Matlab數字信號處理綜合實驗設計
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1.1讀取心電信號
本文采用的心電信號來源于美國提供的MIT-BIH數據庫。為了讀取簡單方便，采用其txt格式的數據文件作為我們的源心電信號數據。教師可提前下載供學生使用。要求學生利用matlab自帶的textread或textscan函數，讀取txt數據文件中的信號，并畫出心電信號波形。
1.2對心電信號線性插值
由于心電信號數據不是等間隔采樣而得到的，而Matlab中用數字濾波器被處理的數據應該都是等間隔的，因此，首先對心電信號進行線性插值處理，使其變為等間隔的數據。t=0∶0.001∶2.5；F=interp1（x，y，t）；%x，y為插值點，F為在被插值點t處的插值結果。插值前后的心電信號時域波形及頻譜。
1.3設計數字濾波器
由于人體心電信號易受到儀器、人體活動等因素的影響，所采集的信號常伴有干擾。比如，人的說話呼吸，常常會混有約為0.1Hz到0.25Hz頻段的干擾。設計濾波器的目的是對這些干擾進行濾除。在此，應引導學生確定濾波器的類型及指標并畫出幅頻特性圖。設計低通濾波器的參考程序如下：[N，wc]=buttord（wp，ws，Rp，As,'s'）[B，A]=butte（rN，wc，'s'）Hk=freqs（B，A，wk）；設計高通濾波器的參考程序如下：[N，wc]=buttord（wp，ws，Rp，As，'s'）[B0，A0]=butte（rN，wc，'s'）；[BH，AH]=lp2hp（B，A，wph）；設計好濾波器之后，利用matlab的filter函數對心電信號進行濾波，如Y=filte（rB，A，X）；%B為的分子系數；B為濾波器的分母系數；X為濾波前的信號；Y為濾波后的結果。比較濾波前后信號的時域波形圖及頻譜圖，引導學生從信號平滑及延時等角度觀察濾波前后信號的變化。如濾波效果不明顯，則需變動濾波器參數指標，重新設計濾波器。理想的濾波結果。
1.4系統分析
最后，教師可要求學生畫出各濾波器的沖激響應、幅度響應及相位響應。并將各濾波器級聯后畫出零極點圖判斷級聯后系統的穩定性。參考程序如下：H1=impz（b，a)；%求系統的沖激響應H2=impz（b1，a1）；Hn=conv（H1，H2）；%將系統一與系統二級聯[H，f]=freqz（B，A，N，fs）；%求系統的幅頻特性曲線。其中，B、A是離散系統的系統函數分子、分母多項式的系數向量；N為點數，默認為512；fs是采樣頻率。mag=abs（H）；%幅度響應ph=angle（H）；%相位響應zr=roots（B）；%求系統的零點pk=roots（A）；%求系統的極點zplane（B，A）；%畫出系統的零極點圖高、低通濾波器的幅度響應、相位響應。
2結語
該綜合實驗將信號的讀取、頻譜分析、IIR和FIR數字濾波器設計方法和系統分析等數字信號理論知識融為一個整體，工作量較大且有一定難度，建議學生2～4人一組。首先由教師給出實驗思路，實驗方案由各組學生提出，通過查閱文獻合力完成。實驗難點是如何確定數字濾波器的指標并設計數字濾波器。該綜合實驗既有助于對基礎知識進行復習和鞏固，更有助于培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力。同時，還能夠發掘一些有創新能力、動手能力強的學生，這為推薦和培養其參加各種全國的比賽又能起到促進作用。
作者：王路露 陳英 劉光燦 單位：長沙學院