基于labview的数字信号处理实验报告.docx

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基于labview的数字信号处理实验报告

现代信号处理实验报告

题

目：

小波降噪

学

号：

学生姓名：

专

业：

学

院：

2019年05月15日

1、实验目的

（1）掌握小波降噪的原理，比较不同滤波方式处理效果；

（2）熟练掌握Labview编程，实现小波降噪；

2、实验器材及软件环境

（1）实验器材：

PC

（2）软件环境：

Labview

3、实验原理、程序框图

（一）实验原理：

小波去噪是小波变换较为成功的一类应用，是一个信号滤波的问题，而且尽管在很大程度上小波去噪可以看成是低通滤波，但是由于在去噪后还能成功地保留信号特征，所以在这一点上又优于传统的低通滤波器。

由此可见，小波去噪实际上是特征提取和低通滤波功能的综合。

其去噪的基本思路可概括为：

首先对含噪信号进行预处理，其次再使用小波变换把信号分解到各个尺度；然后在每一个尺度下把归属于噪声的小波系数去除并且保留及适当增强属于信号的小波系数；最后再使用小波逆变换恢复信号。

含有噪声的一维信号可以表示成如下形式：

s（i）=f（i）+e（i）

式中f（i）为真实的低频缓变信号；e（i）为高斯白噪声或其他高频变化信号；s（i）中同时

含有待提取的有用低频信号及高频信号。

对信号s（i）进行提取的目的简而言之就是要将有用的缓变低频信号从含有噪声信号中提取出来，从而s（i）在中恢复真实有用的缓变信号f（i）。

在实际的工程中有用的信号通常以一些平稳信号及频率较低的信号的形式表现而表现为频率较高的信号就可确定为噪声信号或其他类型的高频信号。

（2）程序框图：

4、实验步骤、程序调试方法

（一）创建新VI，命名为test1.vi。

（二）在前面板上，选择“控件新式图形波形图”，放置3个波形图控件，分别改名为“移动平均降噪”、“低通滤波降噪”和“小波分析降噪”。

（三）在程序框图中，在设计区放置1个“WAOnlineSamples.vi”函数节点，1个“高斯白噪声vi”、“小波滤波vi”、“DFDFiltering.vi”、“MeanPtPy.vi”和“EllipticLowpassFilter.vi”，移动光标至“WAOnlineSamples.vi”函数节点的信号输出,单机鼠标右键，从弹出的快捷菜单中执行“波形获取波形成分”命令，创建与其端口相连的“获取波形成分”函数。

执行“数值倒数”命令，选择“倒数”函数，使其输入与“获取波形成分”输出相连。

执行“数组数组大小”命令，选择“数组大小”函数，使其输入与“获取波形成分”另一输出端相连。

（四）在程序框图中，选择“簇、类与变体捆绑”命令，将“倒数”函数节点和“数组大小”函数节点的输出端分别与“捆绑”函数节点的输入端相连。

将“捆绑”函数节点的输出端与“高斯白噪声.vi”函数节点的采样端相连。

移动光标到标准方差，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”命令，创建与该端口相连的的对象，并将该常量赋值为“0.3”。

（五）在程序框图中，选择“数值加法”命令，使“WAOnlineSamples.vi”函数节点和“高斯白噪声.vi”函数节点的输出端分别与“加法”函数的输入端相连。

（六）在程序框图中设计窗口下，在设计区放置1个“For循环”，将“MeanPtPy.vi”函数节点放置到“For循环”框内。

移动光标到“MeanPtPy.vi”输入端，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”创建与该端口相连的的对象，并将该常量赋值为“30”。

选择“波形获取波形成分”命令，使其输入端与“加法”函数输出端相连，输出端与“MeanPtPy.vi”输入端相连。

选择“波形产生波形成分”，是其输入端与“MeanPtPy.vi”输出端相连。

（七）在程序框图中设计窗口下，在设计区放置3个“数组”函数节点，将3个“数组”函数节点的下端输入端相连，将“产生波形成分”函数节点的输出端与第一个“数组”函数节点的上端输入端相连。

将第一个“数组”函数节点的输出端与“移动平均降噪”波形图相连。

（八）将“DFDFiltering.vi”函数节点的输入端与“加法”函数节点的输出端相连。

“EllipticLowpassFilter.vi”函数节点的输出端与“DFDFiltering.vi”函数节点的输入端相连。

“DFDFiltering.vi”函数节点的输出端与第二个“数组”函数节点的上端输入端相连，第二个“数组”函数节点的输出端与“低通滤波降噪”波形图相连。

（九）将“小波滤波vi”函数节点输入端与“加法”函数节点的输出端相连，其输出端与第三个“数组”函数节点的上端输入端相连，第三个“数组”函数节点的输出端与“小波分析降噪”波形图相连。

程序框图设计完毕。

5、实验数据处理及结果分析

可见移动平均和低通滤波器并不适用于宽频、时变、多尺度信号的降噪，而小波降噪方式可以较好的对这样的信号进行降噪处理，小波进行信号的消噪可以很好地还原信号。

6、实验心得

通过小波降噪实验，我们了解到了移动平均降噪、低通滤波降噪和小波分析降噪的不同效果。

对于宽频、时变、多尺度信号，移动平均和低通滤波器的降噪效果远远不如小波降噪方式。

其次，通过具体的实验过程，熟悉了原理，掌握了Labview编程，也实现了对labview的熟悉，了解相应模块的功能，并且成功实现小波降噪。

达到了理论和实践的结合。

并且，通过实践，了解小波变化的具体过程，首先对原始信号进行小波分解，则噪声部分通常包含在高频系数中，然后对小波分解的高频系数以门限阀值等形式进行量化处理，最后再对信号重构

现代信号处理实验报告

题目：

利用小波分析检测心电图（ECG）信号峰值

学号：

学生姓名：

专业：

学院：

2019年05月15日

1、实验目的

（1）用小波分析的方法来准确检测ECG信号的峰值点和谷值点；

（2）熟练掌握Labview编程，实现ECG信号的检测。

2、实验器材及软件环境

（1）实验器材：

PC

（2）软件环境：

Labview

3、实验原理、程序框图

（一）实验原理：

小波分析属于信号时频分析的一种，在小波分析出现之前，傅立叶变换是信号处理领域应用最广泛、效果最好的一种分析手段。

傅立叶变换是时域到频域互相转化的工具，从物理意义上讲，傅立叶变换的实质是把这个波形分解成不同频率的正弦波的叠加和。

正是傅立叶变换的这种重要的物理意义，决定了傅立叶变换在信号分析和信号处理中的独特地位。

傅立叶变换用在两个方向上都无限伸展的正弦曲线波作为正交基函数，把周期函数展成傅立叶级数，把非周期函数展成傅立叶积分，利用傅立叶变换对函数作频谱分析，反映了整个信号的时间频谱特性，较好地揭示了平稳信号的特征。

（二）程序框图：

4、实验步骤、程序调试方法

（一）创建新VI，命名为test2.vi。

（二）在前面板上，选择“控件形式图形波形图”，放置1个波形图控件，命

名为“Peak/ValleyPlot”。

选择“控件新式布尔停止”，放置1个停止控件。

（三）在程序框图中设计窗口下，在设计区放置两个“WAOnlineMultiscalePeakDetection.vi”函数节点，将两个函数节点分别与菜单下拉列表相连，分别命名为peak和valley。

移动光标到在与peak相连的函数节点的频率接线端口上，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”命令，创建与该端口相连的的对象，并将该常量赋值为“0.4”。

以同样的方式在与valleys相连的函数节点的频率端口上连接常量赋值为“-0.1”。

（四）在程序框图设计窗口下，在设计区放置一个“WASimulateECGSignal.vi”函数节点与WAOnlineMultiscalePeakDetection.vi函数节点的信号输入相连，两个WAOnlineMultiscalePeakDetection.vi的信号输入相连。

动光标到在与peak相连的函数节点的频率接线端口上，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”命令，创建与该端口相连的的对象，并将该常量赋值为“8”，将该常量和与valleys相连的函数节点相连。

将两个“WAOnlineMultiscalePeakDetection.vi”函数节点的输出信号端与“Peak/ValleyPlot”相连。

（五）在程序框图设计窗口下，在设计区放置一个“等待下一个整倍毫秒”函数节点，移动光标到“等待下一个整倍毫秒”函数节点的的输入端口，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”口令，创建与其相连的节点对象，并赋值为“500”。

（六）在程序框图设计窗口下，打开“函数编程结构”子选板，从中选择“While循环”结框图并将其放在程序框图中，将所有控件框在其中，将“停止”按钮与“While循环”的条件接线端相连。

程序框图设计完毕。

5、实验数据处理及结果分析

程序中主要运用了LabVIEW高级信号处理工具包小波分析功能中所提供的OnlineMultiscalePeakDetection.vi，用小波分析的方法来准确检测ECG信号的峰值点和谷值点。

运行程序后，检测结果见图所示的运行时前面板

6、实验中存在的问题

由于小波变换的广泛实用性，其窗口面积不变但形状可变,即时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化的特点。

小波变化的广泛应用是将理论切合实际进行最大化运用，加深了我们对于小波变化的理解。

同时在实验过程中，出现了心电信号模拟问题，最后通过不断地调试，终于解决。

在面对不同问题上，要更加细心仔细琢磨。

同时，对labview有了进一步的了解，积累了自己的知识。

现代信号处理实验报告

题

目：

消除反射回波

学

号：

学生姓名：

专

业：

学

院：

2019年05月15日

1、实验目的

（1）掌握倒谱变换和反变换原理；

（2）熟练掌握Labview编程，实现将反射回波的信号经过倒谱变换，然后去除不需要的峰值，再经过反变换，重建的原始信号。

2、实验器材及软件环境

（1）实验器材：

PC

（2）软件环境：

Labview

3、实验原理、程序框图

（一）实验原理：

倒谱（cepstrum）一种信号的傅里叶变换谱经对数运算后再进行的傅里叶反变换。

由于一般傅里叶谱是复数谱，因而又称复倒谱。

倒谱在信号处理有着广泛的用途，它主要的功能是可以线性分离经卷积后的两个或多个分别的信号。

本实验就是利用倒谱参数是重要的语音特征参数，它是语音进行同态处理的产物。

在提取由于载波传递的信号特征时，用Time-Cepstrum分析会非常有效，能把相关的特性提取出来。

Cepstrum在语音识别特征参数提取中用到很多，这是因为语音本质往往是声带的振动，然后经过声道和口腔的调制才产生我们可以听到或拾取的声音。

通过Cepstrum分析语音就能将这一本质的特征参数提取出来。

（二）程序框图：

4、实验步骤、程序调试方式

（一）创建新VI，命名为test3.vi”。

（二）在前面板上，选择“控件形式图形波形图”，放置4个波形图控件，分别命名为“SignalwhitEcho”、“ComplexCepstrum”、“Peak-RemovedCepstrum”、“ReconstructedSignal”。

选择“控件形式布尔停止”，放置1个停止控件。

（三）在程序框图中设计窗口下，在设计区放置1个“高斯白噪声”函数节点，移动光标到标准方差，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“创建常量”命令，创建与该端口相连