數(shù)字信號(hào)插值資料

1、 時(shí)域測(cè)試技術(shù)(jsh)綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)字示波器中的信號(hào)插值電子測(cè)試技術(shù)及儀器(yq)教育部工程研究中心潘卉青1共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值為什么插值： 顯示所需采樣率大于ADC最高采樣率，顯示所需的兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔小于ADC輸出(shch)的采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔時(shí)，需要插值。時(shí)基2共四十三頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用Matlab設(shè)計(jì)一個(gè)插值倍數(shù)I=4倍的數(shù)字插值濾波器；通過(guò)(tnggu)DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的4倍插值；在Visual DSP+中完成調(diào)試，并送屏幕顯示，確認(rèn)運(yùn)算結(jié)果的正確性。3共四十三頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?md)掌握基于DSP的數(shù)字信號(hào)處理基本流程；掌握信號(hào)插值數(shù)字濾波

2、器的基本設(shè)計(jì)方法；掌握數(shù)字信號(hào)插值在DSP中的實(shí)現(xiàn)流程。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工具硬件：PG1000嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，PC 機(jī)，信號(hào)發(fā)生器。軟件：VisualDSP+ Environment、Matlab4共四十三頁(yè)5主要(zhyo)內(nèi)容信號(hào)(xnho)插值的基本原理數(shù)字濾波器基于Matlab的信號(hào)插值濾波器設(shè)計(jì)DSP中數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值為什么插值： 顯示所需采樣率大于ADC最高采樣率，顯示所需的兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔小于ADC輸出采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔時(shí)，需要插值。常用(chn yn)插值方式6共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值線性內(nèi)插線性內(nèi)插 已知直線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)(zubio)(x1, y1

3、)和(x2, y2)，在由這兩點(diǎn)決定的直線上插入若干個(gè)給定點(diǎn)的x的值y 由直線的兩點(diǎn)式公式： 得線性插值公式： 7共四十三頁(yè)正弦(zhngxin)內(nèi)插多抽樣(chu yn)頻率下信號(hào)的處理稱為“多抽樣率信號(hào)處理” Multirate Signal Processing信號(hào)插值正弦內(nèi)插8共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值正弦內(nèi)插正弦(zhngxin)內(nèi)插9共四十三頁(yè)將x(n)的采樣頻率增加I倍(整數(shù)倍)相鄰兩點(diǎn)之間等間隔插入 I-1個(gè)零點(diǎn)，I 稱為(chn wi)插值因子內(nèi)插后的序列信號(hào)(xnho)插值正弦內(nèi)插10共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值正弦內(nèi)插采樣頻率(pnl)轉(zhuǎn)換信號(hào)抽取前后頻域的關(guān)系X

4、(e j )周期：- ; XI (e j)周期：- / I / I11共四十三頁(yè)信號(hào)(xnho)插值正弦內(nèi)插低通濾波器通帶(tn di)內(nèi)幅度=I截止頻率=1/I12共四十三頁(yè)主要(zhyo)內(nèi)容信號(hào)插值的基本原理數(shù)字濾波器基于(jy)Matlab的信號(hào)插值濾波器設(shè)計(jì)DSP中數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)13共四十三頁(yè)Digital Signal Processing數(shù)字信號(hào)處理 信號(hào)用數(shù)字或符號(hào)表示的序列(xli)，通過(guò)計(jì)算機(jī)或通用(專用)信號(hào)處理設(shè)備，用數(shù)字的數(shù)值計(jì)算方法處理(例如濾波、變換、壓縮、增強(qiáng)、估計(jì)、識(shí)別等)，以達(dá)到提取有用信息便于應(yīng)用的目的。14共四十三頁(yè)模擬濾波器： 用電阻、電容、電感及有

5、源器件等構(gòu)成濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波數(shù)字濾波器： 通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波優(yōu)點(diǎn)： 高精度、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活，不要求阻抗匹配(z kn p pi)，可實(shí)現(xiàn)特殊濾波功能數(shù)字(shz)濾波器15共四十三頁(yè)16DSP在數(shù)字存儲(chǔ)(cn ch)示波器中的應(yīng)用信號(hào)濾波（減噪）信號(hào)插值頻域補(bǔ)償 (幅度平坦(pngtn)化、帶寬增強(qiáng)、相位校正等)信號(hào)重建 (非均勻校正等)16共四十三頁(yè)數(shù)字(shz)濾波器的分類IIR數(shù)字(shz)濾波器：可以利用模擬濾波器設(shè)計(jì)但相位非線性FIR數(shù)字濾波器：可以嚴(yán)格線性相位，又可任意幅度特性因果穩(wěn)定系統(tǒng)可用FFT計(jì)算但階次比IIR濾波器要高得多17共四十三頁(yè)信

6、號(hào)(xnho)插值低通濾波低通濾波器窗函數(shù)(hnsh)設(shè)計(jì)法頻率抽樣設(shè)計(jì)法通帶內(nèi)幅度=I截止頻率=1/I通帶內(nèi)幅度=I截止頻率=1/I18共四十三頁(yè)19主要(zhyo)內(nèi)容數(shù)字濾波器信號(hào)插值基于(jy)Matlab的信號(hào)插值濾波器設(shè)計(jì)DSP中數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)共四十三頁(yè)MATLAB啟動(dòng)(qdng)與運(yùn)行菜單欄工具欄文件(wnjin)編輯窗口工作空間歷史命令窗口Start 菜單命令窗口命令提示符20共四十三頁(yè)具有很好的幫助功能。提供十分詳細(xì)的幫助文件（PDF、HTML、demo文件(wnjin)）。聯(lián)機(jī)查詢指令：help指令（例：help elfun，help exp，help simulink）

7、lookfor關(guān)鍵詞（例： lookfor fourier）doc指令（例：doc conv）大量的網(wǎng)上資源和用戶社區(qū)。MATLAB特點(diǎn)(tdin)21共四十三頁(yè)具有(jyu)若干功能強(qiáng)大的應(yīng)用工具箱。MATLAB主工具箱符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱SIMULINK仿真工具箱控制系統(tǒng)工具箱信號(hào)處理工具箱圖象處理工具箱通訊工具箱系統(tǒng)辨識(shí)工具箱神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工具箱金融工具箱MATLAB特點(diǎn)(tdin)22共四十三頁(yè)Signal Processing ToolboxFilter AnalysisFIR Filter Design23共四十三頁(yè)FIR數(shù)字(shz)濾波器 窗函數(shù)設(shè)計(jì)法濾波器系數(shù)的確定 Window-ba

8、sed finite impulse response filter designb=fir1(n,wn,ftype,window)b = fir1(N,Wn); 若wn為標(biāo)量，則設(shè)計(jì)(shj)低通濾波器， 若wn是12的向量，則用來(lái)設(shè)計(jì)帶通濾波器，若wn是1L的向量，則可用來(lái)設(shè)計(jì)L帶濾波器b = fir1(N,Wn,high);b = fir1(N,Wn, stop); 在上述格式中，若不指定窗函數(shù)的類型，fir1自動(dòng)選擇Hamming窗24共四十三頁(yè)FIR數(shù)字濾波器 窗函數(shù)(hnsh)設(shè)計(jì)法濾波器系數(shù)(xsh)的確定 Window-based finite impulse response

9、 filter designb=fir1(n,wn,ftype,window)b = fir1(15,1/I); b = I*b;25共四十三頁(yè)FIR數(shù)字濾波器 頻率抽樣(chu yn)設(shè)計(jì)法濾波器系數(shù)的確定 Frequency sampling-based finite impulse response filter designb=fir2(n, f, m) f - 歸一化頻率向量，其值在01之間， m - 與f相對(duì)(xingdu)應(yīng)的期望幅頻響應(yīng)。26共四十三頁(yè)FIR數(shù)字(shz)濾波器 頻率抽樣設(shè)計(jì)法濾波器系數(shù)(xsh)的確定 Frequency sampling-based fini

10、te impulse response filter designb=fir2(15,0 1/I 1/I 1,I I 0 0)27共四十三頁(yè)頻率響應(yīng) freqz(num,den,n) freqz(num,den,n,Fs) 其中： num-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分子(fnz)系數(shù)組成的行向量 den-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母系數(shù)組成的行向量 n-是頻率響應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，最好為2的冪缺省值512 Fs-采樣頻率FIR數(shù)字(shz)濾波器 Filter Analysisb = fir1(15,1/I);H,w = freqz(b,1,512);plot(w/pi,abs(H1);28共四十三頁(yè)Filter濾波(lb)因果

11、LSI系統(tǒng)的的零狀態(tài)響應(yīng)，在matlab中可以用函數(shù) y=filter(num,den,x) 其中： num-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分子系數(shù)組成的行向量 den-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母(fnm)系數(shù)組成的行向量 x-輸入的離散序列 y-輸出的離散序列，y的長(zhǎng)度與x的長(zhǎng)度一樣29共四十三頁(yè)MATLAB - FDAToolMATLAB中提供的濾波器設(shè)計(jì)輔助設(shè)計(jì)軟件(run jin)（在命令窗口中鍵入“fdatool”即可啟動(dòng)）定點(diǎn)(dn din)化Simulink產(chǎn)生HDL幅度響應(yīng)相位響應(yīng)30共四十三頁(yè)MATLAB - LowPassFilter低通濾波器的設(shè)計(jì)規(guī)范31共四十三頁(yè)主要(zhyo)內(nèi)容數(shù)字(shz)

12、濾波器信號(hào)插值基于Matlab的信號(hào)插值濾波器設(shè)計(jì)DSP中數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)32共四十三頁(yè)基本(jbn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)原理(yunl)框圖ADC: AD9481, 250MSPSFPGA：Xilinx公司的Spartan-3A系列的XC3S400A-4，開(kāi)發(fā)工具：ISEDSP: ADI公司的Blackfin系列BF531 開(kāi)發(fā)工具：VisualDSP+33共四十三頁(yè)數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)(shxin)卷積設(shè)兩序列x(n)、 h(n)，則其卷積和定義(dngy)為：群延時(shí)多相34共四十三頁(yè)數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)(shxin) convolve(卷積)convolveconvolutionSynopsis#inc

13、lude void convolve_fr16(const fract16 input_x,int length_x,const fract16 input_y,int length_y,fract16 output);35共四十三頁(yè)Fract16 & FloatFLOAT_TO_FR16Function:Convert a floating-point value to a fract16Synopsis: #include fract16 float_to_fr16(float x);FR16_TO_FLOATFunction: Convert a fract16 to a floatin

14、g-point valueSynopsis: #include float fr16_to_float(fract16 x);36共四十三頁(yè)基本(jbn)流程圖37共四十三頁(yè)Matlab示例(shl)I = 4;N_filter = 16;h1 = fir1(N_filter-1,1/I,hamming(N_filter);h1 = I*h1;sum(h1)H1,w1 = freqz(h1,1,512);figure(1);plot(w1/pi,abs(H1);xlabel(Normalized Frequency (timespi rad/sample)ylabel(Magnitude)di

15、sp( sprintf(%.4f,h1(1:N_filter-1) sprintf(%.4f,h1(N_filter) ;)38共四十三頁(yè)DSP示例(shl)#include #include static const float SinX_I4_16_float16=xxx,xxx,xxx;const short *InPtr; float Ibuffer1200=0; /輸入fract16 Ibuffer_fr161200=0; /輸入short Len=300; /插值前信號(hào)點(diǎn)數(shù) fract16 SinX_I4_16_fr1616=0;/插值系數(shù)(xsh)short Obuffer121

16、5=0; /輸出fract16 Obuffer_fr161215=0; /輸出InPtr = (short *) gOriginBuffer;39共四十三頁(yè)DSP示例(shl)/對(duì)輸入信號(hào)歸一化，插入零值，完成數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換(zhunhun)/完成插值系數(shù)的類型轉(zhuǎn)換/對(duì)Ibuffer_fr16低通濾波/void convolve_fr16(const fract16 input_x,int length_x, const fract16 input_y,int length_y, fract16 output);/對(duì)Obuffer去歸一化&類型轉(zhuǎn)換/信號(hào)插值結(jié)果顯示40共四十三頁(yè)顯示(xinsh)結(jié)果示例41共四十三頁(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交方式按小組提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子檔請(qǐng)發(fā)送至 郵件主題&附件(fjin)主題： 班號(hào)-學(xué)號(hào)-姓名-信號(hào)插值實(shí)驗(yàn)報(bào)告 42共四十三頁(yè)內(nèi)容摘要時(shí)域測(cè)試技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)。將x(n)的采樣頻率增加I倍(整數(shù)倍)。用電阻、電容、電感及有源器件等構(gòu)成濾波器對(duì)信號(hào)(x