杜 泉

（武昌理工学院）

MATLAB在数字信号处理教学中的应用

杜 泉

（武昌理工学院）

数字信号处理教学抽象性、理论性强，在教学中很多学生感到枯燥，影响了学生学习的积极性。将MATLAB技术应用到数字信号处理教学当中，将其作为重要的辅助教学手段，通过MATLAB进行示例与仿真，能够达到更好的教学效果。

MATLAB；数字信号处理；应用示例

0 引言

MATLAB是由MathWorks推出的高性能的数值计算以及可视化的计算机高级软件。它将数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示有机地融合为一体，形成了一个极其方便、用户界面友好的操作环境。MATLAB能够对数字信号处理进行很方便的运算、仿真以及系统设计。由于MATLAB能够为数字信号教学工作提供诸多便利，当前MATLAB已经被广泛的应用到数字信号教学中，并提高数字信号处理教学水平。

1 MATLAB概述

MATLAB能够为用户提供强大的科学运算、灵活的程序设计流程以及高质量的图形可视化和界面设计等功能。当前，MATLAB技术被广泛的应用到了通信系统设计和仿真领域、数字图形处理以及数字信号处理等领域当中。MATLAB软件在信号处理当中的应用主要有符号运算、数值计算以及仿真分析等，其中关于数值计算和仿真分析主要包括了函数运算、信号频谱分析等诸多内容。MATLAB在数字信号处理教学中的应用，能够保证在教学的过程中加深学生对其理论部分的理解。在数字信号处理教学中，运用MATLAB数值分析的以及计算结果可视化的功能，能够使学生更加容易的理解数字信号处理理论的物理实际意义。目前，随着计算机科学技术的快速发展，数字信号处理已经发展成为一门十分重要的基础性学科，并在信息科学中占有十分重要的地位，因此，在进行数字信号处理教学时，提高学生对数字信号处理学科的掌握能力具有十分重要的意义。MATLAB在数字信号处理方面具有很大的优势。将MATLAB应用到数字型号处理教学工作，能够帮助学生更好的理解数字信号处理知识内容，提高数字信号处理教学水平，提高教学效率。

2 MATLAB在数字信号处理教学中的应用

MATLAB在数字信号处理教学中，有着十分广泛的应用，文中以离散傅里叶变换应用之分辨率和数字滤波器进行了研究。

2.1 DFT在分辨率中的应用

在对有限长序列频谱进行分析时DFT是一个十分有效的方法，同时频谱分析构成了DFT的一个重要的应用领域。在学生对DFT进行理解时，分辨率是学生最难理解的内容之一。频率分辨率指的是在刻画某种频谱分析方法时将信号中两个考的十分近的谱峰保持分开的能力。其相当于是通过一个频域的窗函数在对频谱进行观察时，观察者所看到的频率的宽度、频域窗越窄，则频率的分辨率则就会越好。例如：的最高的频率：，抽样频率：，信号记录长度是。假如信号为包含有三个频谱量，，，，问能不能将三个谱峰值分离？根据相关理论可知，当N=1024点时，频率分辨率为信号记录的长度，显然和，所以能够分辨出信号当中由产生的弦分量。在利用DFT对信号频谱进行分析时，采用记录点数足够长，这样能够很好地分辨出原信号当中含有的频率分量，实现预期效果。在进行数字信号处理教学的过程当中，为了提高学生对教学内容的理解，将MATLAB作为辅助教学工具应用到教学当中，能够使数字信号处理教学内容中的理论部分变得更加的生动直观，更容易被学生理解，从而能够使教学工作取得更好的效果，提升教学质量。

2.2 数字滤波器实现

在数字信号处理课程教学当中，数字滤波器的设计是重要的教学内容，但是，在进行实际教学的过程中由于这一部分内容教学会涉及到的很多的公式，相对于其它教学内容，这一部分计算也十分繁琐，最终所得到的结果也都是以数值呈现，其幅频性也不直观，这使得这一部分教学内容很难引起学生的学习兴趣，并且在教学中由于其计算的繁琐性，在教学时往往使学生形成排斥心理。在数字滤波器的教学中，为了激发学生学习兴趣，提高教学效果使用了MATLAB实现数字滤波器。

在进行教学时，根据以下技术指标，采用双线变换法设计研究了一个数字低通滤波器，在进行滤波器设计时采样频率为1Hz，通带临街频率fp=0.2Hz，通带内衰减小于1dB；阻带临界频率是0.3Hz阻带内的衰减大于25dB。根据数字信号处理教材上的低通数字滤波器的设计思想和设计方法：第一步将数字滤波器的性能要求变换成阈值相应的模拟低通滤波器的性能要求，并且要根据这一性能进行低通数字滤波器的设计工作，第二步需要根据双线变换法，将这一模拟低通滤波器数字化成数字滤波器。在进行设计的过程中，每一步要进行的计算量都比较大，计算比较繁琐，并且其所得到的结果也并不是直观。但是，在进行数字滤波器设计时，采用MATLAB编程，就可以是仿真结果以形象直观的方式表现出来，并且能够被学生所理解，如图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

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