武汉大学数字信号处理试卷

武汉大学电子信息学院

2014～2015学年第一学期《数字信号处理》期末试卷A

姓名 学号 专业 分数

第一题（15分）：离散时间信号与系统

已知系统L 为线性系统，图1给出了三个不同输入x 1[n ],x 2[n ],x 3[n ]时，分别对应的系统输出响应为y 1[n ],y 2[n ],y 3[n ]。

第一题:

第三题:

图 1 系统L 的输入及对应的输出的关系

（1） 试求系统L 的输入为x 4[n ]=x 1[n ]-x 2[n ]时的输出y 4[n ];

（2） 试求系统L 的输入为x 5[n ]=x 3[n ]+

1

2

x 4[n ]时的输出y 5[n ] （3） 判断系统L 是否为时不变系统，并解释原因；

第二题（25分）：离散时间系统的z域分析一个因果LTI系统的传输函数为：

H(z)=1+0.9z -1

1+0.49z-2

（1）写出该系统的输入输出差分方程；

（2）用直接型结构实现该系统；

（3）在图2中标出系统的零极点位置，并标明该系统的收敛域，并分析系统的稳定性；

（4）求该系统的幅度响应|H(e j w)|；

（5）求该系统的逆系统G(z)=H-1(z)，并分析逆系统的稳定性；

（6）分析该系统的逆系统是否为高通滤波器？

图 2 Z平面图

第三题（20分）：线性卷积

已知FIR系统的冲激响应h[n]=2d[n]+d[n-2]+4d[n-3]，系统输入为x[n]=d[n]+2d[n-1]+2d[n-2]+2d[n-3]：

（1）计算系统的输出y[n]；

（2）给出用FFT算法计算系统的输出y[n]的流程图；

（3）若只有两个FFT模块来计算系统的输出y[n]，请在图3中列出的算法框图中，明确标明对应节点符号；

（4）比较分别采用（1）（2）（3）方法计算系统输出y[n]所需要的乘法次数。

第四题（15分）：DTFT与DFT的关系

（1）求序列x[n]=

e j w0n,0£n£N-1

0,others

ì

í

ï

îï

的DTFT变换；

（2）求（1）中序列的N点DFT变换。

（3）图1给出了一个6点的离散时间序列x[n]。其中，x[4]=b是未知的。令X(e j w)为

序列x[n]的DTFT变换，且X

1[k]为X(e j w)在w

k

=2p k/4上的采样，即

X 1[k]=X(e j w k)|

w k=p k/2

,0£k£3

图2给出了对X

1[k]做4点IDFT变换后的序列x

1

[n]。请计算b的大小。

第三题:

附加题（10分）

X[k],0£k£N-1为序列{x[n]}

n=0,...,N-1

的N点DFT变换，N=4L。若对X[k]每隔L点抽取一个样本，构成新序列Y[k],0£k£3，即

Y[k]=X[kL]

对Y[k]求4点IDFT变换得到新序列{y[n]}

n=0,...,3，请分析{y[n]}

n=0,...,3

与

{x[n]}

n=0,...,N-1

的关系。

第五题（20分）：采样与数字滤波器设计

人耳所能听到的音频信号的频谱范围为20Hz~20KHz ，而人正常说话的声音频率范围大概为300Hz~4KHz 。

（1） 现需要设计录音设备，用来录制剧院中正在演奏的音乐。请画出该录音系统的系

统框图，标明采样频率设置大小，并说明采用该采样频率原因。

（2） 这时，我们想从这段录音中将音乐去掉，只保留录音中的语音信号（人说话的声

音）。若假设正在演奏的音乐的频谱范围在12KHz~20KHz ，那么如何设计一个巴特沃思-数字滤波器，使得该滤波器对语音的最大衰减为-1dB ，而对音乐信号的最小衰减为-40dB ？说明具体步骤。

可能使用到的公式：

双线性变换

s =121-z -11+z -1æèçö

ø

÷ W =tan w /2()

巴特沃思滤波器阶数表达式

N =

lg[(A 2-1)/e 2]

2lg(W s /W p )，其中各个参数如图所示。

n denominator(s )

1

1p s ω⎛⎫

+ ⎪ ⎪⎝⎭

2

2

1.4141p p s s ωω⎛⎫⎛⎫++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 3

32

221p

p p s s s ωωω⎛⎫⎛⎫⎛⎫+++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭

4

4

3

2

2.6131

3.4142 2.61311p

p

p p s s

s s ωωωω⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭

5

5

4

3

2

3.2361 5.2361 5.2361 3.23611p

p

p

p

p

s s s

s

s

ωωωωω⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

+++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭

6 6

5

4

3

2

3.86377.46419.14167.4641 3.86371p p p p p p s s s s s s ωωωωωω⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

++++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭