K ết ch o Irên hình M 3.36b 407 Do thi mat khong gian 3-D tron cua vi đu M3.30 G Do thi hinh bao cua vi du M3.3Ũ H ìn h M 3 x = -2:.2:2; y = [xx,yy] = m eshgrid(x,y); zz = xx.*exp(-xx.^2-yy.'^2); 'px,py] = gradient(zz,.2,.2); subplot(211) quiver(x,y,px,py,2); title('D o thi tia cua vi du M 3.30') [x,y,z] = m eshgrid(-2:.2:2,-2:.2;2,-2:.2;2); V = X * exp(-xT'^2 - y.^2 - z.^2); subplot(212) slice(v ,[5 15 ],21,[1 10]) a x is([0 21 21 21]); colorm ap(jet) title('D o thi cat lop cua vi du M 3.30') xlabelCHinh M 3 c ’) K ết chạy chương trình cho hình M 3.37c 408 Do thi tia cua vi du M3.3Ũ ' Ì -2.5 -1 5, -1 -0.5 Ũ 0.5 1.5 Do thí cat lop cua vi du M3.30 0 H ìn h M 3 c Đ thị biểu diễn đường, mặt không gian 3-D ví dụ M 3.30 M4 CÁC HÀM MATLAB ĐÃ Đ ợ c s DỤNG TRONG SÁCH T ên h àm C h ứ c n ăn g Tính giá tri tut đối abs Cân hồnh đồ thích nghi adapthỉstteg í — — Tính góc pha theo radians an^le Đ ăt thang chia truc đồ thị axis Phát số cho cửa sổ Blackinan blackman K ết thúc thưc hiên vòng lăp break T hiết k ế m ạch lọc số va tương tự Butterv/orth cho butter buttord ceil ch eb lo rd loai m ach loc Chọn bậc thấp cho hàm truyền sơ' tưcíng tự Butterword Làm tròn tới số ngun gần Chọn bậc thấp cho hàm truyền số tương tự C h eb ysh evl 409 T ên hàm cheb2ord chebyl cheby2 clf conj contoiir conv cos decimate deconv d irlc a s d irlỉa d r d irlla íc d irrlp a r disp echo elỉip elỉipord eìse elseif end error exp fft filter filtfilt firl fir2 410 C h ứ c n ăn g Chọn bậc thấp cho hàm truyền số tưưng tự C hebyshev2 Thiết k ế m ạch lọc số tương tự C h ebyshev loại ch o loai m ach loc Thiết k ế m ạch lọc sô' tương tự C hebyshev loại c h o loai m ach loc X oá tất đối tượng hình thời Tính liên hợp phức V ẽ đường viền tính nhân chập Tính cosin e Giảm tốc độ mẫu dãy hệ số nguyên Thực giải nhân chập Thực ghép nối tiếp hàm truyền bậc hai từ m ột hàm truyền phân thức IIR Thưc hiên cấu trúc thang-mắt cáo từ m ỏt hàm truyền phân thức IIR Thực cấu trúc thang-mắt cáo từ m ột hàm truyền m ạch lọc FIR Thực ghép song song hàm truyền bậc hai từ hàm truyền phân thức IIR H iển thi văn hoăc ma trân hình V ọn g lại M -files trình thực Tliiết k ế mạch lọc số tương tự ellip ch o loại m ạch lọc Chọn bậc cực tiểu cho m ạch lọc ellip Phác họa m ột khối lệnh khác bên vò n g if Thực có điều kiện m ột khối lệnh bên vò n g if K ết thúc vòng lặp H iển thi sai số Tính giá trị hàm e-m ũ Tính biến đổi Pourier rời rac L oc liêu với m ach loc IIR hoãc FIR Tạo lọc liệu pha không Thiết k ế m ạch lọc FIR pha tuyến tính c h o tất loại m ạch lọc dùng phương pháp chuỗi Pourier lấy cửa sổ Thiết k ế mạch lọc FIR pha tuyến tính với đáp ứng biên đ ộ dùng phương pháp chuỗi Pourier lấy cửa sổ T ên h m firhaỉjhand fliplr flops for ýbrmat ỷreqs freqz /unction grid grpdeìay gtext hamming ìianning heỉp histteg hold imadjiist imag imhist impz imread input ỉnterp inv kaiser kaiserord Ỉatc2tf ìegend length linspace C h ứ c n ăn g Thiết k ế mach loc FIR bán dải chuyển ma trận từ trái sang phải Tính số luỹ tích phép toán dấu phẩy động D ùng để thực lặp lại khối lệnh m ột số lần riêng biêt Đ iều khiển định dạng hiển thị lối Tính đáp ứng tần số phức hàm truyền tương tự điểm tần số qui định Tính đáp ứng tần số phức hàm truyền số điểm tần số qui định D ùng để phát M -hàm Thêm vào xố đường từ đồ thị hành Tính độ trễ nhóm hàm truyền sơ' tần sô' qui định Đặt văn đồ thị với trợ giúp chuột Phát hệ số cho cửa sổ H am m ing Phát hệ số cho cửa sổ Hanning Cung cấp tài liệu trực tuyến hàm M A T L A B M -files Đ iều chỉnh độ tưofng phản ảnh G iữ đồ thi hiên hành Lênh thưc hiên có điều kiên Tính biến đổi Pourier rời rạc nghịch đảo Đ iều chỉnh độ tương phản ảnh X ác định phần ảo m ột số phức m ột ma trận X ác đinh hoành đồ m ơt ảnh Tính số đặc biệt hệ số đáp ứng xung m ột hàm truyền số Đ o c ảnh từ file Y cầu người dùng nạp liệu Tãng tốc độ mẫu dãy liệu m ột thừa số nguyên X ác định ma trận nghịch đảo X ác đinh số cửa sổ Kaiser X ác đinh bâc m ach loc thông số cửa sổ K aiser X c định hàm truyền từ thông số mắt cáo hệ số nu ôi trước thuật toán Gray-M arkel Đ iền thích cho hình đồ thị X ác đinh chiều dài m ôt vectơ Phát véctơ cách tuyến tính 411 T ên h àm load loglO lookỷor max mesh NaN riargin numlstr ones paiise pi pie pieS plot p o lylrc pmiisic polar spectogram rand randn real rem remez remezord resơmple residiie residuez return 412 C h ứ c n ăn g Nhập lại liệu lưu giữ từ m ột đĩa Tính logarits số 10 Cung cấp từ khố tìm kiếm thơng tin X ác định phần tử lớn vectơ V ẽ mặt chiều (3D ) X ác định phần tử nhỏ vectơ K hông c ó số Chỉ thi m ôt số đối số bên m ôt vât thể môt hàm M -fiÌe Chuyển đổi m ột sơ' thành biểu diễn ký tự Phát m ột vectơ m ột ma trận với phần tử N gừng thực tức thời người dùng ấn phím Cho m ột số dấu phẩy động gần 71 V ẽ đồ thị phân bố theo vòng tròn V ẽ đồ thị phân bố theo vòng tròn 3D Phát đồ thi 2-D Xác định hệ số thực hàm truyền qua dạng nối tiếp X ác định phổ phương pháp M U SIC V ẽ đồ thị toạ độ cực '1‘ính biên đổi ^ourier ngắn hạn: ÍĨ1'F1' Phát m ột dãy ngẫu nhiên phân bố khoảng (0,1) Phát m ột dãy ngẫu nhiên phân bố chuẩn với trung bình khơng phương sai X ác định phần thực m ột số phức m ột ma trận X ác định số dư ma trận chia ch o m ột m a trận khác kích thước Thiết k ế m ạch lọc FIR pha tuyến tính dùng thuật toán Parks-M cClellan X ác định bậc gần đúng, m ép dải thông, mức biên độ dải tần trọng^ số sử dung với lênh rem ez Thay đổi tốc độ mẫu m ột lượng hữu tỉ X ác định phân thức riêng phần hàm truyền phân thức z X ác định phân thức riêng phần hàm truyền phân thức z ' Cho m ột bàn phím m ột hàm T ên h àm rose rooís save sawĩooĩh sign sin sinc size sqrĩ sqiiare síair stem Sỉibploĩ sum ĩf2ìaĩc tf2zp title unwrap wìiat which wlììỉe who w hos x la b eì ỵ la h el zero s zp s o s C c n ăn g V ẽ hoành đồ toạ độ cực Xác định nghiệm đíi thức Lưu giữ biến số không gian làin việc vào m ột đĩa Phát lin hiệu số cưa chu kỳ ti Thực hàm signum X ác đinh hàm số sine Tính hàm sinc m ột vectơ m ảng C ho đô lớn m ôt ma trân Tính ngh iệm bình phương Phát dãy sóng vng góc chu kv 2ĩt V ẽ đồ thị theo bước thang V ẽ dãy liệu que từ trục X Chia đồ thị thành nhiều phần nhỏ, m ỗi phần vẽ m ột đồ thị khác X ác định tổng tất các phần tử m ột vectơ X định thông số mắt cáo để thực cấu trúc mắt cáo m ột hàm truyền IIR X ác định điểm không, điểm cực hệ số khuếch đại m ột hàm truyền xác định V iết đề m uc cho đồ thi L oại bỏ nhẩy pha để chuyển qua nhánh cắt m ột cách trưa tru Cung cấp danh sách files Đ in h vi hàm files Lệnh lặp lại số lần không xác định Lập danh sách biến số thời nhớ Lập danh sách biến số thời nhớ, độ lớn ch ú n g,và xem chúnp có phần áo khác khơng khơng V iết thích trục X đổ thị 2-D V iết thích trục y đồ thị 2-D Phát m ột vectơ ma trận với phần tử X ác định m ột biểu diễn bậc hai tưcfng đương từ m ột biểu diễn điểm cực/điểm không z p tf zpỉan e X ác định hệ số đa thức tử số mẫu s ố hàm truyền từ giản đồ điểm cưc/điểm khơng H iển thị điểm cực điểm không mặt phẳng z 413 T À I L IỆ U T H A M K H Ả O Hồ Văn Sung : X lý sơ tín h iệu ,T 1& 2, Phương pháp truyền thống kết hợp với phần mềm MATLAB N hà Xuất Bản G iáo dục Hà N ội 2005 2.G Pallot Processeurs de signaux et logique programmable, cours et TP C N A M /M E D IA S 0 H V u-Thien B a se d e T r a n sm issio n s N u m e'riq u e s, Cours et TP, C N A M /M E D IA S 20 01 4.S.K Mitra D ig ita l S ỉg n a l P ro c essin g : A Computer - Basecl Approach M cG raw -H ill I R w in , 2001 s K O ppenhaim and a t a ll: Discrete-time Signal Procesing, Prentice Hall, 1999 D J.D eFatta, J.G Lucas and w s H odgkiss D ig ita l S ig n a l P rocessin g: A System Design Approach W iley, N ew York N Y 1988 S.K Mitra Digital Signal Processing iaboratory using MATLAB, M cG raw -H ill IR w in , 1999 L.B Jackson Digital Pilters and Signal Processing, K luwer, Boston M A , 1996 Jam es H M cC lellan, c Sidney Burrus and at Computer - Based Exercises for Signal Processing Using MATLAB 5, Prentice H all, 1998 414 M Bellanger D ig ital P ro c essin g o f S ig n a ls : Theorv and Practice, Third Edition, John W iley & Sons LTD 2000 G Blanchet et M Charbit Signaux et Images sous MATLAB, H erm es Science P a ris2 0 10 J G Proakis and M Salehi Contemporary Communication Systems Using MATLAB, Brooks/C ole, T hom son L eam ing 2000 11 Sung H o Van Investigation and simulation of the multicarrier modulation te c h n iq u e s for p o w er lin e d ata Communications 8th V ietnam C oníerence on Radio & Electronics (R E V '02), N ovem ber 2-3, 0 , pages 117-122 12 T M S320C 6000 CPU an d In str u c tio n S et R e fer en ce G u id e, SPRU189F, T exas Instruments, D allas, TX, 2005 13 R Chassaing DSP Applications using c and the TMS320C6X DSK John w iley & Sons , INC 2002 14 R Chassaing Digital Signal Processing and Applications with the C6713 and C6416 DSK John W iley & Sons , INC PU B L IC A T IO N 005 15 Jam es H M cC lellan, c Sidney Burrus and at Computer - Based Exercises for Signal Processing Using MATLAB 5, Prentice H all, 1998 16 TMS320C6000 Code Composer Studio Tutorial, SPRU301C, T exas Instrum ents, D allâs, TX, 2001 415 MỤC LỤC T ranịị LỜI GIỚI THIỆU Các ứng dụng điển hình x lý số tín hiệu Thí nghiệm TÍN HIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN Đ ổ l TÍN HIỆU 1.0 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 Tóm tắt lý thuyết Các tín hiệu sở D ãy xung đoín vị &(n) Biểu diễn tín hiệu sin phức sin thực Các tín hiệu thời gian rời rạc dạng sin thực Các phép biến đổi tín hiệu Làm nhẩn m ột tín hiệu Tín hiệu bị điều ch ế biên độ M áy phát tín hiệu số hình sin Phát m ột tín hiộu sin quét tần số 10 10 12 15 18 18 21 22 25 Thí nghiệm NGHIEN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỆ THỐNG LTI 2.1 2.2 Tóm tất lý thuyết Hệ thống trung bình động Các hệ thống tuyến tính phi tuyến X ác định đáp ứng xung đơn vị hệ thống LTI Các hệ thống bất biến với thời gian G hép nối tiếp hệ thống LTI Tính ổn định hệ thống LTI 27 31 33 34 36 38 41 Thí nghiệm 3.1 1 3 3 3 3 416 PHỔ TẦN s ố CỦA TÍN HIỆU- BIẾN Đ ổ l rOURIER THỜI GIAN RỜI RẠC (DTFT) Tóm tắt lý ứiuyết Biến đổi Pourier thời gian rời rạc Biến đổi Pourier thời gian rời rạc nghịch đảo(ID TFT) Các tính chất DTFT Tính DTFT N gh iên cứu tính chất D1'F1 Tính chất dịch chuyển thời gian Tính chất dịch chuyển tần số 44 44 45 45 46 49 49 51 3.3.3 3.3.4 Tính chất điều c h ế Tính chất ngược thời gian 52 54 Thí nghiêm BIẾN Đ ố l z 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Tóm tắt lý thuyết Phân tích biến đổi z Giản đồ điểm cực/điểm không Xác định điểm cực diểm không Khai triển biến đổi z thành thừa số Biến đối z ngược Biểu diễn hàm truyền theo biến số trạng thái 56 57 59 59 60 62 64 Thí nghiệm BIỂU DIỄN HỆ THỐNG LTI TRÊN LĨNH v ự c TẦN s ố 5.1 5.2 5.3 5.4 Tóm tắt lý thuyết Hàm truyền đáp ứng tần số Tính hệ số khuếch đại mạch lọc M ạch lọc rãng lược số 67 73 77 79 Thí nghiệm DPT, FFT VÀ PHÂN TÍCH PHỔ 6.1 6.2 6.3 6.4 4.1 4.2 6.5 6.6 6.7 7.2 Tính DPT X[k] dãy thời gian rờirạc x[n] Các tính chất DPT Tính nhân chập thẳng dùng DPT Nhân chập khối dùng DPT Phương pháp cộng chồng phủ Phương pháp loại bỏ chồng phủ Nhân chập nhanh dùng FFT Phân tích phổ dùng DPT Phân tích phổ dùng sơ đồ sim iilink Khởi động m áy Tạo sơ đồ m ô 82 84 89 91 91 93 95 97 99 100 100 Thí nghiệm XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU THỜI GIAN LIÊN TỤC 7.1 7.2 7.3 7.4 4.1 Q trình lấy mẫu tín hiệu Các sơ đồ lấy mẫu Lấy mẫu m ột tín hiệu hình sin K hảo sát tượng chồng phổ H iện tượng chồng phổ lĩnh vực thời gian 104 105 106 108 108 417 7.4 7.5 7.6 C hồng phổ lĩnh vực tần sò' C huyến đổi A /D D /A Bộ ch u yển đổi A /D tốc độ cao (flash A /D Converter) Bộ ch u yển đổi A /D Sigm a-delta lấv mẫu Đ iểu c h ế Sigm a-delta đa bít C huyển đổi D /A lấv mẫu 109 11 12 113 118 120 T h í n gh iệm THIẾT KÊ CÁC MẠCH LỌC s ố IIR 8.1 8.2 8.3 8.4 8.11 T ổn g quan kv thuật thiết k ế M ột số qui định mạch lọc tương tự T hiết k ế mạch lọc số bất biến xung T hiết k ế mạch lọc số từ mạch lọc Butterworth thông thấp Các đặc trưng mạch lọc Butterworth thông thấp tương tự T hiết k ế m ạch lọc tương tự Butterworth thông thấp Biến đ ổi song tuyến Thiết k ế mạch lọc số thông thấp từ mạch lọc Butterworth tương tự dùng biến đổi song tuyến T hiết k ế mạch lọc số IIR có đáp ứng hình chữ V Thiết k ế mạch lọc số IIR thông cao, thông dải chặn dải phép biến đổi dải tần T hiết k ế mạch lọc số IIR dùng M A TLA B X ác định bậc ' Thiết icế mạch lọc T hiết k ế mạch lọc số thông dải Yulevvalk, Buttervvorth v C h e b y sh e v l M ô trình lọc số dùng mạch lọc IIR 9.1 9 T h í n gh iệm THIẾT KẾ MẠCH LỌC s ổ FIR Phương pháp Pourier T hiết k ế mạch lọc số FIR dùng hàm cửa sổ Cửa sổ điều chỉnh được: Hàm cửa sổ Kaiser Thiết k ế mạch lọc số FIR dùng M A T L A B T hiết k ế mạch lọc số FIR thông thấp thông dải Thiết k ế mạch số FIR dùng hàm cửa sổ T hiết k ế mach loc sô' FIR bán dải 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 418 ỉ 25 126 129 133 133 135 141 147 152 155 157 157 158 161 163 165 167 167 171 173 174 178 T h í n gh iệm 10 THIẾT KẾ VÀ MÔ PIỈONG CÁC MACH LOC NYQUIST 10.1 10.2 10.3 10.4 182 185 186 10.10.1 M ạch lọc Nyquist Thiết k ế mạch lọc Nvquist pha cực tiếu Giảm thừa số Thiết k ế mạch lọc Nyquist với đáp ứns xung lấy cửa sổ Kaiser Tiêu chuẩn N yquist Các m ạch lọc Nyquist dùng đế nội SLIV Thiết k ế vi phân số F1R dùng M A T L A B Thiết k ế biến đổi Hilbert sô FIR dùng M A TLA B Thiết k ế mạch lọc số đa mức Thiết k ế mạch lọc sô' dùng công cụ giao diện đồ họa người dùng(G U I) Công cụ PDATooI 200 200 10.10.2 Công cụ SPTool 203 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 10.10 187 188 189 191 194 196 T h í n gh iệm 11 CẤU TRÚC VÀ THỤC THI CÁC MACH LỌC s ố 11.1 11.1.1 11.1.2 11.2 11.2.1 11.2.2 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 Tóm tắt lý thuyết Cấu trúc mạch iọc IIR Cấu trúc mạch lọc FIR Thực hàm truyền FIR Thực ghép nối tiếp Thực cấu trúc FIR dạng mắt cáo 'ĩhực hàm truyền IIR Tliực cấu trúc dạng nối tiếp Thực cấu trúc dạng song song Thực cấu trúc dạng thang-m ắl cáo (lattice-ladder) 208 208 215 21 218 221 223 223 224 227 T h í n gh iệm 12 XỬ LÝ CÁC TÍN HIỆU THỐNG KÊ 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 Tính cần thiết m tả thống kê tín hiệu Các khái niệm biến số ngẫu nhiên rời rạc Các tín hiệu ngẫu nhiên chiều Các tín hiệu ngẫu nhiên rời rạc chiều Hàm phân bố mật độ xác suất m ột ảnh 231 232 232 236 238 419 12.2.4 12.3 12.3.1 2.3.2 238 241 244 12.4 12.5 12.5.1 Q íc hàm phân bơ'mật độ xác stthòng dụng Khái niệm hồnh đồ ảnh Cân hoành đồ m ộl ánh Cân hồnh đồ thích nghi có độ tương phan hạn c h ế Phép biến đổi K arhunen-Loevre Xác định phổ trình ngẫu nhiên Các phương pháp xác định phổ tín hiệu thống kè 12.5.2 12.5.3 2.5.4 2.5.5 12.5.6 12.6 12.7 X ác định giản đồ tuần hoàn X ác định phổ tín hiệu ngẫu nhiên nhị phân Giản đồ tuần hồn cải tiến Phương pháp Burg Thuật tốn M USIC Phân tích thời gian-tần số Biến đổi Pourier ngắn hạn: spetogram 254 255 257 258 259 263 263 246 249 251 252 T h í n gh iệm 13 XỬ LÝ TÍN HIỆU Đ A T ố c ĐỘ V À DÀN LỌC 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.8.1 13.8.2 13.9 Bộ giảm tốc độ mẫu Bộ tăng tốc độ mẫu Thay đổi tốc độ mẫu thừa số không nguyên Khai triển đa pha Dàn lọc số Dàn lọc D M đồng đa pha Thiết k ế dàn lọc DF1' phân tích tổng hợp đồng ứng dụng dàn lọc Dàn lọc cấu trúc Hệ thống truyền dẫn dồn kênh sóng Mã hố tiếng nói tín hiệu âm 272 274 276 277 279 281 283 286 287 290 291 C h n g 14 x LÝ TÍN H lỆ l) THỜI GIAN THỤC DỪNG TMS 320C6711 14.1 14.1.1 14.1.2 14.1.3 4.1.4 Hệ thống truyền thông đa sóng mang O F D M /D M T Nhập đề N guyên tắc hệ thống truyền thông O F D M /D M T Quan hệ tín hiệu lĩnh vực biến đổi z Thực IFFT/FFT M O D EM dùng ngôn ngữ c DSkTMS320C6711 14.2 14.2.1 420 Thiết k ế thực thi lọc FIR đa dải thời gian thực dùng DSK T M S C 11 M ục đích thí nghiệm 298 298 299 301 302 30 306 14.2.2 14.2.3 Thiết k ế lọc số “N otch’' đa dải Lọc tín hiệu âm nhiễm tạp âm đa tần dùng lọc "Notch" đa dải DSK T M S 320C 6711 Thiêì k ế thực ĩhi cán kênh bậc cao cho tín hiệu dùng M ATLAB DSK T M S320C 6711 309 14.3.1 Nhập đề 311 14.3.2 14.3.3 14.3.4 Cấu trúc cúa cân bậc cao Kết thiết k ế Thực thi cân thời gian thực dùng DSK TM S320C 6711 312 314 14.3 307 311 318 P H Ụ LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỂ MATLAB MI M l.l M A T L A B g ì 319 M 1.2 Các ch ế độ làm việc 321 M 1.3 Các phép toán số học 322 M l.4 Hằng biến M A TLA B 326 M 1.5 Đ ịnh dạng 327 M 1.6 M ảng phép toán mảng 328 M 1.7 Lệnh đồ họa 2D đơn giản 3 M 1.8 Các ví dụ áp dụng 3 M 1.9 Lập trình với M A TLA B 3 M2 CÁC PHÉP TÍNH SỐ PHỨC M 2.1 Biểu diễn số phức 34 M 2.2 Các phép tính với số phức M 2.3 Biếu diễn phức tín hiệu tuần hoàn 5 M3 đổ thị đổ họa M Các lệnh vẽ đổ thị 2D 360 M 3.2 Tạo hình vẽ đặc biệt 372 M 3.3 Hoành đ ổ 380 M 3.4 Đ thị liệu rời rạc 386 M 3.5 V ẽ hình khơng gian 3D 386 M 3.6 V ẽ đường hình bậc thang 388 M 3.7 Đ họa chiều (3D ) 391 M4 CÁC HÀM MATLAB ĐÃ Đ ược sử DựS'G TRONG SÁCH 409 TÀI LIỆU THAM KHẢO 414 421 ... sơ' tín hiệu phần mềm máy tính PC Tồn nội duuq x lý sơ tín hiệu tử phẩn sỏ đến cao, từ việc mô tả biểu diễn tín hiệu đến q trình xử lý đa tốc độ dàn lọc, hệ thống xử lý tín hiệu thời gian thực. .. sơ'các sách đó, "Thực hành x lý số tín hiệu máy tính PC với M ATLAB " quan tám nhiều Vì vậy, để cỉcip ứng nhu cầu học tập ngày cao bạn đọc lăng trưởng mạnh m ẽ cơng nghệ xử lý tín hiệu, lần xuất... Hình 1.10 Tín hiệu quét tần số Bài tập: Chạy chương trình Pl-8 để phát tín hiệu sin qt tần số x[n] Tìm tần số cực đại cực tiểu tín hiệu Dùng chương trình Pl-8 để tạo tín hiệu quét tần số từ 0.1