《MATLAB实用教程 教学课件 ppt 作者 张磊 郭莲英 丛滨09》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB实用教程 教学课件 ppt 作者 张磊 郭莲英 丛滨09（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第九章 数据处理,MATLAB/Simulink的推出得到了各个领域专家学者的关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础，为各个层次的研究人员提供了有力的工具。本章将介绍MATLAB在信息处理、图像处理和声音处理等领域的应用。,2,本章主要内容,9.1 信息处理领域 9.2 图像处理领域 9.3 数字语音信号处理领域,3,9.1 信息处理领域,在计算机中，所有的信号都是离散信号，因此在使用MATLAB/Simulink进行信号处理之前，首先要通过相关课程学习离散时间信号处理的有关理论，如Z变换、离散傅立叶变换和数字滤波器等。MATLAB提供了信息处理工具箱（Signal Proces
2、sing Toolbox），并且Simulink提供了信息处理模型集（Signal Processing Blockset）。当然，在信号处理过程中还需用到MATLAB和Simulink的其他功能。 9.1.1 工具箱介绍 信号处理工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 1波形产生（Waveform Generation） 2滤波器分析（Filter Analysis） 3滤波器实现（Filter Implementation） 4线性系统变换（Linear System Transformations） 5FIR滤波器设计（FIR Digital Filter De
3、sign）,4,6IIR滤波器设计（IIR Digital Filter Design） 7IIR滤波器的阶评估（IIR Filter Order Estimation） 8变换（Transforms） 9统计信号处理和谱分析（Statistical Signal Processing and Spectral Analysis） 10窗函数（Windows） 11参数化建模（Parametric Modeling） 12特殊操作（Specialized Operations） 13模拟低通滤波器原型（Analog Lowpass Filter Prototypes） 14模拟滤波器设计（An
4、alog Filter Design） 15模拟滤波器转换（Analog Filter Transformation） 16滤波器离散化（Filter Discretization） 17模对数倒谱分析（Cepstral Analysis） 18线性预测（Linear Prediction） 19多速信号处理（Multirate Signal Processing） 20图形用户界面（Graphical User Interfaces）,5,9.1.2 模型集介绍 信号处理模型集将大量模块分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 1评估工具（Estimation） 2滤波工具（Filt
5、ering） 3数学函数（Math Functions） 4输入输出接口（Platform-Specific I/O） 5调制解调器（Quantizers） 6信号管理（Signal Management） 7信号操作（Signal Operations） 8信号处理信宿（Signal Processing Sinks） 9信号处理信源（Signal Processing Sources） 10统计工具（Statistics） 11信号转换工具（Transform）,6,9.1.3 实例 例9.1 计算如下所示的离散系统单位脉冲响应（计算64个采样点）。 Simulink模型可以如图9-1所示
6、。 图中各模块可根据注释名称在Simulink模块库中找到，模块Signal From Workspace需设置属性Signal为1 zeros(1,63)；模块Discrete Transfer Fcn需设置属性Numerator Coefficients为0.2 0.1 0和Denominator Coefficients为1 -0.4 -0.5；模块Reshape需设置属性Output dimensionality为1-D array；Simulink的配置参数中将Start Time设置为1，Stop Time设置为64，Solver Type设置为Fixed-step，Solver设
7、置为discrete。,7,运行该模型，并在命令窗口输入如下代码： figure stem(yout) 运行结果如图9-2所示。 M文件的具体代码序列如下： b=0.2 0.1 0; a=1 -0.4 -0.5; h=impz(b,a,64); %计算脉冲响应 figure stem(h) title(IMPZ function) 运行结果也如图9-2所示。,8,例9.2 对信号进行快速傅立叶变换，Simulink模型中可以用模块 来实现该功能，它等同于y = fft(u)的M文件的代码。从这个例子说明，两种计算和仿真的方式有时是完全等价的。 基于MATLAB的FIR滤波器的设计有多种方法，包
8、括窗函数法（对应的MATLAB函数有fir1、fir2、kaiserord）、最优化设计法（对应的MATLAB函数有firls、remez、remezord）、最小二乘约束设计法（fircls、fircls1）、非线性相位滤波器设计法（cremez）和升余弦方法（firrcos）。,9,例9.3 设计阶数为48，范围为0.35w0.65的带通FIR线性相位滤波器，并分析它的频率特性。 M文件的具体代码序列如下： b=fir1(48,0.35 0.65); freqz(b); 结果如图9-3所示。,10,例9.7 用Simulink模块实现FIR滤波器。 Simulink模型可以如图9-8所示。
9、 图中各模块可根据注释名称在Simulink模块库中找到，模块Sine Wave的属性Amplitude设置为1，属性Frequency设置为0.2，属性Phase offset设置为0.7，属性Sample time设置为1；模块FIR Interpolation的属性Interpolation factor设置为9，属性FIR filter coefficients设置为intfilt(9,9,0.5)，即包含161个数的向量。 双击模块Scope。可看到如图9-9所示的运行结果。,11,9.2 图像处理领域,MATLAB提供了图像处理工具箱（Image Processing Toolbo
10、x），并且Simulink提供了视频和图像处理模型集（Video and Image Processing Blockset）。当然，在图像处理过程中也还需用到MATLAB和Simulink的其他功能。 不同的操作系统和图像处理软件，所支持的图像格式都有可能不同。在实际应用中经常会遇到的图像格式有BMP、GIF、TIFF、PCX、JPEG、PSD、PCD和WMF等。 图像类型即数组数值与像素颜色之间定义的关系，它与图像格式概念有所不同，在MATLAB中有5种类型的图像，下面分别简单介绍。,12,1二进制图像 在一幅二进制图像中，每一个像素将取两个离散数值（0或1）中的一个，从本质上说，这两个数
11、值分别代表状态“开”或“关”。二进制图像使用unit8或双精度类型的数组类存储，但任何返回二进制图像函数的返回值均使用unit8逻辑数组存储该图像，并且使用一个逻辑标志来标识unit8逻辑数组的数据范围。图9-10是一幅典型的二进制图像实例。 2索引图像 索引图像是一种把像素值直接作为RGB调色板下标的图像。在MATLAB中，索引图像包含一个数据矩阵X和一个颜色映射矩阵map，其中，数据矩阵可以是unit8、unit16或双精度类型的，颜色映射矩阵map是一个m3的数据帧里，其中每个元素的值均为0,1之间的双精度浮点类型数据，map矩阵的每一行分别标识红色、绿色和蓝色的颜色值。每一个像素的颜色
12、通过使用X的数值作为map的下标来获得，如值1指向map中的第一行，值2指向第二行，依次类推。当装载图像时，,13,MATLAB自动将颜色映射表与图像同时装载。图9-11显示了索引图像的结构。,14,3灰度图像 灰度图像通常由一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述，其实质是一个数据矩阵I，该矩阵中的数据均代表了一定范围内的灰度级，每一个元素与图像的一个像素点相对应，通常0代表黑色，1、255或65 635（针对不同存储类型）代表白色。大多数情况下，灰度图像很少和颜色映射表一起保存，但是在显示灰度图像时，MATLAB仍然在后台使用预定义的默认灰度颜色映射表。图9-12为一个典型的双
13、精度灰度图像。 4多帧图像 多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件，又称为多页图像或图像序列，它主要用于需要对时间或场景集合进行操作的场合，例如磁谐振图像切片或电影帧等。在MATLAB中它是一个4维数组，其中第4维用来指定帧的序号。,15,5RGB图像 RGB图像又称为真彩图像，它是利用R、G、B三个分量标识一个像素的颜色，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的颜色，通过三基色可以合成出任意颜色。所以对一个nm维尺寸的彩色图像来说，在MATLAB中则存储一个nm3的多维数据数组，其中数组中的元素定义了图像中每一个像素的红、绿、蓝颜色值。值得注意的是RGB图像不使用调色板，每一个像素的颜色由存
14、储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量的组合来确定，图形文件格式把RGB图像存储为24位的图像，红、绿、蓝分量分别占用8位，因而图像理论上可以有22416 777 216种颜色，由于这种颜色精度能够再现图像有真实色彩，故称RGB图像为真彩图像。,16,图9-13为一幅典型的双精度RGB图像，在此图中为了确定像素（2，3）的颜色，需要查看一组数据RGB（2，3，13）。假设（2，3，1）数据为0.5176，（2，3，2）数值为0.1608，（2，3，3）数值为0.0627，则像素（2，3）的RGB颜色为（0.5176红色，0.1608绿色，0.0627蓝色）。,17,9.2.1 工具箱介绍 图像处理工
15、具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 1图像输入、输出和显示（Image Input, Output, and Display） 2交互式组件工具（Modular Interactive Tools） 3空间变换和注册（Spatial Transformation and Registration） 4图像分析和统计（Image Analysis and Statistics） 5图像数学算法（Image Arithmetic） 6图像扩展和修补（Image Enhancement and Restoration） 7线性滤波和变换（Linear Filtering
16、and Transforms） 8形态操作（Morphological Operations） 9图像指定区域工具（Region-Based, Neighborhood, and Block Processing） 10图像颜色工具（Colormap and Color Space Functions） 11其他函数（Miscellaneous Functions）,18,9.2.3 实例 例9.8 将一幅真彩图像转换为灰度图。 Simulink模型可以如图9-14所示 图中各模块可根据注释名称在Simulink模块库中找到，模块Image From File需设置属性【File Name】为指定图像对应的文件；模块Color Space Conversion需设置属性【Conversion】为RGB to intensity；模块Video Viewer需设置属性Input image type为Intensity。 运行结果如图9
