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基于DSP的信号频谱分析与实现.docx.docx

上传人:微传9988 文档编号:1897200 上传时间:2018-08-29 格式:DOCX 页数:6 大小:28.07KB
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资源描述

1、基于 DSP 的信号频谱分析与实现(中国铁通 包头分公司,内蒙古 包头 014000)摘 要:文章重点讨论了数字信号的频谱,利用 FFT(快速 傅立叶变换)和 Burg(伯格)函数的分析方法,基于MATLAB 环境和 TMS320C54XDSP,分析平稳随 机信号和实际的语音信号功率谱密度,以期在频域提取信号的特征。关键词:频谱分析;数字信号处理;MATLAB;TMS320C54X中图分类号:TN911.6 文献标识码:A 文章编号: 10076921(XX)14007002信号处理中和频谱分析最为密切的理论基础是傅立叶变换(Fourier transform,FT)。离散 傅立叶变换(DFT

2、)和数字滤波是数字信号处理的基本内容。信号时域采样理论实现了信号时 域的离散化,而离散傅里叶变换理论实现了频域离散化,因而开辟了数字技术在频域处理信 号的新途径,推进了信号的频谱分析技术向更广的领域发展。1 信号的频谱分析如果信号频域是离散的,则信号在时域就表现为周期性的时间函数;相反信号在时域上是离 散的,则该信号在频域必然表现为周期的频率函数。不难设想,一个离散周期序列,它一定 具有既是周期又是离散的频谱。有限长序列的离散傅里叶变换和周期序列的离散傅里叶级数 本质是一样的。因而有限长序列的离散傅里叶变换的定义为:740)this.width=740“ border=undefined740

3、)this.width=740“ border=undefinedx(n)和 X(k)是一个有限长序列的离散傅里叶变换对。式(1.1)为 x(n)的 N 点离散傅里叶变 换(DFT),式(1.2)为X(k)的 N 点离散傅里叶反变换(IDFT)。作为有限长序列的一种傅里叶表示法,离散傅里叶变换除了在理论上相当重要之外,而且由 于存在有效的快速算法快速离散傅里叶变换(FFT),因而在各种数字信号处理的算法中 起着核心作用。快速傅里叶变换是指 1965 年库力和图基(Cooley-Tukey)算法为基础的一类高 效算法,它的出现和发展对推动信号的数字处理技术的变革和发展起着重大作用。740)thi

4、s.width=740“ border=undefined信号谱分析是数字信号处理的重要内容,对确定的信号其时 域表示是确定的,其频谱可以通 过傅立叶变换得到。但在实际应用中,携带信息的信号本质上都是随机的,随机信号不能用 确定的时间函数表示,只能用概率分布函数、概率密度函数或统计平均特性来描述。通常把 随机信号看作无限长度和无限能量的功率信号,由于不满足绝对可积,其傅立叶变换不存在 ,因此只能研究其功率在频域的分布,即功率谱或功率谱密度。实际应用中人们所能得到的 随机信号的样本函数总是有限长序列,根据有限长度的信号所得的功率谱只是随机信号真实 功率谱的估计,称为功率谱估计。功率谱是平稳随机信

5、号在频域上,描述各频率分量功率分 布情况的基本特征量,由于功率谱与相关函数之间是一对傅立叶变换,经典功率谱估计都依 据DFT,而采用 FFT 算法,故称之为非参数方法。若间接使用有限数据先估计相关函数,进而 求出功率谱的估计,为自相关法。2 利用 MATLAB 进行随机信号功率谱分析MATLAB 在 DSP(数字信号处理)中有着广泛的应用。例如:MATLAB 的信号处理工具箱、滤波 器设计工具箱以及Simulink 的建模仿真功能,还有针对 DSP 系统的专用数据库DSP 模块库 和定点 DSP 模块库。此外,信号处理工具 SPTool(Signal processing tool)提供了一个

6、于 完成信号处理任务的 GUI 集成环境。利用他可以从 MATLAB 工作空间或者文件直接导入已经设 计好的信号、滤波器或频谱;可以分析、聆听和输出时域信号;可以设计、分析和输出滤波 器;可以完成对信号的滤波;可以对输入输出信号进行各种谱分析并输出结果,等等。在下面的程序中利用 MATLAB 分信号频域的幅度谱、相位谱、功率谱。通过对频谱图的比较, 观察出信号的频域特征。在对语音信号的分析中,先利用计算机的声卡和麦克风对一实际的声音进行采集,保存为 WA V 格式,利用MATLAB 的 wavread(sample)函数读取采样信 号到MATLAB 的工作空间。740)this.width=7

7、40“ border=undefined3 利用 DSP 进行随机信号功率谱分析对信号的数字处理,是利用计算机或专用的数字设备对信号进行采集、变换、滤波、估值、 增强、压缩和识别等加工处理,以得到符合人们需要的信号形式并进行有效的传输与应用。 数字信号处理器,也称 DSP 芯片,是一种专门用于数字信号处理的微处理器。DSP 芯片的内部 采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊 的 DSP 指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。基 2 的 FFT 硬件实现有多种形式,其工作原理主要采用:顺序处理;级联处理;并 行迭代处理;阵列处理等。在利用 DSP

8、 进行频谱分析的程序设计中,实现的主要程序为:STM #fft-data,AR2STM #fft-data,AR3STM #fft-out,AR4STM #K-FFT-SIZE*2-1,BRCRPTB power-end-1SQUR *AR2+,ASQURA *AR2+,ASTH A,*AR4+740)this.width=740“ border=undefined4 结论文章通过对随机信号的功率谱分析,了解信号中的频谱组成,进而对信号特征进行考察。完 成了基于 MATLAB的信号在时域和频域的波形仿真。在 CCS 环境下,利用汇编语言实现 FFT 算法 和功率谱的估计,通过 CCS 所包含的

9、画图函数进行相应的频谱观测,最后,通过仿真器在硬 件TMS320C54x DSP 上实现了随机信号的功率谱分析。参考文献1 陈后金,薛健,胡健.数字信号处理M.XX:高等教育出版社,XX.2 董长虹,余啸海,高成,金涛.MATLAB 信号处理与应用M.XX:国防工业 出版社,XX.3 梁虹,梁洁,陈跃斌.信号与系统分析及 MATLAB实现M.XX:电子工业出 版社,XX.4 张志涌.精通 MATLAB6.5 版M.XX:XX 航空航天大学出版社,XX. 5 彭启琮,李玉柏,管庆.DSP 技术的发展与应用M.XX:高等教育出版社, XX.6 乔玉萍,崔涛,张芳娟.TMS320C54xDSP 原理及应用M.西安:西安电子科技 大学出版社,XX.

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