MATLAB在數字信號處理教學中的應用

杜 泉

（武昌理工學院）

MATLAB在數字信號處理教學中的應用

杜 泉

（武昌理工學院）

數字信號處理教學抽象性、理論性強，在教學中很多學生感到枯燥，影響了學生學習的積極性。將MATLAB技術應用到數字信號處理教學當中，將其作為重要的輔助教學手段，通過MATLAB進行示例與仿真，能夠達到更好的教學效果。

MATLAB；數字信號處理；應用示例

0 引言

MATLAB是由MathWorks推出的高性能的數值計算以及可視化的計算機高級軟件。它將數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示有機地融合為一體，形成了一個極其方便、用戶界面友好的操作環(huán)境。MATLAB能夠對數字信號處理進行很方便的運算、仿真以及系統設計。由于MATLAB能夠為數字信號教學工作提供諸多便利，當前MATLAB已經被廣泛的應用到數字信號教學中，并提高數字信號處理教學水平。

1 MATLAB概述

MATLAB能夠為用戶提供強大的科學運算、靈活的程序設計流程以及高質量的圖形可視化和界面設計等功能。當前，MATLAB技術被廣泛的應用到了通信系統設計和仿真領域、數字圖形處理以及數字信號處理等領域當中。MATLAB軟件在信號處理當中的應用主要有符號運算、數值計算以及仿真分析等，其中關于數值計算和仿真分析主要包括了函數運算、信號頻譜分析等諸多內容。MATLAB在數字信號處理教學中的應用，能夠保證在教學的過程中加深學生對其理論部分的理解。在數字信號處理教學中，運用MATLAB數值分析的以及計算結果可視化的功能，能夠使學生更加容易的理解數字信號處理理論的物理實際意義。目前，隨著計算機科學技術的快速發(fā)展，數字信號處理已經發(fā)展成為一門十分重要的基礎性學科，并在信息科學中占有十分重要的地位，因此，在進行數字信號處理教學時，提高學生對數字信號處理學科的掌握能力具有十分重要的意義。MATLAB在數字信號處理方面具有很大的優(yōu)勢。將MATLAB應用到數字型號處理教學工作，能夠幫助學生更好的理解數字信號處理知識內容，提高數字信號處理教學水平，提高教學效率。

2 MATLAB在數字信號處理教學中的應用

MATLAB在數字信號處理教學中，有著十分廣泛的應用，文中以離散傅里葉變換應用之分辨率和數字濾波器進行了研究。

2.1 DFT在分辨率中的應用

在對有限長序列頻譜進行分析時DFT是一個十分有效的方法，同時頻譜分析構成了DFT的一個重要的應用領域。在學生對DFT進行理解時，分辨率是學生最難理解的內容之一。頻率分辨率指的是在刻畫某種頻譜分析方法時將信號中兩個考的十分近的譜峰保持分開的能力。其相當于是通過一個頻域的窗函數在對頻譜進行觀察時，觀察者所看到的頻率的寬度、頻域窗越窄，則頻率的分辨率則就會越好。例如：的最高的頻率：，抽樣頻率：，信號記錄長度是。假如信號為包含有三個頻譜量，，，，問能不能將三個譜峰值分離？根據相關理論可知，當N=1024點時，頻率分辨率為信號記錄的長度，顯然和，所以能夠分辨出信號當中由產生的弦分量。在利用DFT對信號頻譜進行分析時，采用記錄點數足夠長，這樣能夠很好地分辨出原信號當中含有的頻率分量，實現預期效果。在進行數字信號處理教學的過程當中，為了提高學生對教學內容的理解，將MATLAB作為輔助教學工具應用到教學當中，能夠使數字信號處理教學內容中的理論部分變得更加的生動直觀，更容易被學生理解，從而能夠使教學工作取得更好的效果，提升教學質量。

2.2 數字濾波器實現

在數字信號處理課程教學當中，數字濾波器的設計是重要的教學內容，但是，在進行實際教學的過程中由于這一部分內容教學會涉及到的很多的公式，相對于其它教學內容，這一部分計算也十分繁瑣，最終所得到的結果也都是以數值呈現，其幅頻性也不直觀，這使得這一部分教學內容很難引起學生的學習興趣，并且在教學中由于其計算的繁瑣性，在教學時往往使學生形成排斥心理。在數字濾波器的教學中，為了激發(fā)學生學習興趣，提高教學效果使用了MATLAB實現數字濾波器。

在進行教學時，根據以下技術指標，采用雙線變換法設計研究了一個數字低通濾波器，在進行濾波器設計時采樣頻率為1Hz，通帶臨街頻率fp=0.2Hz，通帶內衰減小于1dB；阻帶臨界頻率是0.3Hz阻帶內的衰減大于25dB。根據數字信號處理教材上的低通數字濾波器的設計思想和設計方法：第一步將數字濾波器的性能要求變換成閾值相應的模擬低通濾波器的性能要求，并且要根據這一性能進行低通數字濾波器的設計工作，第二步需要根據雙線變換法，將這一模擬低通濾波器數字化成數字濾波器。在進行設計的過程中，每一步要進行的計算量都比較大，計算比較繁瑣，并且其所得到的結果也并不是直觀。但是，在進行數字濾波器設計時，采用MATLAB編程，就可以是仿真結果以形象直觀的方式表現出來，并且能夠被學生所理解，如圖1所示。

Application of MATLAB in teaching of digital signal processing

Du Quan
（Wuchang University of Technology）

Digital signal processing teaching abstract, theoretical, in the teaching of many students feel boring, affect the enthusiasm of students learning. The application of MATLAB technology to digital signal processing teaching, as an important auxiliary teaching means,through the MATLAB example and simulation, to achieve a better teaching effect.

MATLAB; digital signal processing; application example

G642.4

：A