《信号与系统》课程研究性学习手册
研讨内容: 信号与系统的时域分析
信号的时域分析专题研讨
【目的】
(1) 掌握基本信号及其特性，了解实际信号的建模。
(2) 掌握基本信号的运算，加深对信号时域分析基本原理和方法的理解，并建立时频之间的感性认识。
(3) 学会仿真软件MATLAB的初步使用方法，掌握利用MATLAB进行信号表示和信号运算。 【研讨内容】
题目2：信号的基本运算（语音信号的翻转、展缩） 1） 将原始音频信号在时域上进行延展、压缩，
2） 将原始音频信号在频域上进行幅度放大与缩小， 3） 将原始音频信号在时域上进行翻转，
【题目分析】
先截取一段音频文件，用格式转换器转成wavread函数要求的wav.格式，然后放在matlab中，如下列程序。之后对这个音频信号按照题目的要求进行变换。要注意的是前两问中对信号的延展压缩和对幅度的放大和缩小时不一样的。延展和压缩时对频率的变化，而幅度变化是加在外面的。最后一题，引入时间长度k,最终进行翻转。
【仿真程序】 （1）
原始信号： figure(1);
[x,fs,nbits]=wavread ('2'); x1=x(1:1:end); wavplay(x1,fs); k=1:length(x1); plot(k,x1);
将原始信号进行压缩： figure(2);
[x,fs,nbits]=wavread ('2'); wavplay(x,fs); x2=x(1:2:end); k=1:length(x2); wavplay(x2,fs); plot(k,x2);
将原始信号进行延展： figure(2);
[x,fs,nbits]=wavread ('2'); wavplay(x,fs); x2=x(1:0.5:end); k=1:length(x2); wavplay(x2,fs); plot(k,x2);
（2）
将原始信号幅度放大10倍： figure;
[x,Fs,bits]=wavread('2'); wavplay(x,Fs); x3=10*x(1:1:end);
wavplay(x3,Fs); k=1:length(x3); plot(k,x3);
将原始信号幅度缩小10倍： figure;
[x,Fs,bits]=wavread('2'); wavplay(x,Fs); x3=0.1*x(1:1:end); wavplay(x3,Fs); k=1:length(x3); plot(k,x3);
（3）
将原始信号翻转： figure;
[x,fs,bits]=wavread('2'); x=x(1:1:end); k=1:length(x); y=fliplr(x); sound(y,fs,bits); plot(-k,x);
【仿真结果】
（1）女声
初始语音信号
将初始信号压缩
将初始信号延展 将初始信号幅度放小为原来的十分之一
将初始信号放大为原来的十倍 将初始信号翻转
（2）男声
初始语音信号
将初始信号压缩
将初始信号延展
将初始信号幅度放小为原来的十分之一
将初始信号放大为原来的十倍
将初始信号翻转
【结果分析】
1.语音信号进行延展和压缩后，效果有明显的变化，原来成熟的女性声音经过压缩之后像小女孩的声音，而经过延展之后变粗像是男人的声音。 男生的声音也是，经过压缩之后声音变细，经过延展之后声音变粗。
2.幅度放大与缩小会影响音频的声音高低
3.翻转后的效果还比较理想，可以明显的听出来音频是倒着放的。
【自主学习内容】
1.Wavread与wavplay的应用 2.MP3格式转换为wav格式
3.fliplr函数及plot函数的拓展学习。
【阅读文献】
信号与系统.陈后金.北京：高等教育出版社,2007.12 搜索引擎，百度，谷歌
【发现问题】 (专题研讨或相关知识点学习中发现的问题)：
1运行的时候不知道怎么控制播放几遍，有的想播放1次，但是他播放2次。
——————————————————————————————————————— 题目1：系统响应时域求解
1、求一个RLC电路的零输入响应和零状态响应 2、将原始音频信号中混入噪声，然后用M点滑动平均系统对受噪声干扰的信号去噪，改变M点数，比较不同点数下的去噪效果
【题目分析】
1.RLC电路如下图。则该RLC电路的微分方程为y\"(t)+5y'(t)+y(t)=x(t)，输入的信号是x(t)=sin(10pit) u(t)。求系统 y\"(t)+5y'(t)+y(t)=x(t) 的零状态响应，已知x(t)=sin(10pit)u(t)。
2.利用wavread函数输入一段音频样本。利用(rand(1,R)-0.5)*0.2生成一个在-0.1—0.1之间的随机噪声利用b=ones(M,1)/M;a=1;m=filter(b,a,x);对信号去噪
【仿真程序】
ts=0;te=5;dt=0.01; sys=tf([1],[1 5 1]); t=ts:dt:te; x=sin(10*pi*t); y=lsim(sys,x,t); plot(t,y);
xlabel('Time(sec)') ylabel('y(t)')
ts=0;te=5;dt=0.01; sys=tf([1],[1 5 1]); t=ts:dt:te;
x=sin(10*pi*t); h=impulse(sys,t); y=conv(x,h);
plot(y((te-ts)/dt+1)); xlabel('Time(sec)') ylabel('y(t)')
R=100000;
[y,fs,bits]=wavread('2',R); k=0:R-1; wavplay(y,fs);
d=(rand(R,2)-0.5)*0.2; x=y+d;
wavplay(x,fs);
figure(1);plot( k,x, 'g-',k,y, 'b--',k,d, xlabel('k');
legend('y[k]', 'x[k]','d[k]'); M=5;b=ones(M,1)/M;a=1; y=filter(b,a,x); wavplay(y,fs);
figure(2);plot(k,x, 'b--', k,y, 'g-'); xlabel('k');legend('x[k]', 'y[k]');
零状态响应：
【仿真结果】
);'r-.'
M=5
去噪前 去噪后
M=10
去噪前 去噪后
M=50
去噪前 去噪后
【结果分析】
从声音的效果得出去噪后的噪音不明显。改变M值，M值越小时去噪强度越小，去噪效果越弱，但同时原信号失真也越小；M值越大时去噪效果越强，但原信号失真越强。
【自主学习内容】
1、lsim，rand，filter等函数用法的拓展性学习。 2、 了解连续时间信号卷积的原理及其matlab实现 3、 了解连续时间系统响应的原理及其matlab实现 4、 了解离散系统单位脉冲序列响应及其matlab实现 5、了解离散序列卷积和的计算方法及其matlab实现
【阅读文献】
信号与系统.陈后金.北京：高等教育出版社,2007.12 其他来自搜素引擎：谷歌 百度
【发现问题】
1、 零状态响应想利用输入信号与冲击信号的卷积进行，利用conv函数进行。 但是发现结果与之
前的不一致。
【问题探究】
研究性学习自我体会与评价
通过研究性学习你在哪些方面有所收获?(如学习方法、合作精神、探索精神、创新意识等) 组员1：这次MATLAB研讨从前到后花费了很多的精力和时间，从课题确认到研讨内容的学习研究再到最后的展示部分的分工和合作，我看到了我们小组每一个成员的努力和付出。在探讨课题的过程中也遇到过或大或小的困难，比方说用matlab求连续时间系统的零输入响应时，系统没有现成的函数可以直接求出，所以找了很多的资料来看最终也没有太弄明白，这算是一个很大的缺憾吧。作为小组长，这次研讨我还是有一些感触的，一方面组员内部的协调与合作很重要，另一方面，知识学习的过程也很重要，这两方面自己都还需要继续努力。团队合作给了我们一个很好的不同的思想碰撞的机会，让我们能够各取所长。
本人签字： 秦国英 组员2：研究性学习是一项庞大的工程，单凭一人之力是无论如何也无法完成的。这时候我们需要的是合作，是整个团队，是大家共同的努力。这让我们深有体会，在这次研究性学习中，我们也看到了合作的巨大力量。组长给我们每个人分配任务，每个人都去努力做好自己的那份任务，最终完成了这次研究性学习。其次，研究性学习转变了我们的学习观念，和改变我们的学习方式。以我的小组而言吧，完成这个任务我们要多方面考虑，还要收集有关资料，再加以运用，这自然会遇到许多麻烦，它给我们很大创新空间和实践机会，转变我们对学习和生活缺少思考新发现的一些依赖观念，改变我们“死读书”的学习方式，创造另一种学习的风气。 本人签字： 陆曙霞 组员3：通过本次研究性学习，我对matlab程序的一些基本应用有了更深的了解，并能简单应用matlab进行信号的简单变化。同时，本次的学习更让我明白一个团队的合作有多么重要，组员之间积极互动密切配合是成功完成研究性学习有力保障和坚强后盾。 本人签字： 冯丹颖 组员4：通过这次研究性学习，我收获很多。不但在这次学习中认识了其他班级的同学，更与他们在《信号与系统》这门课程的专题研究同进行了讨论。在研究性学习中，我们尝试了许多新的学习方法，取得了显著的效果，在其中培养了我们的团队精神、合作精神、探索精神，更增强了我们的创新意识，让我们受益匪浅。 这次研究性学习进行得非常融洽，组长对每个细节进行了分工，并对所有的分散资料进行了汇总，制成PPT。对于有问题的细节，小组进行了集体讨论并将其解决。 感谢这次研究性学习，让我收获很多。 本人签字： 边冲 组员5：这次研讨从分组到展示，花费了大家很长的时间和精力，通过这次研讨我学到了很多的东西。这次研讨是以小组方式进行的，首先要懂得团结协作，分清各自的任务，大家遇到不懂得问题可以提出来大家共同解答，共同提高，大家尽量每个人都能做一点东西。在任务中一定要确立清晰的思路，自己要干什么，该干什么，题目的分析一定要到位，在编写程序的时候一定要仔细认真，有时因为一个标点的问题，程序就不能运行。在遇到自己没有思路的题目可以通过查阅资料、请教同学或者百度一下，把函数的概念弄清楚后在着手自己的任务。在制作PPT时，信号的图像时一定要有对比，这样才清晰直观。对于matlab这个软件来说，真的是太强大啦，对于我们平时做的练习题都可以用这个软件来解决，关键在于好多的东西还不会，应该多研究一下这个软件，至少能使自己正常的使用。 本人签字： 杨林方
组员6：通过这次小组探究学习，首先学习matlab要有耐心，当看书的时候看到重要例子的解析时，要举一反三。当自己遇到问题时，首先要自己思考，要学会使用帮助，实在做不出来再问别人。还有要学会搜索引擎，因为网络很强大，可以找到很多资料。在探究学习中，要多动手写程序调试，要善于总结，要大胆尝试，要多与队员讨论，不要单纯的一个人独自研究。毕竟集体的力量比自己一人精神强大。关于探究精神，我们要大胆创新，没有尝试过怎么知道这个程序可不可运行，实践出真知，只有通过自己尝试才能更加了解更加彻底的明白每个程序的用法。 本人签字： 刘舒媛 在接触matlab之后，我发现matlab语法简单，易于绘制图形，编程也非常容易。并且功能强大的开放式的toolbox。 因此,尽管我一直没有这方面的应用,但是我还是对它非常感兴趣。通过这次的研究性学习，我丛书上和网上查找了许多关于matlab的内容，也巩固了信号与系统的基础知识。在我看来，matlab与C语言差不多，都是有关编程的，只要知道并能熟练运用，就能编写出信号程序，把不同的声音信号作出各种各样的变化，最后自己也学习到了更多的知识，终身受益。总之，通过这次研究性的学习，我深切感受到学习matlab的重要性。 本人签字： 宋帅 首先从学习方法上来说，我发现在遇到没见过或不懂的知识时，不要轻易放弃，要去寻找解决的方法，比如认真看数，许多东西书上都有；还有就是自己不断探索，只有把所有错误的可能排除，才有可能得到正确的答案。 接着说一下合作精神，一个人的力量是渺小的，只有大家的力量才是无限的，所以遇到问题自己又解决不了，要多和同学交流，不懂就问。这就强调同学之间的合作精神，在和同学合作的时候要真诚相待，勇于说出自己的想法，大胆和大家交流。 接着是探索精神，遇到问题首先要多看书，自己探索，其实许多东西书上都有。自己能解决的问题千万不要太依赖别人，如果长期只想着依赖别人，自己永远不会进步，许多东西只有自己亲自探索后才会有深刻的印象，才会有更深的理解。 最后是创新意识，谈到创新首先是要对学过的只是熟练掌握，并灵活运用，在这个基础上才能有创新，在一个程序运行不出来来时，要勇于修改，结合学过的知识，结合书本，就会有一定的创新，并有可能解决。 本人签字： 张江帆 通过这次研究性学习，至少能较为熟练地使用MATLAB这个软件。自己最初做出的程序很粗糙也漏洞百出，但经过同学们一起的研讨，MATLAB掌握得好的同学点拨方法，帮我检查错误，最终我也得出了结果。最后我们整个小组合作分工完成了这次研讨。研讨其实是一种主动学习，培养了合作意识和主动探索的精神，并且比平时上课富于趣味，让我能窥探到信号与系统的一些魅力。 本人签字： 陈翩然
