ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG  HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Biên soạn: Th.S THÁI VĂN TIẾN Đà nẵng, năm 2014 Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc    NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM PHẢI TUÂN THEO CÁC ĐIỀU QUY ĐỊNH SAU ĐÂY : Trang phục theo quy định chung nhà trường Vào phòng TN theo lịch, quy định; Phải chuẩn bị nội dung thực hành, thí nghiệm đầy đủ Cấm hút thuốc, khơng có men bia rượu, cấm đùa giỡn, khơng lại lộn xộn, làm ồn gây trật tự ; Không xả rác Tuân thủ nghiêm quy định an toàn: Lao động, sử dụng điện, sử dụng thiết bị - dụng cụ an toàn chống cháy nổ Khi có cố an tồn điện, phải nhanh chóng cắt điện Cấm tự ý sử dụng, tháo gỡ, di chuyển mang khỏi phòng trang thiết bị, dụng cụ, vật tư phịng TN Giữ gìn tốt tài sản phịng TN; Nếu làm hỏng, làm phải bồi thường Sau thực hành, thí nghiệm xong phải tắt máy tính xếp bàn ghế gọn gàng trước ký điểm danh Mọi mát hỏng hóc xảy q trình làm thực hành, thí nghiệm sinh viên khơng tn thủ theo quy định nêu nhóm sinh viên thực hành, thí nghiệm phải chịu hồn tồn trách nhiệm 2|Page Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014 MỤC TIÊU CỦA HỌC PHẦN Mục tiêu chung Sinh viên hiểu phần mềm MATLAB vận dụng phần mềm giải toán học phần lý thuyết học Mục tiêu cụ thể - Kiến thức: Nắm vững sở lý thuyết tín hiệu hệ thống xử lý tín hiệu 1, Đồng thời trang bị kiến thức xử lý tín hiệu làm tiền đề cho nghiên cứu đồ án chuyên ngành đồ án tốt nghiệp học kỳ - Kỹ năng: Am hiểu công cụ phần mềm tính tốn MATLAB - Thái độ: Nghiêm túc, chấp hành quy định phịng thí nghiệm Tiêu chí thang đánh giá - Sinh viên phải tham gia đầy đủ buổi thí nghiệm theo lịch phịng đào tạo nghĩ từ ½ số buổi thí nghiệm trở lên không làm test - Sinh viên phải tìm hiểu đọc trước tài liệu thầy hướng dẫn yêu cầu - Sinh viên phải hoàn tất Lab thầy hướng dẫn - Thang đánh giá: o Chuyên cần : 10% o Thực hành : 20% o Kiểm tra : 70% 3|Page Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014 BÀI 1: TÌM HIỂU PHẦN MỀM MATLAB MABLAB, viết tắt Matrix Labotary, công cụ phần mềm hỗ trợ tính tốn ma trận MATLAB tích hợp môi trường chung loạt khả bao gồm tính tốn, hiển thị kết lập trình nhằm giải vấn đề liên quan đến tốn học Các vấn đề bao gồm:  Các phương trình tốn học tính tốn  Phát triển giải thuật  Thu thập liệu  Mô hình hố, mơ tạo mẫu theo thiết kế  Phân tích, khảo sát thể liệu hình ảnh  Biểu diễn biểu đồ mang tính khoa học tính kỹ thuật  Phát triển với giao diện với người sử dụng Ưu điểm bật MATLAB, đề cập trên, khả tính tốn, đặc biệt toán liên quan đến ma trận vector, với thời gian nhiều lần so với cơng việc tính tốn ngơn ngữ lập trình khác C hay Fortran Khả lập trình MATLAB linh hoạt, cụ thể việc tạo câu lệnh riêng hàm riêng người sử dụng Hệ thống MATLAB bao gồm phần sau:  Mơi trường phát triển: tập hợp công cụ, phần lớn chúng giao diện đồ hoạ, giúp người dùng sử dụng câu lệnh hàm MATLAB  Thư viện hàm toán học: Là tập hợp hàm toán học bao gồm từ hàm sin, cosin, phép tính đại số phức đến hàm phức tạp tìm ma trận đảo, tìm ma trận riêng, hàm Bessel biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform – FFT)  Ngôn ngữ lập trình: ngơn ngữ bậc cao liên quan đến ma trận mảng Trong MATLAB có đầy đủ đặc trưng ngơn ngữ lập trình bao gồm lệnh rẽ nhánh, hàm, cấu trúc liệu, nhập/xuất liệu, đặc tính liên quan đến lập trình hướng đối tượng (object-oriented programming)  Đồ hoạ: tập hợp công cụ để biểu diễn ma trận vector đồ hoạ Bên cạnh công cụ mức thấp để thể liệu dạng chiều chiều, xử lý hình ảnh tĩnh, ảnh động cịn có cơng cụ mức cao dùng để tạo biểu diễn đồ hoạ theo ý đồ người sử dụng tạo giao diện đồ hoạ users 4|Page Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014  Các API: Là thư viện cho phép người sử dụng gọi hàm viết ngôn ngữ C Fortran Chúng bao gồm công cụ cho phép gọi hàm từ MATLAB dạng liên kết động, để đọc ghi tệp MAT MATLAB, bên cạnh khả tính tốn ma trận, đồng thời ngơn ngữ lập trình mạnh Các tệp chương trình MATLAB ghi dạng m, gọi M-files Có hai loại tệp dạng m:  Tệp kịch (scripts): Loại tệp khơng có biến đầu vào đầu ra, đơn xử lý liệu với biến vùng làm việc thời (work space) MATLAB Khi gõ tên tệp cửa sổ lệnh (command window), lệnh lưu nội dung tệp gọi theo kịch từ xuống  Tệp mô tả hàm (functions): Loại tệp cần khai báo biến đầu vào đầu Các biến khai bên loại tệp biến địa phương (local variables) có phạm vi ảnh hưởng hàm số Nội dung tệp nhằm mục đích tính tốn thông số đầu dựa tham số đầu vào hàm số Tên tệp loại cần trùng với tên hàm số khai báo mô tả bên nội dung tệp Để khởi động MATLAB, người sử dụng nháy đúp chuột vào biểu tượng MATLAB hình desktop vào menu Start -> All Programs -> MATLAB R2009b  MATLAB R2009b từ giao diện Windows Sau MATLAB khởi động, hình người sử dụng hiển thị lên mơi trường phát triển tích hợp MATLAB bao gồm số cửa sổ Hình 1.1 Hình 1.1 Giao diện MATLAB R2009b 5|Page Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014 Trong có cửa số quan trọng sau:  Cửa sổ lệnh (Command Window): có chức thể dấu nhắc để nhập vào lệnh từ bàn phím, hiển thị kết tính tốn sau gõ lệnh gọi hàm  Cửa sổ lệnh dùng (Command History): thể danh mục lệnh gõ hàm gọi theo phiên làm việc  Cửa sổ thư mục thời (Current Directory): thể danh sách tệp dạng đuôi m tồn thư mục thời Để thay đổi thư mục thời cửa sổ nhỏ nằm bên cửa số lệnh  Vùng làm việc (Workspace): thể danh mục tất biến bao gồm: tên biến, giá trị thời biến, kiểu biến tồn phiên làm việc Ngồi cịn loạt cửa sổ khác kích hoạt hiển thị gọi lệnh chọn mục phần Menu MATLAB Để biết thêm cửa số tham khảo thêm phần trợ giúp (Help) MATLAB cách nhấn phím F1 Để soạn thảo kịch hàm, thực chọn menu File -> New -> M-File nhắp chuột vào biểu tượng New M-File cơng cụ (Toolbar) Trên hình hiển thị lên cửa sổ soạn thảo (Editor) có đầy đủ chức soạn thảo giống mơi trường soạn thảo ngơn ngữ lập trình khác Để xem trợ giúp lệnh hay hàm có sẵn MATLAB, gõ lệnh help kèm theo tên lệnh hàm từ cửa sổ lệnh MATLAB, ví dụ: >> help fft cửa số lệnh đưa nội dung chức năng, cú pháp cho tham số vào/ra cho hàm thực phép biến đổi Fourier nhanh MATLAB đặt tên FFT 6|Page Tài liệu Thí nghiệm Xử Lý Tín Hiệu Số 2014 BÀI 2: TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG RỜI RẠC TRONG MIỀN THỜI GIAN RỜI RẠC n 1.1 Cơ sở lý thuyết Xử lý số tín hiệu, chất, tìm hiểu phép tốn giải thuật liên quan đến tín hiệu rời rạc hệ thống rời rạc Các tín hiệu rời rạc thường thể dạng dãy số sau: {…, x(-3), x(-2), x(-1), x(0), x(1), x(2), x(3), …} Tuy nhiên, MATLAB có khả biểu diễn dãy số với độ dài hữu hạn Khi dãy số khai báo lưu trữ dạng vector, ví dụ: >> x = [3, 2, -1, 7, -5] Với cách khai báo vậy, dãy số số thành phần dãy Vì vậy, để biểu diễn dãy rời rạc có độ dài hữu hạn, ta cần khởi tạo lưu trữ chúng dạng vector Ví dụ: >> n = [-2:2] >> x = [3, 2, -1, 7, -5] Với x dãy gồm phần tử xuất phát từ -2 đến có: x(-2) = 3, x(-1) = 2, x(0) = -1, x(1) = x(2) = -5 Trong tất thí nghiệm MATLAB môn học này, nên tuân theo nguyên tắc Định nghĩa số dãy : 1) Dãy xung đơn vị: = ≠ ( )= Dãy xung đơn vị trễ (dịch) n0 mẫu: ( − = ≠ )= 2) Dãy nhảy đơn vị: ≥