Bài tập lớn môn Xử lý số tín hiệu

BÀI TẬP LỚN
1/ Dùng Matlab GUI, viết 1 chương trình thiết kế bộ lọc FIR (bằng phương pháp cửa sổ).Yêu cầu nhập vào bậc của bộ lọc, loại cửa sổ (Chữ nhật, Hamming, Hanning, Kaiser) và loại bộ lọc (thông thấp, thông cao, thông dải, chắn dải). Xuất ra kết quả là các hệ số của bộ lọc. Vẽ đáp ứng tần số của bộ lọc thiết kế được. 
2/ Dùng Matlab GUI, viết 1 chương trình thiết kế bộ lọc IIR (theo phương pháp Bilinear transformation). Yêu cầu nhập vào bậc bộ lọc (hoặc chọn bậc tối thiểu), loại bộ lọc (thông thấp, thông cao, thông dải, chắn dải) và kiểu bộ lọc (Butterworth, Chebyshev Type I, Chebyshev Type II, Elliptic), các thông số của bộ lọc (Tần số cắt, độ gợn) và tần số lấy mẫu. Xuất ra kết quả là các hệ số của các Second Order Sections. Vẽ đáp ứng tần số của bộ lọc thiết kế được.
3/ Dùng Matlab GUI, viết 1 chương trình mô phỏng quá trình biến đổi từ một tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. (Gồm các bước prefilter, lấy mẫu,lượng tử). Cho phép chọn một trong các dạng sóng tương tự vào sẵn có, nhập tần số tín hiệu, nhập tần số cắt của bộ prefilter (lý tưởng), nhập tần số lấy mẫu, tầm lượng tử và số bit mã hóa. Cho phép chọn các kiểu lượng tử khác nhau. Vẽ tín hiệu và phổ tương ứng ở mỗi bước trong quá trình biến đổi. (Tùy người dùng chọn mà hiển thị đồ thị tương ứng).
4/ Dùng Matlab GUI, viết 1 chương trình mô phỏng quá trình biến đổi từ một tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC).
5/ Viết chương trình C thực hiện DAC va ADC cho mã nhị phân thông thường, offset và bù 2 dựa trên nguyên tắc rút bớt.
6/ Viết 1 chương trình nhỏ bằng C hoặc Matlab mô phỏng bộ lọc –chập trong đó ngõ vào là những khối riêng lẻ, đáp ứng xung là h(n)=(0.8)n. Tìm ngõ ra (nếu dùng MATLAB phải viết giao diện GUI cho phép nhập các giá trị ngõ vào.)
7/ Viết 1 chương trình Matlab (thể hiện trên GUI) cho phép nhập chiều dài khối ngõ vào, giá trị ngõ vào, chiều dài đáp ứng xung, giá trị đáp ứng xung. Tính chiều dài ngõ ra và giá trị ngõ ra (thể hiện trên tất cả các phương pháp đã học: bảng tích chập, dạng LTI, dạng ma trận ..).
8/ Viết chương trình bằng Matlab GUI để thực hiện xử lý và tạo hiệu ứng âm thanh, với âm thanh vào thu từ ngõ vào của soundcard, sau đó lưu thành file hoặc xuất ra ngõ ra để nghe.
9/ Tìm hiểu về xử lý ảnh và viết chương trình GUI trên MATLAB thực hiện Edge Detection.
10/ Dùng MATLAB Simulink để mô phỏng một hệ thống DSP gồm đầy đủ các phần: Prefilter, Sampling, Quantizing, DSP, Reconstruction. Trong đó khối DSP có thể thay đổi để thực hiện các bộ lọc khác nhau. Thử thiết kế một vài bộ lọc rồi đưa vào hệ thống để mô phỏng. Kiểm tra kết quả đầu ra.
11/ Tìm hiểu về kit TMS320C6713 DSK và thực hiện chương trình xử lý âm thanh trên kit.
12/ Tìm hiểu và viết chương trình nhận dạng ký tự DTMF bằng Matlab. Tín hiệu vào lấy từ ngõ vào của soundcard, hiển thị kết quả nhận dạng trên giao diện GUI.
13/ Cho 1 bộ lọc số như sau:
H(z)=H0(z)H1(z)H2(z)H3(z)
Với: 
a) Hãy vẽ sơ đồ thực hiện dạng cascade của H(z) và viết phương trình sai phân.
b) Xác định dạng trực tiếp và chính tắc của H(z), viết các phương trình sai phân cho mỗi dạng thực hiện.
c) Tạo 100 mẫu ngõ vào theo quy tắc sau đây:
Tính đầu ra của bộ lọc (dùng matlab), vẽ đáp ứng đầu vào và đầu ra theo n trên cùng 1 biểu đồ. Xác định các trạng thái ngõ vào tắt, trạng thái ổn định và trạng thái ngõ vào tắt.
14/ Cho 1 bộ lọc có dạng cascade và trực tiếp như sau:
Với và n=0,1,.,599
a) Hãy tính toán các cực của mẫu số (cho mẫu số bằng 0) và đặt chúng trên vòng tròn đơn vị của mặt phẳng phức z. Vẽ đáp ứng biên độ và đáp ứng xung của bộ lọc.
b) Hãy xem xét bộ lọc ở dạng cascade và làm tròn đến 2 chữ số lẻ các hệ số của các tầng bậc hai. Lặp lại câu a, so sánh.
c) Xem xét bộ lọc ở dạng trực tiếp và làm tròn các hệ số đến 2 chữ số lẻ. Lặp lại câu a, so sánh.
d) Thiết kế bộ lọc FIR thông thấp với tần số cắt là , với chiều dài N=11, N=41, N=81, N=121. 
Vẽ đáp ứng xung và đáp ứng biên độ của bộ lọc được thiết kế. Dùng phương pháp cửa sổ chữ nhật và cửa sổ Hamming. Nhận xét.
15/ Thiết kế bộ lọc FIR theo phương pháp Kaiser window với:
sampling rate 
passband frequency 
stopband frequency 
passband attenuation 
stopband antenuation 
Vẽ ứng xung và đáp ứng biên độ của bộ lọc được thiết kế. So sánh khi dùng phương pháp Hamming. Nhận xét.
16/ BỘ LỌC NOTCH (Notch filter)
Yêu cầu: Hãy trình bày những nội dung sau:
Định nghĩa bộ lọc Notch?
Các ứng dụng của bộ lọc Notch là gì?
Các đặc trưng của bộ lọc Notch:
Dạng của đáp ứng tần số?
Hàm truyền H(z) ?
Sơ đồ cực / zero ?
Thực hành: Hãy sử dụng Matlab để thiết kế một bộ lọc Notch tùy ý:
Trình bày cụ thể các bước thực hiện, các lệnh Matlab đã sử dụng (nếu có)
Trình bày các thông số thiết kế. 
Vẽ đáp ứng tần số và sơ đồ cực/zero của bộ lọc thiết kế được.
Viết hàm truyền của bộ lọc Notch vừa thiết kế.
Hãy minh họa bằng cách tạo ra vài tín hiệu và lọc các tín hiệu đó với bộ lọc Notch. Giải thích và bình luận kết quả.
Vẽ 500 giá trị đầu tiên của vector đáp ứng xung h(n)
Vẽ sơ đồ khối dạng trực tiếp, dạng chính tắc (canonical) và dạng cascade (ghép các tầng bậc 2) của bộ lọc Notch vừa thiết kế.
Thực hiện bộ lọc Notch vừa thiết kế trên kit TMS320C6713 (có ở phòng thí nghiệm Viễn Thông) dưới dạng Cascade.
17/ BỘ LỌC LƯỢC (Comb filter)
Yêu cầu: Hãy trình bày những nội dung sau:
Định nghĩa bộ lọc Comb?
Các ứng dụng của bộ lọc Comb là gì?
Các đặc trưng của bộ lọc Comb:
Dạng của đáp ứng tần số?
Hàm truyền H(z) ?
Sơ đồ cực / zero ?
Thực hành: Hãy sử dụng Matlab để thiết kế một bộ lọc Comb tùy ý:
Trình bày cụ thể các bước thực hiện, các lệnh Matlab đã sử dụng (nếu có)
Trình bày các thông số thiết kế. 
Vẽ đáp ứng tần số và sơ đồ cực/zero của bộ lọc thiết kế được.
Viết hàm truyền của bộ lọc Comb vừa thiết kế.
Hãy minh họa bằng cách tạo ra vài tín hiệu và lọc các tín hiệu đó với bộ lọc Comb. Giải thích và bình luận kết quả.
Vẽ 500 giá trị đầu tiên của vector đáp ứng xung h(n)
Vẽ sơ đồ khối dạng trực tiếp, dạng chính tắc (canonical) và dạng cascade (ghép các tầng bậc 2) của bộ lọc Comb vừa thiết kế.
Thực hiện bộ lọc Comb vừa thiết kế trên kit TMS320C6713 (có ở phòng thí nghiệm Viễn Thông)
Tài liệu tham khảo:
Xử lý số tín hiệu & Wavelets – Lê Tiến Thường
Help của Matlab
Gợi ý: tìm hiểu về các hàm sos2tf, tf2sos, zplane, freqz của Matlab.
Lưu ý:
Mỗi nhóm (tối đa 3 sinh viên) thực hiện 1 đề tài và nộp 1 bài báo cáo. Mỗi nhóm chuẩn bị 1 bài báo cáo trên power point để trình bày tại buổi bảo vệ (Thời gian và địa điểm sẽ thông báo sau).Trong buổi bảo vệ, sinh viên phải chạy thử chương trình và trả lời các câu hỏi của GV. SV không bảo vệ sẽ không có điểm.
Tùy theo mức độ hoàn thành mà sẽ có một số điểm cộng tương ứng. Điểm này cuối kỳ sẽ cộng với các điểm cộng trên lớp. Sinh viên có số điểm cộng cao nhất sẽ được cộng 3 điểm vào bài thi cuối kỳ. Giá trị của mỗi điểm cộng sẽ được chuẩn hóa theo sinh viên này.
SV cần sử dụng kit TMS320C6713 thì liên hệ với GV để vào phòng TN.