信號濾波實(shí)驗(yàn)

§5.3信號濾波實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)概述二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散信號三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪四、試運(yùn)用低通濾波進(jìn)行二維信號的去噪實(shí)驗(yàn)

*一、實(shí)驗(yàn)概述(1)能利用低通濾波方法對離散信號進(jìn)行去噪處理。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2)重點(diǎn)掌握均值濾波方法與中值濾波方法。(1)設(shè)計(jì)并生成用于實(shí)驗(yàn)的若干離散低頻信號。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在這些信號中分別添加了具有不同信噪比的均勻噪聲、高斯噪聲以及孤立噪聲。(2)對實(shí)驗(yàn)信號進(jìn)行濾波去噪。

分別用不同的濾波方法進(jìn)行去噪實(shí)驗(yàn)。(3)試對二維信號進(jìn)行濾波去噪。*一、實(shí)驗(yàn)概述(1)編程實(shí)現(xiàn)有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)要求(2)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括：

基本原理與方法；

實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)；

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析；(3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印后，上交紙質(zhì)文檔。

源程序(必要的注釋)。

方法說明、程序說明及使用說明。(可選)

編程語言不限；程序規(guī)范，通用性強(qiáng)。1.信號的噪聲二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散低頻信號隨機(jī)噪聲

信號的噪聲分為乘性噪聲與加性噪聲。出現(xiàn)在信號的每一點(diǎn)上，但噪聲的幅值是隨機(jī)的；常見的隨機(jī)噪聲有均勻噪聲和高斯噪聲。出現(xiàn)的位置是隨機(jī)的，但噪聲的幅值相對比較大，孤立噪聲本實(shí)驗(yàn)僅考慮加性噪聲，包括隨機(jī)噪聲與孤立噪聲。

且通常是基本相同的。又稱為椒粒噪聲、鹽粒噪聲以及椒鹽噪聲。對于二維信號，孤立噪聲2.峰值信噪比二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散低頻信號

峰值信噪比用于定量刻畫信號中噪聲的強(qiáng)弱程度。峰值均方差

(dB)峰值信噪比

其中，為原始信號，為降質(zhì)信號；或者

對于二維信號，可以同樣地定義峰值信噪比。二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散低頻信號3.實(shí)驗(yàn)信號的設(shè)計(jì)與生成舉例(1)原始信號由頻率分別為

2

Hz

和

5

Hz

的正弦信號合成

,(3)對抽樣后的信號，在

0.5

秒到

2

秒這一段時間內(nèi)添加(4)從文件中讀取信號數(shù)據(jù)，并顯示其曲線。步驟時間跨度為2秒，(2)以4

ms為采樣間隔對連續(xù)信號進(jìn)行抽樣。各種噪聲，即并以文件的形式保存。二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散低頻信號3.實(shí)驗(yàn)信號的設(shè)計(jì)與生成舉例

本實(shí)驗(yàn)在Matlab中所涉及到的部分函數(shù)：fopenfprintffclosefscanf創(chuàng)建或打開文件；將數(shù)據(jù)以指定的格式寫入文件；關(guān)閉文件；從文件中讀出數(shù)據(jù)；saveload將數(shù)據(jù)以固定的格式寫入文件(

.mat

)；從文件(

.mat

)中裝載數(shù)據(jù)；randnrand產(chǎn)生高斯分布的隨機(jī)序列；產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)序列；二、生成用于實(shí)驗(yàn)的離散低頻信號3.實(shí)驗(yàn)信號的設(shè)計(jì)與生成舉例原始信號添加孤立噪聲(

PSNR

=

25.79

dB

)添加均勻噪聲(

PSNR

=

23.65

dB

)添加高斯噪聲(

PSNR

=

23.04

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪1.濾波實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容(3)理想低通濾波

(4)線性鑲邊理想低通濾波(2)均值濾波

本實(shí)驗(yàn)共采用了四種濾波方法對實(shí)驗(yàn)信號進(jìn)行濾波實(shí)驗(yàn)。采用的是相鄰七點(diǎn)中值濾波。(1)中值濾波

內(nèi)容采用的是相鄰七點(diǎn)均值濾波。通帶的截止頻率為

15

Hz，對濾波因子以

4

ms

采樣；半因子長度為25。通帶與過渡帶的截止頻率分別為10

Hz和20

Hz。中值濾波(

PSNR

=

28.65

dB

)原始信號添加均勻噪聲(

PSNR

=

23.65

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪2.均勻噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例均值濾波(

PSNR

=

31.52

dB

)原始信號添加均勻噪聲(

PSNR

=

23.65

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪2.均勻噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例理想低通濾波(

PSNR

=

31.72

dB

)線性鑲邊理想低通濾波(

PSNR

=

32.88

dB

)原始信號添加高斯噪聲(

PSNR

=

23.04

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪3.高斯噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例中值濾波(

PSNR

=

29.52

dB

)均值濾波(

PSNR

=

30.88

dB

)原始信號添加高斯噪聲(

PSNR

=

23.04

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪3.高斯噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例理想低通濾波(

PSNR

=

31.88

dB

)線性鑲邊理性低通濾波(

PSNR

=

32.36

dB

)原始信號添加孤立噪聲(

PSNR

=

25.79

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪4.孤立噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例中值濾波(

PSNR

=

45.63

dB

)均值濾波(

PSNR

=

33.98

dB

)原始信號添加孤立噪聲(

PSNR

=

25.79

dB

)三、利用低通濾波對實(shí)驗(yàn)信號去噪4.孤立噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例理想低通濾波(

PSNR

=

33.62

dB

)線性鑲邊理想低通濾波(

PSNR

=

35.39

dB

)1.二維信號(圖像)及其噪聲示例原始圖像添加均勻噪聲(

PSNR

=

25.04

dB

)四、試運(yùn)用低通濾波進(jìn)行二維信號的去噪實(shí)驗(yàn)*原始圖像添加椒鹽噪聲(

PSNR

=

23.92

dB

)1.二維信號(圖像)及其噪聲示例四、試運(yùn)用低通濾波進(jìn)行二維信號的去噪實(shí)驗(yàn)*2.均勻噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例原始圖像添加均勻噪聲(

PSNR

=

25.04

dB

)四、試運(yùn)用低通濾波進(jìn)行二維信號的去噪實(shí)驗(yàn)*

均值濾波(

PSNR

=

28.12

dB

)

中值濾波(

PSNR

=

27.78

dB

)3.椒鹽噪聲的去噪實(shí)驗(yàn)示例原始圖像添加椒鹽噪聲(

PSNR

=

23.92

dB

)四、試運(yùn)用低通濾波進(jìn)行二維信號的去噪實(shí)驗(yàn)*

均值濾波(

PSNR