隨機(jī)信號處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告二1.doc

實(shí)驗(yàn)二 隨機(jī)信號處理的工程編程實(shí)現(xiàn)031041109 向政一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉各種隨機(jī)信號分析及處理方法。2、掌握運(yùn)用MATLAB中的統(tǒng)計(jì)工具包和信號處理工具包繪制概率密度的方法二、實(shí)驗(yàn)原理1平滑濾波 平滑濾波可以與中值濾波結(jié)合使用，對應(yīng)的線性平滑器可以僅僅用低階的低通濾波器（如果采用高階的系統(tǒng)，則將抹掉信號中應(yīng)該保存的不連續(xù)性）。2、IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理利用雙線性變換設(shè)計(jì)IIR濾波器（只介紹巴特沃斯數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)），首先要設(shè)計(jì)出滿足指標(biāo)要求的模擬濾波器的傳遞函數(shù)，然后由通過雙線性變換可得所要設(shè)計(jì)的IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。3、協(xié)方差設(shè)兩個隨機(jī)變量X和Y，定義：為X和Y 的協(xié)方差。其相關(guān)函數(shù)為：由此可見協(xié)方差的相關(guān)性與X和Y是密切相關(guān)的，表征兩個函數(shù)變化的相似性4、互相關(guān)互相關(guān)函數(shù)定義為：如果X（t）與Y（t）是相互獨(dú)立的，則一定是不相關(guān)的。反之則不一定成立。它是兩個隨機(jī)過程聯(lián)合統(tǒng)計(jì)特性中重要的數(shù)字特征。5、頻率響應(yīng)反映儀器對頻率動態(tài)反應(yīng)的重要參數(shù)。時間序列經(jīng)過濾波處理后，原來序列中各種頻率振動的振幅會受到削弱。各種頻率振動過濾前后振幅之比值稱為頻率響應(yīng)。它反映輸出信號隨輸入信號的頻率變化而變化的情況。6、白噪聲的檢測與分析白噪聲信號是一個均值為零的隨機(jī)過程，任一時刻是均值為零的隨機(jī)變量。而服從高斯分布的白噪聲即稱為高斯白噪聲。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基于matlab的隨機(jī)語音信號的平滑濾波、IIR高通/低通/帶通/帶阻濾波、概率密度、互相關(guān)、最大似然估計(jì)、產(chǎn)生白噪聲并求其平均功率譜密度及自相關(guān)、求混合噪聲自相關(guān)及平均功率譜密度。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 6.功率譜密度： 上圖所示為原始信號與加噪信號的功率譜密度的比較圖形，上述兩個圖形中功率譜都大于或等于0，即功率譜為非負(fù)的函數(shù)，原始信號中在處功率譜最大其他點(diǎn)的功率譜基本上都可看成是0即常數(shù)，加噪信號中，功率譜都在0到0.5之間變化，也看近似的認(rèn)為是一個常數(shù)。7.正態(tài)概率密度函數(shù)：如圖所示為語音信號的正態(tài)概率密度函數(shù)，近似的服從正態(tài)分布。8.傅里葉變換該圖為給原語音信號加不同的窗時的短時能量函數(shù)，其中紅色曲線表示加hanning窗時的短時能量曲線，綠色線為加blackman窗時的短時能量曲線。我們發(fā)現(xiàn)：在用短時能量反映語音信號的幅度變化時，不同的窗函數(shù)反應(yīng)效果不同。hanning窗的效果相對略好。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)取窗寬過小，不能反應(yīng)信號的主體En趨勢，En值大對應(yīng)于濁音段，En值小對應(yīng)于清音段。9.短時譜： 該圖為原語音信號的短時譜圖，該圖反應(yīng)了語音信號的的時變性和在一幀范圍內(nèi)的不變性。10.瑞利分布： 此圖為瑞利分布。11.標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)數(shù)： 由圖可知在-3到3范圍內(nèi)，當(dāng)x取0.9時概率最大12. 倒譜 此圖為倒譜，在160點(diǎn)與340點(diǎn)的為最大13.相頻 此為相頻特性反映的是輸入信號的相位差與頻率之間的關(guān)系14. 線性預(yù)測 此圖為線性預(yù)測函數(shù)15. 高通濾波 此圖為高通濾波函數(shù)16. 平均功率譜密度 此圖為平均功率譜密度 17. 正弦函數(shù) 此圖是對原始信號求正弦函數(shù)18. 希爾伯特 上圖所示是對原始的語音信號進(jìn)行一次的希爾伯特變換的實(shí)軸和虛軸的變化圖形，希爾伯特變換序列具有和原序列相同的幅值和頻率成分，也包含了原序列的相位信息，由圖可以看出，對信號進(jìn)行一次變換后實(shí)軸和虛軸的圖形相差了/2，即相移了/2，而原來的幅值和頻率都保持不變，所以，對信號作希爾伯特變換就相當(dāng)于對原始信號進(jìn)行每次正負(fù)/2的相移。19. 語譜圖 該圖為原語音信號的語譜圖，語譜圖是一種三維頻譜，它是表示語音頻譜隨時間變化的圖形，其縱軸為頻率橫軸為時間，任一給定頻率成分在給定時刻的強(qiáng)弱用相應(yīng)點(diǎn)的灰度或色調(diào)的濃淡來表示，是一種動態(tài)的頻譜。8.兩種窗下的短時能量： 五、實(shí)驗(yàn)心得 在這次實(shí)驗(yàn)中，遇到了很多困難，時臨期末考試復(fù)習(xí)階段，對于這個實(shí)驗(yàn)也沒有很完整的時間來做，直到要交實(shí)驗(yàn)時才在拼命趕著做，很多函數(shù)都不是很懂，但是在找