基于matlab的數字信號處理教學輔助工具

【摘要】在數字信號處理的教學中，教師總是希望通過直觀的圖形來顯示數字信號數據的特性，可是，繪制數字信號頻譜變化的圖形，是一項較為復雜的工作，如果通過高級編程語言來繪制，用戶必須對這類語言有著較為深入的了解，繪制工作也較為繁瑣。文章通過MATLAB的數字信號處理工具和GUI圖形用戶界面功能設計并開發了一款數字信號教學輔助軟件。在實現了數字信號教學主要內容繪制圖像功能的基礎上，使得操作界面簡單快捷，利于教師操作，從而使得學生更易于學習這門課程。

【關鍵詞】數字信號處理；教學輔助

1.設計與背景

由于數字信號處理這款軟件涉及大量的運算，所以教師自己繪制圖像時會耗費大量的精力，如果通過一個簡易的軟件來繪制圖像，就會大大減輕教師的工作。

根據數字信號處理這門課程的基本內容，我們將這款軟件分為4個模塊來進行開發，具體分為時域分析、頻域分析、復頻域分析以及濾波器四大模塊，每一個模塊又由一些功能模塊組成，它們各自對應了數字信號處理這門學科的內容。

在涉及這款軟件中，我們盡量要做到界面友好簡易，教師不需要了解軟件代碼，只需要填寫繪制圖像的最基礎特征，然后圖像即可繪制，并且，盡量使用大學廣泛使用的編程語言，從而使得教師不需要單獨安裝另一軟件，經過刷選，Matlab擁有自己獨特的數字信號繪制圖像語言及界面開發工具，完全符合開發的需求。

2.軟件開發

2.1 軟件的整體結構

如前文所寫，在開發軟件時，我們按照數字信號課程分成四個模塊，并加入一個幫助模塊，這樣，軟件開發的基本結構就成型了，如圖2.1所示。

2.2 軟件的具體設計

在具體設計軟件時，又分為兩大階段，第一階段是用戶使用的界面，目標是簡明易懂，用戶可以直接操作，通過簡單地操作完成自己的目標。

因此，軟件主界面圖以MATLAB為平臺，如圖2.1所示，這種平臺具有操作方便，功能完善，能夠更方便直接的對數據文件進行計算和處理，輸出形象直觀等特點。

首先用MATLAB的GUIDE建立開始主界面，然后在主界面設置按鈕，分別對應六大功能，設置好后，分別設置跳轉功能，使得點擊開始界面后可以跳轉到各個功能的子界面。子界面的設置與主界面大致相同，但是要多設置”返回”按鈕的功能，通過返回按鈕，返回到之前的開始界面，在子界面之下，則是功能界面，也就是各個不同子界面繪制功能的具體界面，通過跳轉功能，使得子界面和功能界面連接到一起，在功能界面，關鍵是一個界面上實現多個功能，這就要求在一個有限的空間內分配好各個按鈕和生成圖像的位置。

第二階段則為數字圖像處理各個具體功能繪圖的代碼編寫，通過matlab進行編寫，下面是一個巴特沃斯低通模擬濾波器生成代碼，：

3.結果展示

軟件編寫結束后，子界面成果如圖3.1所示。

由圖3.1可以看到，進入復頻域子界面后，有兩種不同功能的繪圖模式，并且有著返回和退出功能。

圖3.2是DTFT功能界面，由圖可見，當輸入需要繪制圖形的參數后，選取確定，則相關圖像就會繪制出來。

4.結束語

論文完成了一個Matlab教學輔助程序的開發，從而克服了數字圖像處理難以繪圖的缺點，擁有簡單直觀，便于操作的優點。

參考文獻

[1]程佩青.數字信號處理教程（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]王彬，于丹，汪洋.MATLAB數字信號處理[M].北京：機械工業出版社，2010：69-75.