如何用matlab实现两个函数的卷积运算

如何用matlab实现两个函数的卷积运算,第1张

在MATLAB中,可以用函数y=filter(p,d,x)实现差分方程的仿真,也可以用函数

y=conv(x,h)计算卷积

(1)即y=filter(p,d,x)用来实现差分方程,d表示差分方程输出y的系数,p表示输入x的系数,而x表示输入序列。输出结果长度数等于x的长度。

实现差分方程,先从简单的说起:

filter([1,2],1,[1,2,3,4,5]),实现y[k]=x[k]+2*x[k-1]

y[1]=x[1]+2*0=1

(x[1]之前状态都用0)

y[2]=x[2]+2*x[1]=2+2*1=4

(2)y=conv(x,h)是用来实现卷级的,对x序列和h序列进行卷积,输出的结果个数等于x的长度与h的长度之和减去1。

卷积公式:z(n)=x(n)*y(n)=

∫x(m)y(n-m)dm.

程序一:以下两个程序的结果一样

(1)h

=

[3

2

1

-2

1

0

-4

0

3]

%

impulse

response

x

=

[1

-2

3

-4

3

2

1]

%

input

sequence

y

=

conv(h,x)

n

=

0:14

subplot(2,1,1)

stem(n,y)

xlabel('Time

index

n')

ylabel('Amplitude')

title('Output

Obtained

by

Convolution')

grid

(2)x1

=

[x

zeros(1,8)]

y1

=

filter(h,1,x1)

subplot(2,1,2)

stem(n,y1)

xlabel('Time

index

n')

ylabel('Amplitude')

title('Output

Generated

by

Filtering')

grid

程序二:filter和conv的不同

x=[1,2,3,4,5]

h=[1,1,1]

y1=conv(h,x)

y2=filter(h,1,x)

y3=filter(x,1,h)

结果:y1

=

1

3

6

9

12

9

5

y2

=

1

3

6

9

12

y3

=

1

3

6

可见:filter函数y(n)是从n=1开始,认为所有n<1都为0;而conv是从卷积公式计算,包括n<1部分。

因此filter

和conv

的结果长短不同

程序三:滤波后信号幅度的变化

num=100

%总共1000个数

x=rand(1,num)

%生成0~1随机数序列

x(x>0.5)=1

x(x<=0.5)=-1

h1=[0.2,0.5,1,0.5,0.2]

h2=[0,0,1,0,0]

y1=filter(h1,1,x)

y2=filter(h2,1,x)

n=0:99

subplot(2,1,1)

stem(n,y1)

subplot(2,1,2)

stem(n,y2)

MATLAB中提供了卷积运算的函数命令conv2,其语法格式为:

C

=

conv2(A,B)

C

=

conv2(A,B)返回矩阵A和B的二维卷积C。若A为ma×na的矩阵,B为mb×nb的矩阵,则C的大小为(ma+mb-1)×(na+nb-1)。

例:

A=magic(5)

A

=

17

24

1

8

15

23

5

7

14

16

4

6

13

20

22

10

12

19

21

3

11

18

25

2

9

>>

B=[1

2

1

0

2

03

1

3]

B

=

1

2

1

0

2

0

3

1

3

>>

C=conv2(A,B)

C

=

17

58

66

34

32

38

15

23

85

88

35

67

76

16

55

149

117

163

159

135

67

79

78

160

161

187

129

51

23

82

153

199

205

108

75

30

68

135

168

91

84

9

33

65

126

85

104

15

27

MATLAB图像处理工具箱提供了基于卷积的图象滤波函数filter2,filter2的语法格式为:

Y

=

filter2(h,X)

其中Y

=

filter2(h,X)返回图像X经算子h滤波后的结果,默认返回图像Y与输入图像X大小相同。例如:

其实filter2和conv2是等价的。MATLAB在计算filter2时先将卷积核旋转180度,再调用conv2函数进行计算。

Fspecial函数用于创建预定义的滤波算子,其语法格式为:

h

=

fspecial(type)

h

=

fspecial(type,parameters)

参数type制定算子类型,parameters指定相应的参数,具体格式为:

type='average',为均值滤波,参数为n,代表模版尺寸,用向量表示,默认值为[3,3]。

type=

'gaussian',为高斯低通滤波器,参数有两个,n表示模版尺寸,默认值为[3,3],sigma表示滤波器的标准差,单位为像素,默认值为0.5

卷积公式是:z(t)=x(t)*y(t)=∫x(m)y(t-m)dm。这是一个定义式。卷积公式是用来求随机变量和的密度函数(pdf)的计算公式。

卷积定理指出,函数卷积的傅里叶变换是函数傅里叶变换的乘积。即,一个域中的卷积相当于另一个域中的乘积,例如时域中的卷积就对应于频域中的乘积。F(g(x)*f(x)) = F(g(x))F(f(x)),其中F表示的是傅里叶变换。

卷积的应用:

在提到卷积之前, 重要的是要提到卷积出现的背景。卷积发生在信号和线性系统的基础上, 也不在背景中发生, 除了所谓褶皱的数学意义和积分 (或求和、离散大小) 外, 将卷积与此背景分开讨论是没有意义的公式。

信号和线性系统, 讨论信号通过线性系统 (即输入和输出之间的数学关系以及所谓的通过系统) 后发生的变化。

所谓线性系统的含义是, 这个所谓的系统, 产生的输出信号和输入信号之间的数学关系是一个线性计算关系。

因此, 实际上, 有必要根据我们需要处理的信号形式来设计所谓的系统传递函数, 那么这个系统的传递函数和输入信号, 在数学形式上就是所谓的卷积关系。

你那么写还是有问题的,应为matlab的数组下标是从1开始的,所以定义x1和h1有问题,应该从1开始,只是在作图的时候向左移动一个单位就行了。

关于R20(n)这是信号系统和数字信号处理处理里面的一种常用信号——单位脉冲序列,他表示在

n=0,1,2,3,。。。,一直到19这20个整数点上有值且值为1的离散信号。

两个题的代码如下,作图也做了,看的时候注意画图时从0开始的哦!!!

x=zeros(1,20)

for n=1:20

x(n+1)=x(n)+0.9^n

end

h=zeros(1,10)

for n=1:10

h(n)=1

end

y=conv(x,h)

n=0:(length(x)+length(h)-2)

subplot(211)stem(n,y)

xlabel('时间序号n')ylabel('幅植')

title('卷积')

x1=zeros(1,12)

for n=1:12

x1(n)=0.8

end

h1=zeros(1,6)

for n=1:6

h1(n)=1

end

y1=conv(x1,h1)

n1=0:(length(x1)+length(h1)-2)

subplot(212)stem(n1,y1)

xlabel('时间序号n1')ylabel('幅植')

title('卷积2')


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原文地址: http://outofmemory.cn/yw/8032455.html

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