数字信号处理简答题整理
数字信号处理复习资料(答案)
一、 填空题
1、 对模拟信号(一维信号,是时间的函数)进行采样后,就是 离散 信号,再进行幅度量化后就是 数字 信号。
2、若线性时不变系统是有因果性,则该系统的单位取样响应序列h(n)应满足的充分必要条件是 当n<0时,h(n)=0 。
3、序列)(n x 的N 点DFT 是)(n x 的Z 变换在 单位圆 的N 点等间隔采样。
4、)()(5241n R x n R x ==,只有当循环卷积长度
L ≥8 时,二者的循环卷积等于
线性卷积。
5、已知系统的单位抽样响应为h(n),则系统稳定的充要条件是
()n h n ∞
=-∞
<∞
∑
6、巴特沃思低通滤波器的幅频特性与阶次N 有关,当N 越大时,通带内越_平坦______,过渡带越_窄___。
7、用来计算N =16点DFT ,直接计算需要__(N 2)16*16=256_ __次复乘法,采用基2FFT 算法,需要__(N/2 )×log 2N =8×4=32_____ 次复乘法。
8、无限长单位冲激响应(IIR )滤波器的基本结构有直接Ⅰ型,直接Ⅱ型,_级联型____和 _并联型__四种。
9、IIR 系统的系统函数为)(z H ,分别用直接型,级联型,并联型结构实现,其中
并联型 的运算速度最高。
10、数字信号处理的三种基本运算是: 延时、乘法、加法 11、两个有限长序列
和
长度分别是
和
,在做线性卷积后结果长度
是__N 1+N 2-1_____。
12、N=2M 点基2FFT ,共有__ M 列蝶形,每列有__ N/2 个蝶形。
13、线性相位FIR 滤波器的零点分布特点是 互为倒数的共轭对
数字信号处理
数字信号处理
一、单项选择题(每小题2分,共20分)
1.在对连续信号均匀采样时,若采样角频率为Ωs,信号最高截止频率为Ωc,则折叠频率为( BD )
A.Ωs
B.Ωc
C.Ωc/2
D.Ωs/2
2.连续信号抽样序列在( A )上的Z变换等于其理想抽样信号的傅里叶变换
A.单位圆
B.实轴
C.正虚轴
D.负虚轴
3.一个线性移不变系统稳定的充分必要条件是其系统函数的收敛域包含( A )
A.单位圆
B.原点
C.实轴
D.虚轴
4.已知x(n)=δ(n),N点的DFT[x(n)]=X(k),则X(5)=( B )
A.N
B.1
C.0
D.- N
5.直接计算N点DFT所需的复数乘法次数与( B )成正比
A.N
B.N2
C.N3
D.Nlog2N
6.下列各种滤波器的结构中哪种不是I I R滤波器的基本结构( D )
A.直接型
B.级联型
C.并联型
D.频率抽样型
7.以下对双线性变换的描述中正确的是( B )
A.双线性变换是一种线性变换
B.双线性变换可以用来进行数字频率与模拟频率间的变换
C.双线性变换是一种分段线性变换
D.以上说法都不对
8.若一线性移不变系统当输入为x(n)=δ(n)时输出为y(n)=R3(n),则当输入为u(n)-u(n-2)时输出为( C )
A.R3(n)
B.R2(n)
C.R3(n)+R3(n-1)
D.R2(n)-R2(n-1)
9.已知序列Z变换的收敛域为|z|>1,则该序列为( B )
A.有限长序列
B.右边序列
C.左边序列
D.双边序列
10.序列x(n)=R5(n),其8点DFT记为X(k),k=0,1,…,7,则X(0)
数字信号处理简答题
1.举例说明什么是因果序列和逆因果序列,并分别说明它们z 变换的收敛域。
答:因果序列定义为x (n )=0,n<0,例如x (n )=)(n u a n ⋅,其z 变换收敛域:∞≤<-z R x 。逆因果序列的定义为x (n)=0,n>0。例如x (n )=()1--n u a n ,其z 变换收敛域:+
<≤x R z 0
2.用差分方程说明什么是IIR 和FIR 数字滤波器,它们各有什么特性? 答: 1)冲激响应h (n )无限长的系统称为IIR 数字滤波器,例如
()()()1)(21)(1021-++-+-=n x b n x b n y a n y a n y 。
IIR DF 的主要特性:①冲激响应h (n )无限长;②具有反馈支路,存在稳定性问题;③系统函数是一个有理分式,具有极点和零点;④一般为非线性相位。
(2)冲激响应有限长的系统称为FIR DF 。例如()2)1()()(21-+-+=n x b n x b n x n y 。
其主要特性:①冲激响应有限长;②无反馈支路,不存在稳定性问题;③系统函数为一个多项式,只存在零点;④具有线性相位。
3.用数学式子说明有限长序列x (n )的z 变换X (z )与其傅里叶变换X )(ωj e 的关系,其DFT 系数X (k )与X (z )的关系。
答: (1)x (n )的z 变与傅里叶变换的关系为()()ωωj e Z e X z X j
== (2)x (n )的DFT 与其z 变换的关系为()
()K X z X k N j K N e w Z ===- 2 π
数字信号处理常考简答
如何利用时域高散系统的系统函数判定系统的因果性和稳定性:在频域可以用系统函数H(z)来描述一个时域离散系统,判定系统因果性的条件是系统函效的收敛域是否包含无穷远处,判定系统稳定性的条件为系统的收敛域包含单位圆,因此在频域判定时域离散系统因果稳定性的条件是系统函数的极点全部位于单位圆内
IIR数字滤波器有几种网络结构?级联型结构的特点是什么?IIR数字半滤波器有三种网络结构,直接型、级联型和并联型,级联型结构的特点是调整驻滤波器的零极点比较方便,系统累积误差小于直接型大于并联型
简述脉冲响应不变法的优缺点优:1脉冲响应不变法使得数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应,即时域逼近良好;2模拟频率Ω和数字频率w之间呈线性关系w=ΩT,故一个线性相位的模拟滤波器通过脉冲响应不变法得到的仍然是一个线性相位的数字滤波器;缺:存在频率响应的混叠效应,脉冲
响应不变法只适合于设计低通和带通滤波器
试述什么是吉布斯(Gibbs)效应,并简述它是怎么产生的及怎样改善Gibbs效应的影响。答:吉布斯效应:对hd(n)加矩形窗处理后,H(w)和原理想低通Hd(w)的差别有以下两点:1.在理想特性不连续点Wc附近形成过渡带。过渡带的宽度,近似等于主瓣的宽度2.遇带内增加了波动,阻带内产生了余震,通带与阻带中波动的情况与窗函数的幅度谱有关,窗函数RN(a)的波动愈快,通带与阻带的波动愈快,RN(w)的旁瓣的大小直接影响波动的大小。以上两点就是对用矩形窗函数截断后,在频域的反应,称为吉布斯效应。
产生吉布斯效应是由于用一个有限长序列h(n)取代无限长hd(n)所引起的误差,是由于其直接在时域加窗,在频域导致吉布斯效应。为减小吉布斯效应,应该选取主瓣宽度尽量窄、旁瓣尽量小且旁瓣幅度与主辦相比尽里小的窗函数o
数字信号处理复习题
数字信号处理考试题
一.(20分)简答题:
1.FIR 滤波器具有线性相位的条件是什么?其相位表达式是什么?
答:FIR 滤波器具有线性相位的条件是:h(n)=±h(N-1-n), 其相位表达式是
0(),θωθτω=-
2.矩形窗有什么优缺点?如何减轻吉布斯现象?
答:矩形窗过度带窄,阻带率减小,吉布斯现象严重。
减轻吉布斯现象的方法:1)调整窗口长度N 控制过渡带的宽度,减小带内波动,加大阻长的率减。2)选择其他符合要求的窗。
3.解释混叠、泄漏产生的原因,如何克服或减弱?
答:如果采样频率过低,在DFT 运算时,频域会出现混频现象,形成频谱失真;克服方法:提高采样频率。泄漏是因为加有限窗引起的,克服方法:尽量用旁瓣小主瓣窄的窗函数。
4.基-2FFT 快速计算的原理是什么?其计算次数是多少?
答:基-2FFT 快速计算的原理是:利用W N k π的特性,将N 点序列分解为较短的序列。计算短序列的DFT ,最后再组合起来。基-2FFT 快速计算共运行(N/2)log 2N 个蝶形运算。
5.试简述数字滤波器的几个主要分类及特点。 答:数字滤波器的几个主要分类:IIR 、FIR 。
IIR 数字滤波器的特点:用较低阶数可获得经济、效率高,幅频特性理想,相位特性非线性;
FIR 数字滤波器的的特点:用较高阶数可获得,成本高,信号延时大,相位特性线性,对参数量化效应不明显。 6.如何对频带无限的模拟信号进行采样?在工程中,时间的采样频率如何确定? 答:对频带无限的模拟信号进行采样时应该先通过一个低通滤波器再进行采样即可。
数字信号处理常考简答
数字信号处理常考简答
如何利用时域高散系统的系统函数判定系统的因果性和稳定性:在频域可以用系统函数H(z)来描述一个时域离散系统,判定系统因果性的条件是系统函效的收敛域是否包含无穷远处,判定系统稳定性的条件为系统的收敛域包含单位圆,因此在频域判定时域离散系统因果稳定性的条件是系统函数的极点全部位于单位圆内
IIR数字滤波器有几种网络结构?级联型结构的特点是什么?IIR数字半滤波器有三种网络结构,直接型、级联型和并联型,级联型结构的特点是调整驻滤波器的零极点比较方便,系统累积误差小于直接型大于并联型
简述脉冲响应不变法的优缺点优:1脉冲响应不变法使得数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应,即时域逼近良好;2模拟频率Ω和数字频率w之间呈线性关系w=ΩT,故一个线性相位的模拟滤波器通过脉冲响应不变法得到的仍然是一个线性相位的数字滤波器;缺:存在频率响应的混叠效应,脉冲
响应不变法只适合于设计低通和带通滤波器
试述什么是吉布斯(Gibbs)效应,并简述它是怎么产生的及怎样改善Gibbs效应的影响。答:吉布斯效应:对hd(n)加矩形窗处理后,H(w)和原理想低通Hd(w)的差别有以下两点:1.在理想特性不连续点Wc附近形成过渡带。过渡带的宽度,近似等于主瓣的宽度2.遇带内增加了波动,阻带内产生了余震,通带与阻带中波动的情况与窗函数的幅度谱有关,窗函数RN(a)的波动愈快,通带与阻带的波动愈快,RN(w)的旁瓣的大小直接影响波动的大小。以上两点就是对用矩形窗函数截断后,在频域的反应,称为吉布斯效应。
数字信号处理简答题
数字信号处理简答题
一.数字信号处理与模拟信号处理比较
1模拟通信的优点是直观且容易实现,但存在两个主要缺点:保密性差;抗干扰能力弱。
2数字通信
(1)数字化传输与交换的优点:
加强了通信的保密性;提高了抗干扰能力;可构建综合数字通信网
(2)数字化通信的缺点:
占用频带较宽;技术要求复杂;进行模数转换时会带来量化误差
二.利用DFT计算模拟信号可能出现的问题
1.频率响应的混叠失真及参数的选择
时域抽样:
频域抽样:
2频谱泄漏,对时域截短,使频谱变窄拖尾,称为泄漏。
改善方法:增加x(n)长度;缓慢截短。
3栅栏效应DFT只计算离散点的频谱而不是连续函数
改善方法增加频域抽样点数N(时域补零)
使谱线更密
4频率分辨率
提高频率分辨率的方法:增加信号实际记录长度补零不能提高频率分辨率可克服栅栏效应
三按时间抽选与按频率抽选的异同
相同之处
1DIF与DIT均为原位元算
2运算量相同
3是两种等价的FFT算法
不同
1DIF输入是自然顺序输出是倒位序
DIT相反
2两者根本区别在于蝶形结构不同:DIF的复数乘法出现在减法之后,DIT的复数乘法出现在减法之前
四改善DFT的运算效率的基本途径
利用DFT运算的系数的固有对称性和周期性,改善DFT的运算效率
1分解法:将长序列DFT利用对称性和周期性,分解为短序列DFT
2合并法:合并DFT运算中得某些项
五.IIR和FIR数字滤波器的特点
IIR数字滤波器的特点:
1系统的单位抽样乡音h(n)为无限长
2系统函数H(z)在有限z平面上有极点存在
3存在输出到输入的反馈,递归型结构
FIR数字滤波器的特点
数字信号处理重要知识点
数字信号处理知识点
1、混叠是怎样产生的?
答:采样信号的频率太低,低于被检测信号频率的二倍系统就会发生混叠。
2、如何判定线性时不变系统的因果性和稳定性?
答:因果性:响应不出现在激励之前
稳定性:1)、激励有界,响应有界
2)、连续系统,h(t)绝对可积;系统频域函数的收敛域包含虚轴(极点全在左半平面)
3)、离散系统,h(n)绝对可和;系统频域函数的收敛域包含单位圆(极点全在单位圆内)
3、时域采样在频域产生什么效应?
答:1)对连续信号进行等间隔采样形成的采样信号,其频谱是原模拟信号的频谱以采样频率为周期进行周期延拓形成的
2)如果连续信号是带限信号,当采样角频率大于最高截止频率,让采样信号通过理想低
通滤波器时,可以唯一地恢复出原连续信号。否则,会造成采样信号中的频谱混叠现象,不能无失真地恢复原连续信号。
4、用离散傅里叶变换进行谱分析时,提高频域分辨率有哪些措施?
答:增加采样点数
5、何谓全通滤波器?其零极点分布有何特点?
答:全通滤波器:幅度特性在整个频带[0,2π]上均为常数的滤波器零点和极点互成倒易关系,均以共轭对形势出现。
6、何谓最小相位系统?如何判断系统是最小相位系统与否?
答:最小相位系统:全部零点位于单位圆内的因果稳定系统
7、如何将模拟滤波器 H (s)转换为数字滤波器 H(z)脉冲响应不变法或双线性变换法
答:优点:数字频率与模拟频率成线性关系 w=nT;
缺点:会产生频率混叠现象,只适合低通和带通滤波器的设计。
8、补零和增加信号长度对谱分析有何影响?是否都可以提高频谱分辨率?
答:时域补零和增加信号长度,可以使频谱谱线加密,但不能提高频谱分辨率。
数字信号处理简答题答案
数字信号处理简答题答案
一、选择题
1.某系统y(k)=kx(k),则该系统()。
a.线性时变
b.线性非时变
c.非线性非时变
d.非线性时变2.因果平衡系统的系统函数
h(z)的发散域就是()。a.z?0.9b.z?1.1c.z?1.1d.z?0.93.x(k)?3sin(0.5?k)的周期()。
a.4
b.3
c.2
d.1
4.以下序列中为共轭等距序列的就是()a.x(k)=x*(-k)b.x(k)=x*(k)c.x(k)=-x*(-
k)d.x(k)=-x*(k)5.n?1024点的idft,须要复数相加次数约()。
a.1024
b.1000
c.10000
d.1000000
6.重叠保留法输入段的长度为n?n1?n2?1,h(k)(长为n1),每一输出段的前(点就是
要去掉的部分,把各相邻段流下来的点衔接起来,就构成了最终的输出。
a.n?1
b.n1?1
c.n2?1
d.n1?n2?17.线性相位fir滤波器的单位脉冲响应偶对称表达式为()。
a.h(k)?h(n?1?k)
b.h(k)?h(n?1)
c.h(k)?h(n?k)
d.h(k)?h(k?n)
8.线性增益fir滤波器与相同阶数的iir滤波器较之,可以节省一半左右的()。a.
加法器b.乘法器c.乘法器和加法器d.延后器
9.窗函数的主瓣宽度越小,用其设计的线性相位fir滤波器的()。a.过渡带越窄b.过渡带越宽
c.过渡带内外波动越大
d.过渡带内外波动越大10.某系统y(k)?g(k)x(k),g(k)存有界,则该系统()。a.因果平衡b.非因果平衡c.因果不平衡d.非因果不平衡11.序列
数字信号处理问答题
数字信号处理简答题。
1.数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。特点,大量的实时计算,数据具有高度重复。
2
()()()
jw jnw x k x e x n e-
=∑
3.基2时间抽取是在时域将序列逐次分解为两个子序列,利用旋转因子的特性,由子序列的DFT来逐次合成整个序列的DFT。基2频率抽取是将时域序列X(K)前后两部分按一定组合方式组合形成的两个短序列,由此两个短序列DFT合成频域序列X(M)按奇偶顺序排列而不是自然顺序排列。
4.线性相位系统的极点全部位于原点。零点有以下四种情况,
1)ZK是不在单位圆上的复零点,且存在两组互为倒数的共轭对。
2)ZK是单位圆上的复零点,存在一组共轭对
3)ZK是不在单位圆上的实零点,且存在一组互为倒数的实数。
4)Zk是在单位圆上的实零点,ZK=+—1
5.IIR设计方法是先将数字滤波器技术指标转换成相应的模拟滤波器技术指标,然后设计满足技术指标的模拟滤波器H(S)再将模拟滤波器转换成对应的数字滤波器H(Z)
FIR设计是根据理想滤波器的频率响应采用窗函数频率取样法或优化设计方法让所设计的滤波器的频率响应逼近。
6.全通滤波器是系统的幅度响应恒为常数的系统,
最小相位系统如果稳定因果系统的系统函数H(Z)所有零点都在单位圆内。
7信号可以表示成为一个或多个自变量的函数。自变量连续的变化信号称为连续时间信号,自变量离散变化的信号称为离散时间信号。在幅度上只能取有限个离散值的离散时间信号称为数字信号。
8线性系统是指一个系统的输入与输出满足均匀性和叠加性,非时变系统是系统对输入序列X(K-n)产生的输出序列为称为非时变系统。因果系统是系统在K0时刻的输出只与KO时刻以及以前的输入有关。稳定系统是系统对任意的有界输入信号其输出也是有界信号。系统LTI系统的单位脉冲响应是系统在零状态条件下,由单位脉冲序列激励系统而产生的响应。序列X(K)的频谱的离散化,对应其时域序列的周期化称为频率抽样定理。
数字信号处理 简答题
简答题(为考虑全面性,这里写的比较详细)
1、请简述单极性非归零(NRZ)码与单极性归零(RZ)码的编码原理及各自特点。
答:单极性非归零( NRZ )码是指在表示一个码元时,二进制符号“1”和“0” 分别对应基带信号的正电平和零电平,在整个码元持续时间内,电平保持不变,如图4-1(a)所示。
单极性 NRZ 码具有如下特点:
( 1 )发送能量大,有利于提高接收端信噪比;
( 2 )在信道上占用频带较窄;
( 3 )有直流分量,将导致信号的失真与畸变;且由于直流分量的存在,无法使用一些交流耦合的线路和设备;
( 4 )不能直接提取位同步信息(稍后将通过例题予以说明);
( 5 )抗噪性能差。接收单极性 NRZ 码的判决电平应取“1”码电平的一半。由于信道衰减或特性随各种因素变化时,接收波形的振幅和宽度容易变化,因而判决门限不能稳定在最佳电平,使抗噪性能变坏;
( 6 )传输时需一端接地。
由于单极性 NRZ 码的诸多缺点,基带数字信号传输中很少采用这种码型,它只适合极短距离传输。
单极性归零( RZ )码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄,每个脉冲都回到零电平,即还没有到一个码元终止时刻就回到零值的码型。例如在传送“l”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲;在传送“0”码时不发送脉冲。脉冲宽度与码元宽度之比叫占空比,如图4-1(c)所示。
单极性 RZ 码与单极性 NRZ 码比较,缺点是发送能量小、占用频带宽,主要优点是可以直接提取同步信号。此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输,但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。即对于适合信道传输的,但不能直接提取同步信号的码型,可先变为单极性归零码,再提取同步信号。
数字信号处理考试问题及答案
第1章 引 言
1、数字信号处理的含义?
数字信号处理--Digital Signal Processing 采用数字技术的方式进行信号处理。 将信号转化为数字信号,利用数字系统进行处理。
2、什么是信号?信号主要采用什么方式表达? 传递信息的载体:进行变化的物理量;
与日常生活密切相关: 语言、音乐、图片、影视
模拟信号的表达:在电子技术中,通过传感器将信号转化为随时间连续变化的电压:模拟电压信号
数字信号的表达:对模拟电压进行等间隔测量,将各测量值采用有限精度的数值表达,体现为顺序排布的数字序列。
3 、什么是模拟信号?什么是数字信号?
信号在时间和数值上都是连续变化的信号称为模拟信号.模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息,其信号的幅度,或频率,或相位随时间作连续变化 数字信号指幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内。时间和幅度上都是离散(量化)的信号。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小,易于有数字电路进行处理,所以得到了广泛的应用。 4 、数字信号具有什么特点?
信号采用抽象数字序列表达,与物理量没有直接关系,在传输、保存和处理过程中,信号精度不受环境因素影响,抗干扰性强。
信号采用数字序列表达后,对模拟信号难以进行的很多处理能够方便地实现,例如:大规模长时间的信号存储、对信号的乘法调制和各种编码调制、信号的时间顺序处理、信号的时间压缩/扩张、复杂标准信号的产生。 5 、数字信号处理具有什么意义?
数字信号处理是研究如何用数字或符号序列来表示信号以及对这些序列作处理的一门学科。它具有精度高、可靠性高、灵活性、便于大规模集成化等特点。 6 、列举一些在生活中常见的数字技术的应用。
数字信号处理简答题整理
数字信号处理(简答题)
1、在A/D 变换之前和D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器,它们分别起什
么作用?
答:在A/D 变化之前让信号通过一个低通滤波器,是为了限制信号的最高频率,使其满足当采样频率一定时,采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称位“抗折叠”滤波器。
在D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器,是为了滤除高频延拓谱,以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化,故友称之为“平滑”滤波器。
2.何谓最小相位系统?最小相位系统的系统函数)(min Z H 有何特点?
解:一个有理系统函数,如果它的零点和极点都位于单位圆内,则有最小相位。一个稳定的因果线性移不变系统,其系统函数可表示成有理方程式
∑∑=-=--==
N k k
k M
r r
r Z a Z
b Z Q Z P Z H 1
01)
()
()(,它的所有极点都应在单位圆内,即1 k α。但零点
可以位于Z 平面的任何地方。有些应用中,需要约束一个系统,使它的逆系统
)
(1
)(Z H Z G =也是稳定因果的。这就需要)(Z H 的零点也位于单位圆内,即1 r β。一
个稳定因果的滤波器,如果它的逆系统也是稳定因果的,则称这个系统是最小相位。 3.何谓全通系统?全通系统的系统函数
)
(Z H ap 有何特点?
解:一个稳定的因果全通系统,其系统函数)(Z H ap 对应的傅里叶变换幅值1)(=jw e H ,该单位幅值的约束条件要求一个有理系统函数方程式的零极点必须呈共轭倒数对出现,即
∏∑∑=-*
-=-=---=-=
=N
k k k
(完整版)数字信号处理简答题
1.举例说明什么是因果序列和逆因果序列,并分别说明它们z 变换的收敛域。答:因果序列定义为(n )=0,n<0,例如(n )=,其z 变换收x x )(n u a n ⋅敛域:。逆因果序列的定义为(n)=0,n>0。例如(n )=
∞≤<-z R x x x ,其z 变换收敛域:()1--n u a n +
<≤x R z 02.用差分方程说明什么是IIR 和FIR 数字滤波器,它们各有什么特性? 答:
1)冲激响应h (n )无限长的系统称为IIR 数字滤波器,例如
。
()()()1)(21)(1021-++-+-=n x b n x b n y a n y a n y IIR DF 的主要特性:①冲激响应h (n )无限长;②具有反馈支路,存在稳定性问题;③系统函数是一个有理分式,具有极点和零点;④一般为非线性相位。
(2)冲激响应有限长的系统称为FIR
DF 。例如
。
()2)1()()(21-+-+=n x b n x b n x n y 其主要特性:①冲激响应有限长;②无反馈支路,不存在稳定性问题;
③系统函数为一个多项式,只存在零点;④具有线性相位。
3.用数学式子说明有限长序列(n )的z 变换X (z )与其傅里叶变换X x 的关系,其DFT 系数X (k )与X (z )的关系。
)(ωj e 答: (1)(n )的z 变与傅里叶变换的关系为x ()()
ωωj e Z e X z X j == (2)(n )的DFT 与其z 变换的关系为x ()
()
K X z X k N
j K N
e
数字信号处理总复习
数字信号处理复习
一、填空题
1.线性时不变系统离散时间因果系统的系统函数为2
52)
1(8)(22++--=z z z z z H ,则系统
的极点为:2,2
1
21-=-=z z ;系统的稳定性为 不稳定 。系统单位冲激响
应)(n h 的初值4)0(=h ;终值)(∞h 不存在 。
2.已知序列[]{2,2,3,1;0,1,2,3}x k k =--=序列的长度为4,写出序列4[(2)][]N x k R k -的
值{3,2,21;0,1,2,3}k --=。
3.已知序列[]{1,2,2,1;0,1,2,3}x k k ==,[]{1,0,1;0,1,2}h k k =-=,[][]x k h k 和的四点
循环卷积为{-1,1,11;0,1,23}k -=,,
4.请写出三种常用低通原型模拟滤波器 巴特沃斯滤波器 、 切比雪夫滤波器 、 椭圆滤波器 。
5.DFT 是利用nk N W 的 对称性 、 可约性 和 周期性 三个固有特性来实现FFT 快速运算的。
6.已知序列[]{1,2,2,1;0,1,2,3}x k k =-=,[]{1,2,4;0,1,2}h k k ==,[][]x k h k 和的线
性卷积为{1,4,104;0,1,23,4,5}k -=,11,6,,
7.用冲激响应不变法将一模拟滤波器映射为数字滤波器时,模拟频率Ω与数字频率ω之间的映射变换关系为T
ω
=
Ω。用双线性变换法将一模拟滤波器映射为数字
滤波器时,模拟频率Ω与数字频率ω之间的映射变换关系为)2
tan(2ω
T =
Ω或)2
数字信号处理简答题
1. 举例说明什么是因果序列和逆因果序列,并分别说明它们z变换的收敛域。
答:因果序列定义为x (n)= 0 , n<0,例如x (n)= a n u(n),其z变换收敛域:R x z 。逆因果序列的定义为x (n)=0,n>0。例如x (n )=
a n u n 1 ,其z变换收敛域:0 z R x
2. 用差分方程说明什么是IIR和FIR数字滤波器,它们各有什么特性?
答:1 )冲激响应h (n)无限长的系统称为IIR数字滤波器,例如y(n)印y n 1 a2y n 2 b0x(n) b1x n 1。
IIR DF的主要特性:①冲激响应h (n)无限长;②具有反馈支路,存在稳
定性问题;③系统函数是一个有理分式,具有极点和零点;④一般为非线
性相位。
(2 )冲激响应有限长的系统称为FIR DF。例如y(n) x(n) Dx(n 1) b2x n 2。
其主要特性:①冲激响应有限长;②无反馈支路,不存在稳定性问题;③
系统函数为一个多项式,只存在零点;④具有线性相位。
3. 用数学式子说明有限长序列x (n )的z变换X (z)与其傅里叶变换X(e j )的关系,其DFT系数X (k)与X (z)的关系。
答:(1) x (n)的z变与傅里叶变换的关系为X z Z e j X e j
(2)x (n )的DFT与其z变换的关系为X z ,^k X K
Z W N K e j N
4. 设x (n)为有限长实序列,其DFT系数X (k)的模X(k)和幅角arg[X (k)] 各有什么特点?
答:有限长实序列x (n)的DFT之模x k和幅角arg X (k)具有如下的性质:
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数字信号处理(简答题)
1、在A/D 变换之前和D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器,它们分别起什
么作用?
答:在A/D 变化之前让信号通过一个低通滤波器,是为了限制信号的最高频率,使其满足当采样频率一定时,采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称位“抗折叠”滤波器。
在D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器,是为了滤除高频延拓谱,以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化,故友称之为“平滑”滤波器。
2.何谓最小相位系统?最小相位系统的系统函数)(min Z H 有何特点?
解:一个有理系统函数,如果它的零点和极点都位于单位圆内,则有最小相位。一个稳定的因果线性移不变系统,其系统函数可表示成有理方程式
∑∑=-=--==
N k k
k M
r r
r Z a Z
b Z Q Z P Z H 1
01)
()
()(,它的所有极点都应在单位圆内,即1 k α。但零点
可以位于Z 平面的任何地方。有些应用中,需要约束一个系统,使它的逆系统
)
(1
)(Z H Z G =也是稳定因果的。这就需要)(Z H 的零点也位于单位圆内,即1 r β。一
个稳定因果的滤波器,如果它的逆系统也是稳定因果的,则称这个系统是最小相位。 3.何谓全通系统?全通系统的系统函数
)
(Z H ap 有何特点?
解:一个稳定的因果全通系统,其系统函数)(Z H ap 对应的傅里叶变换幅值1)(=jw e H ,该单位幅值的约束条件要求一个有理系统函数方程式的零极点必须呈共轭倒数对出现,即
∏∑∑=-*
-=-=---=-=
=N
k k k
N k k
k M
r r
r ap Z Z Z a Z
b Z Q Z P Z H 11
11
011)
()
()(αα。因而,如果在k Z α=处有一个极点,则在其共轭倒数点*=k
Z α1
处必须有一个零点。
4.在离散傅里叶变换中引起混迭效应的原因是什么?怎样才能减小这种效应? 解:因为为采样时没有满足采样定理
减小这种效应的方法:采样时满足采样定理,采样前进行滤波,滤去高于折叠频率2s f 的频率成分。
5.试说明离散傅里叶变换与Z 变换之间的关系。
解:离散傅立叶变换是Z 变换在单位圆上的等间隔采样。
6、试述用DFT 计算离散线性卷积的方法。
解:计算长度为M,N 两序列的线性卷积,可将两序列补零至长度为M+N-1,而后求补零后两序列的DFT ,并求其乘积,最后求乘积后序列的IDFT ,可得原两序列的线性卷积。
7、已知有限长N 序列][n x 的z 变换为)(z X ,若对)(z X 在单位圆上等间隔抽样M 点,
且N M <,试分析此M 个样点序列对应的IDFT ][1n x 与序列][n x 的关系。
解:
如果
1,,1,0,)(][21-===M m z X m X m M j e z π
即][1m X 是)(z X 在单位圆上M 点等间隔抽样,根据频域抽样定理,则存在
}{∑+∞
-∞
=+=
=l M
k R
lM k x m X IDFT k x ][][][][11
上式表明,将序列)(k x 以M 为周期进行周期延拓,取其主值区间]10[-M ,上的值,即得序列][1k x 。由于N M 〈,故在对][k x 以M 为周期进行周期延拓时,必然存在重叠。
8、补零和增加信号长度对谱分析有何影响?是否都可以提高频谱分辨率?
解:时域补零和增加信号长度,可以使频谱谱线加密,但不能提高频谱分辨率。 9、试说明连续傅里叶变换)(f X 采样点的幅值和离散傅里叶变换)(k X 幅值存在什么关系?
解:两个幅值一样。
10、解释DFT 中频谱混迭和频谱泄漏产生的原因,如何克服或减弱?
解:如果采样频率过低,再DFT 计算中再频域出现混迭线性,形成频谱失真;需提高采样频率来克服或减弱这种失真。
泄漏是由于加有限窗引起,克服方法是尽量用旁瓣小主瓣窄的窗函数。
11、基2FFT 快速计算的原理是什么?它所需的复乘、复加次数各是多少?
解:原理:利用kn
N W 的特性,将N 点序列分解为较短的序列,计算短序列的DFT ,最后再组合起来。 复乘次数:
N
N 2
log 2
,复加次数:N N 2log 12、FFT 主要利用了DFT 定义中的正交完备基函数)
1,,1,0(-=N n W n N 的周期性和对称
性,通过将大点数的DFT 运算转换为多个小数点的DFT 运算,实现计算量的降低。请写出
N
W 的周期性和对称性表达式。
答:①周期性:n
N k N nk N k
N n N W W W )()(++==
②对称性:n
N N n N
W W -=+2
13、采用FFT 算法,可用快速卷积完成线性卷积。现预计算线性卷积)()(n h n x *,试
写采用快速卷积的计算步骤(注意说明点数)。
答:如果)(n x ,)(n h 的长度分别为1N ,2N ,那么用长度121-++≥N N N 的圆周卷积可计算线性卷积。用FFT 运算来求)()(n h n x *值(快速卷积)的步骤如下:
(1) 对序列)(n x ,)(n h 补零至长为N ,
使121-++≥N N N ,并且M
N 2=(M 为整数),即
⎩⎨
⎧-+=-==1,...1,01,...1,0)
()(111N N N n N n n x n x ⎩⎨
⎧-+=-==1,...,1,0
1,...,1,0)
()(222N N N n N n n h n h (2) 用FFT 计算)(n x ,)(n h 的离散傅立叶变换
)()(k X n x FFT −−→− (N 点) )()(k H n h FFT −−→− (N 点)
(3) 计算)()()(k H k X k Y =
(4) 用IFFT 计算)(k Y 的离散傅立叶变换得:
)]([)()(k Y IFFT n h n x =* (N 点)
14、什么是吉布斯(Gibbs )现象? 窗函数的旁瓣峰值衰耗和滤波器设计时的阻带最小衰
耗各指什么,有什么区别和联系?
答:增加窗口长度N 只能相应地减小过渡带宽度,而不能改变肩峰值。例如,在矩形窗地情况下,最大肩峰值为8.95%;当N 增加时,只能使起伏振荡变密,而最大肩峰值总是8.95%,这种现象称为吉布斯效应。
旁瓣峰值衰耗适用于窗函数,它是窗谱主副瓣幅度之比,即旁瓣峰值衰耗=20lg(第一旁瓣峰值/主瓣峰值)。
阻带最小衰耗适用于滤波器。工程上习惯于用相对衰耗来描述滤波器。相对衰耗定义为。当滤波器是用窗口法得出时,阻带最小衰耗取决于窗谱主副瓣面积之比。
15、何为线性相位滤波器?FIR 滤波器成为线性相位滤波器的充分条件是什么? 答:线性相位的滤波器是指其相位函数)(ωφ与数字频率ω成线性关系,即
),()(为常数βααωβωφ-=。
FIR 滤波器成为线性相位的充分条件是: ①)(n h 是实数。