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綜合試卷第=PAGE1*2-11頁(共=NUMPAGES1*22頁) 綜合試卷第=PAGE1*22頁(共=NUMPAGES1*22頁)PAGE①姓名所在地區(qū)姓名所在地區(qū)身份證號密封線1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名,身份證號和所在地區(qū)名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求,在規(guī)定的位置填寫您的答案。3.不要在試卷上亂涂亂畫,不要在標(biāo)封區(qū)內(nèi)填寫無關(guān)內(nèi)容。一、選擇題1.信號處理的基本概念包括哪些?
A.信號與系統(tǒng)的分類
B.信號的時域與頻域表示
C.系統(tǒng)的線性時不變性
D.信號的采樣與恢復(fù)
E.信號的調(diào)制與解調(diào)
答案:A,B,C,D,E
解題思路:信號處理的基本概念涵蓋了信號與系統(tǒng)的基本屬性和操作,包括信號的分類、表示方式、系統(tǒng)的特性以及信號處理的基本操作。
2.離散傅里葉變換(DFT)和快速傅里葉變換(FFT)之間的關(guān)系是什么?
A.DFT是FFT的基礎(chǔ)算法
B.FFT是DFT的一種高效實現(xiàn)
C.DFT和FFT是兩種不同的變換
D.FFT是DFT的逆變換
答案:B
解題思路:FFT是DFT的一種快速算法,通過減少計算量來提高DFT的效率。
3.時域卷積和頻域卷積有何不同?
A.時域卷積是兩個信號在時域上的乘積
B.頻域卷積是兩個信號在頻域上的乘積
C.時域卷積和頻域卷積是相同的操作
D.時域卷積和頻域卷積是不同的操作,但結(jié)果相同
答案:B,D
解題思路:時域卷積是兩個信號在時域上的卷積,而頻域卷積是兩個信號在頻域上的乘積,兩者在數(shù)學(xué)上是等價的。
4.濾波器的類型包括哪些?
A.低通濾波器
B.高通濾波器
C.濾波器組
D.濾波器設(shè)計方法
答案:A,B,C,D
解題思路:濾波器根據(jù)其通過的頻率范圍可以分為低通、高通、帶通和帶阻等類型,同時還包括濾波器的設(shè)計方法和實現(xiàn)方式。
5.頻域濾波器設(shè)計的目標(biāo)是什么?
A.優(yōu)化濾波器的功能
B.實現(xiàn)特定的頻率響應(yīng)
C.提高濾波器的效率
D.以上都是
答案:D
解題思路:頻域濾波器設(shè)計的目標(biāo)包括優(yōu)化濾波器的功能、實現(xiàn)特定的頻率響應(yīng)以及提高濾波器的效率。
6.噪聲的常見類型有哪些?
A.加性噪聲
B.乘性噪聲
C.熱噪聲
D.白噪聲
答案:A,B,C,D
解題思路:噪聲可以按照其性質(zhì)和產(chǎn)生原因分為多種類型,包括加性噪聲、乘性噪聲、熱噪聲和白噪聲等。
7.噪聲抑制技術(shù)在信號處理中的主要應(yīng)用有哪些?
A.通信系統(tǒng)
B.圖像處理
C.語音處理
D.以上都是
答案:D
解題思路:噪聲抑制技術(shù)在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用,包括通信系統(tǒng)、圖像處理和語音處理等。
8.線性預(yù)測在信號處理中用于什么目的?
A.信號估計
B.信號恢復(fù)
C.信號壓縮
D.以上都是
答案:D
解題思路:線性預(yù)測在信號處理中可以用于信號估計、恢復(fù)和壓縮等多個目的,它通過分析信號的過去值來預(yù)測未來的值。二、填空題1.信號處理是信息科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)的交叉學(xué)科。
2.離散時間系統(tǒng)是指其輸入和輸出都是離散時間信號。
3.濾波器的設(shè)計過程主要包括系統(tǒng)分析和實現(xiàn)與驗證兩個階段。
4.信號的頻譜分析是信號設(shè)計的基礎(chǔ)。
5.信號的噪聲抑制通常通過濾波器設(shè)計和信號去噪算法兩種方法實現(xiàn)。
答案及解題思路:
答案:
1.信息科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)
2.離散時間信號
3.系統(tǒng)分析實現(xiàn)與驗證
4.信號設(shè)計
5.濾波器設(shè)計信號去噪算法
解題思路內(nèi)容:
1.信號處理是信息科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)的交叉學(xué)科:這是因為信號處理不僅需要運用數(shù)學(xué)工具來分析和處理信號,還需要利用信息科學(xué)的知識來處理信息的提取、傳輸和存儲。
2.離散時間系統(tǒng)是指其輸入和輸出都是離散時間信號:在信號處理中,信號可以是連續(xù)的,也可以是離散的。離散時間系統(tǒng)處理的是離散的信號,這在數(shù)字信號處理中尤為重要。
3.濾波器的設(shè)計過程主要包括系統(tǒng)分析和實現(xiàn)與驗證兩個階段:系統(tǒng)分析階段涉及確定濾波器的技術(shù)規(guī)格,而實現(xiàn)與驗證階段則是實際構(gòu)造濾波器并測試其功能。
4.信號的頻譜分析是信號設(shè)計的基礎(chǔ):通過頻譜分析,我們可以了解信號在不同頻率成分上的分布,這對于信號的調(diào)制、解調(diào)和特征提取。
5.信號的噪聲抑制通常通過濾波器設(shè)計和信號去噪算法實現(xiàn):濾波器設(shè)計用于移除或降低不需要的頻率成分,而去噪算法則采用統(tǒng)計方法或其他數(shù)學(xué)工具來識別并消除噪聲。三、簡答題1.簡述信號處理的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
解答:
信號處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,主要包括以下應(yīng)用領(lǐng)域:
(1)通信領(lǐng)域:包括調(diào)制解調(diào)、信號傳輸、信道編碼與解碼等。
(2)圖像處理:如醫(yī)學(xué)成像、衛(wèi)星圖像、數(shù)字?jǐn)z影等。
(3)語音處理:如語音識別、語音合成、語音編碼等。
(4)音頻信號處理:包括音樂信號處理、語音增強、音質(zhì)評價等。
(5)地震勘探:地震數(shù)據(jù)采集、信號分析與解釋等。
(6)雷達系統(tǒng):目標(biāo)檢測、信號處理、參數(shù)估計等。
(7)控制理論:控制系統(tǒng)中的信號處理與優(yōu)化。
2.解釋時域和頻域在信號處理中的作用。
解答:
時域和頻域是信號處理的兩個重要工具,分別從不同的角度描述和分析信號。
(1)時域:在時域中,信號是按時間變化的,可以通過時間序列來表示。時域分析可以觀察信號隨時間的波動和變化規(guī)律,便于研究信號的波形和動態(tài)特性。
(2)頻域:頻域分析是將信號轉(zhuǎn)換成頻率的分布情況,可以研究信號的頻譜成分、頻譜帶寬、頻譜密度等特性。在頻域中,可以更好地理解信號的結(jié)構(gòu),便于濾波、調(diào)制、解調(diào)等處理。
3.介紹濾波器的主要分類及其特點。
解答:
濾波器按照工作原理和用途,可以分為以下幾種主要類型:
(1)低通濾波器:主要過濾掉高于設(shè)定截止頻率的高頻信號,保留低頻信號。特點:抗干擾能力強,適合低頻信號傳輸。
(2)高通濾波器:主要過濾掉低于設(shè)定截止頻率的低頻信號,保留高頻信號。特點:抗干擾能力強,適合高頻信號傳輸。
(3)帶通濾波器:允許設(shè)定頻帶范圍內(nèi)的信號通過,過濾掉頻帶外的高頻和低頻信號。特點:濾波精度高,抗干擾能力強。
(4)帶阻濾波器:抑制設(shè)定頻帶范圍內(nèi)的信號,允許頻帶外的信號通過。特點:抑制干擾信號,適用于干擾抑制和信號提取。
(5)全通濾波器:對所有頻率的信號都不過濾,主要用于信號的相移調(diào)整。
4.簡述噪聲對信號的影響及其處理方法。
解答:
噪聲對信號的影響主要有以下方面:
(1)降低信號的信噪比:噪聲會增加信號中的噪聲成分,使得信號難以辨認(rèn)。
(2)導(dǎo)致誤判:在信號檢測和處理過程中,噪聲會影響信號的正確性。
(3)影響信號質(zhì)量:噪聲會影響信號的波形和頻率特性。
處理方法:
(1)降低噪聲水平:如優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、改進硬件設(shè)備、選用高質(zhì)量的傳輸線路等。
(2)增加信號能量:如提高信號的功率、增大接收靈敏度等。
(3)信號處理:采用濾波、降噪、糾錯等算法來消除噪聲對信號的影響。
5.比較模擬信號處理和數(shù)字信號處理的優(yōu)缺點。
解答:
模擬信號處理與數(shù)字信號處理在原理、應(yīng)用等方面存在一定差異,具體
(1)模擬信號處理:
優(yōu)點:
硬件實現(xiàn)簡單,成本低;
實時性好,適應(yīng)性強。
缺點:
穩(wěn)定性較差,容易受到干擾;
難以實現(xiàn)復(fù)雜信號處理算法;
精度受限,難以保證處理精度。
(2)數(shù)字信號處理:
優(yōu)點:
精度高,抗干擾能力強;
易于實現(xiàn)復(fù)雜信號處理算法;
可以進行多次迭代優(yōu)化,提高處理精度。
缺點:
硬件復(fù)雜,成本高;
實時性較差,難以滿足實時性要求;
信號采樣率受到限制。
模擬信號處理與數(shù)字信號處理各有優(yōu)缺點,實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的信號處理方法。四、計算題1.已知某離散信號x(n)={1,2,3,4,5},求其離散傅里葉變換。
2.計算以下線性組合信號的頻譜:x(n)=(1/3)u(n)(1/2)cos(2πf0n)(1/5)sinc(πf0n)。
3.設(shè)離散信號x(n)={1,2,3,4,5},設(shè)計一個低通濾波器使其輸出滿足y(n)=[1,1,2,3,2]。
4.對一個信號進行5Hz~15Hz帶通濾波,已知濾波器階數(shù)為20,請計算該濾波器的截止頻率。
5.已知噪聲信號v(n)=0.1(0.5n3)0.1randn(1,100),設(shè)計一個濾波器使其輸出信噪比提高。
答案及解題思路:
1.解題思路:使用離散傅里葉變換公式DFT(x),對信號x(n)進行變換。
答案:使用FFT函數(shù)或DFT算法計算,得到X(k)。
2.解題思路:分別計算每個分量的頻譜,然后相加。
答案:u(n)的頻譜為狄拉克δ函數(shù);cos(2πf0n)的頻譜為兩個頻率為±f0的譜線;sinc(πf0n)的頻譜為中心頻率為f0的sinc函數(shù)。將這三個頻譜相加得到最終的頻譜。
3.解題思路:設(shè)計一個線性系統(tǒng),使得其脈沖響應(yīng)h(n)能夠?qū)(n)映射到y(tǒng)(n)。
答案:根據(jù)y(n)與x(n)的關(guān)系,構(gòu)造h(n)=[1,0,2,3,2],然后通過卷積運算得到y(tǒng)(n)。
4.解題思路:帶通濾波器的截止頻率由濾波器的階數(shù)和設(shè)計參數(shù)決定。
答案:截止頻率f1=5Hz,f2=15Hz,根據(jù)濾波器階數(shù)和設(shè)計公式計算得到濾波器的實際截止頻率。
5.解題思路:設(shè)計一個濾波器,去除噪聲信號中的高頻成分,保留低頻信號。
答案:設(shè)計一個低通濾波器,其截止頻率低于5Hz,使得噪聲信號的高頻成分被濾除,從而提高信噪比。五、分析題1.分析不同類型的濾波器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用場景。
題目:
請分析以下幾種濾波器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用場景:低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。
答案:
低通濾波器:常用于通信系統(tǒng)中的信號濾波,如去除高頻噪聲,保證信號質(zhì)量;在數(shù)字信號處理中,用于信號的采樣和恢復(fù)。
高通濾波器:用于去除低頻噪聲,提取高頻信號,如無線通信中的載波濾波。
帶通濾波器:用于選擇特定頻率范圍內(nèi)的信號,如濾波器在無線通信中用于選擇特定的信道頻率。
帶阻濾波器:用于抑制特定頻率范圍內(nèi)的信號,如在無線通信中抑制相鄰信道的干擾。
解題思路:
了解不同類型濾波器的定義和特性;結(jié)合通信系統(tǒng)的實際需求,分析濾波器在信號傳輸、接收、處理等環(huán)節(jié)中的作用;結(jié)合具體應(yīng)用案例,闡述濾波器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用場景。
2.信號處理技術(shù)在語音信號處理中的應(yīng)用。
題目:
請分析信號處理技術(shù)在語音信號處理中的應(yīng)用,包括噪聲抑制、回聲消除、語音識別等方面。
答案:
噪聲抑制:通過信號處理技術(shù),如自適應(yīng)濾波、譜減法等,去除語音信號中的背景噪聲,提高語音質(zhì)量。
回聲消除:利用信號處理技術(shù),如自適應(yīng)算法、多速率算法等,消除通信系統(tǒng)中的回聲,保證通話質(zhì)量。
語音識別:通過特征提取、模式識別等技術(shù),將語音信號轉(zhuǎn)換為文本信息,實現(xiàn)語音識別功能。
解題思路:
了解語音信號處理的基本流程和關(guān)鍵技術(shù);分析信號處理技術(shù)在噪聲抑制、回聲消除、語音識別等方面的應(yīng)用;結(jié)合具體應(yīng)用案例,闡述信號處理技術(shù)在語音信號處理中的重要作用。
3.信號處理在圖像處理中的作用。
題目:
請分析信號處理在圖像處理中的應(yīng)用,包括圖像增強、圖像壓縮、圖像分割等方面。
答案:
圖像增強:通過信號處理技術(shù),如濾波、銳化、對比度增強等,提高圖像質(zhì)量,使圖像更清晰。
圖像壓縮:利用信號處理技術(shù),如變換編碼、預(yù)測編碼等,減小圖像數(shù)據(jù)量,便于存儲和傳輸。
圖像分割:通過信號處理技術(shù),如閾值分割、邊緣檢測、區(qū)域生長等,將圖像分割成多個區(qū)域,便于后續(xù)處理。
解題思路:
了解圖像處理的基本流程和關(guān)鍵技術(shù);分析信號處理技術(shù)在圖像增強、圖像壓縮、圖像分割等方面的應(yīng)用;結(jié)合具體應(yīng)用案例,闡述信號處理技術(shù)在圖像處理中的重要作用。
4.信號處理在生物醫(yī)學(xué)信號處理中的應(yīng)用。
題目:
請分析信號處理在生物醫(yī)學(xué)信號處理中的應(yīng)用,包括心電信號處理、腦電信號處理、肌電信號處理等方面。
答案:
心電信號處理:通過信號處理技術(shù),如濾波、去噪、特征提取等,提取心電信號中的有效信息,如心率、心律等。
腦電信號處理:利用信號處理技術(shù),如濾波、去噪、特征提取等,分析腦電信號,研究大腦活動。
肌電信號處理:通過信號處理技術(shù),如濾波、去噪、特征提取等,分析肌電信號,用于康復(fù)治療、運動控制等領(lǐng)域。
解題思路:
了解生物醫(yī)學(xué)信號處理的基本流程和關(guān)鍵技術(shù);分析信號處理技術(shù)在心電信號處理、腦電信號處理、肌電信號處理等方面的應(yīng)用;結(jié)合具體應(yīng)用案例,闡述信號處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)信號處理中的重要作用。
5.信號處理在雷達信號處理中的應(yīng)用。
題目:
請分析信號處理在雷達信號處理中的應(yīng)用,包括信號檢測、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識別等方面。
答案:
信號檢測:通過信號處理技術(shù),如匹配濾波、相關(guān)檢測等,提高雷達信號檢測的靈敏度和抗干擾能力。
目標(biāo)跟蹤:利用信號處理技術(shù),如卡爾曼濾波、粒子濾波等,實現(xiàn)雷達目標(biāo)的高精度跟蹤。
目標(biāo)識別:通過信號處理技術(shù),如特征提取、模式識別等,對雷達目標(biāo)進行分類和識別。
解題思路:
了解雷達信號處理的基本流程和關(guān)鍵技術(shù);分析信號處理技術(shù)在信號檢測、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識別等方面的應(yīng)用;結(jié)合具體應(yīng)用案例,闡述信號處理技術(shù)在雷達信號處理中的重要作用。六、設(shè)計題1.設(shè)計一個數(shù)字低通濾波器,截止頻率為2kHz,采樣頻率為8kHz。
解題思路:
1.使用巴特沃斯濾波器設(shè)計方法,由于截止頻率為2kHz,采樣頻率為8kHz,因此歸一化截止頻率ωc=2π2kHz/8kHz=π/2。
2.根據(jù)歸一化截止頻率設(shè)計濾波器的傳遞函數(shù)H(z)。
3.使用雙線性變換將z域傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為離散時間域傳遞函數(shù)H(z)。
4.濾波器的系數(shù),用于實現(xiàn)數(shù)字低通濾波器。
2.設(shè)計一個數(shù)字帶通濾波器,中心頻率為4kHz,帶寬為1kHz,采樣頻率為10kHz。
解題思路:
1.中心頻率ωc=2π4kHz/10kHz=4π/5。
2.帶寬為1kHz,因此帶通濾波器的上下截止頻率分別為ωl=4π/52π1kHz/10kHz和ωh=4π/52π1kHz/10kHz。
3.使用巴特沃斯或切比雪夫濾波器設(shè)計方法設(shè)計帶通濾波器。
4.進行雙線性變換將設(shè)計的濾波器轉(zhuǎn)換為離散時間域。
3.設(shè)計一個線性預(yù)測編碼器,輸入信號為{x(n)},輸出信號為{y(n)},要求預(yù)測階數(shù)為3。
解題思路:
1.選擇預(yù)測階數(shù)M=3。
2.使用最小均方誤差(LMS)算法設(shè)計預(yù)測器。
3.計算預(yù)測系數(shù),這些系數(shù)將用于預(yù)測下一個樣本。
4.實現(xiàn)預(yù)測器,將輸入信號輸入,輸出預(yù)測信號。
4.設(shè)計一個自適應(yīng)濾波器,用于消除輸入信號中的噪聲。
解題思路:
1.選擇自適應(yīng)濾波器算法,如LMS或RLS。
2.設(shè)計濾波器結(jié)構(gòu),包括權(quán)值向量w和輸入信號向量x。
3.初始化權(quán)值向量。
4.在每一時刻,根據(jù)輸入信號和誤差信號更新權(quán)值向量,以最小化誤差。
5.設(shè)計一個時域卷積運算器,用于計算兩個信號的卷積。
解題思路:
1.定義兩個離散時間信號f(n)和h(n)。
2.創(chuàng)建一個循環(huán),使用滑動窗口方法計算兩個信號的卷積。
3.對于每個n值,計算卷積輸出y(n)。
4.輸出整個卷積結(jié)果。
答案及解題思路:
1.數(shù)字低通濾波器設(shè)計
答案:已根據(jù)巴特沃斯濾波器設(shè)計方法計算出傳遞函數(shù),并使用雙線性變換得到離散時間域傳遞函數(shù)。
解題思路:通過歸一化截止頻率和雙線性變換計算濾波器系數(shù)。
2.數(shù)字帶通濾波器設(shè)計
答案:已設(shè)計出帶通濾波器的傳遞函數(shù),并進行雙線性變換得到離散時間域濾波器。
解題思路:利用帶通濾波器的上下截止頻率設(shè)計濾波器,并轉(zhuǎn)換為離散時間域。
3.線性預(yù)測編碼器設(shè)計
答案:使用LMS算法計算出預(yù)測系數(shù),實現(xiàn)了預(yù)測器。
解題思路:通過選擇預(yù)測階數(shù)和LMS算法設(shè)計預(yù)測器。
4.自適應(yīng)濾波器設(shè)計
答案:已選擇LMS或RLS算法,并設(shè)計了濾波器結(jié)構(gòu)。
解題思路:根據(jù)所選算法設(shè)計濾波器,包括初始化和權(quán)值更新。
5.時域卷積運算器設(shè)計
答案:實現(xiàn)了一個循環(huán),使用滑動窗口方法計算了兩個信號的卷積。
解題思路:通過循環(huán)和滑動窗口方法計算卷積輸出。七、論述題1.論述數(shù)字信號處理技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。
答案:
數(shù)字信號處理技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中扮演著的角色。其主要應(yīng)用和發(fā)展趨勢:
應(yīng)用:
調(diào)制解調(diào)技術(shù):數(shù)字信號處理技術(shù)用于實現(xiàn)高效的調(diào)制和解調(diào),如QAM(正交幅度調(diào)制)和OFDM(正交頻分復(fù)用)。
信道編碼與解碼:通過錯誤檢測和糾正,提高通信系統(tǒng)的可靠性。
信號濾波與噪聲抑制:通過濾波器設(shè)計,去除信號中的噪聲,提高信號質(zhì)量。
多用戶檢測:在多徑傳輸環(huán)境中,實現(xiàn)多用戶檢測,提高頻譜利用率。
發(fā)展趨勢:
5G通信:數(shù)字信號處理技術(shù)將支持5G通信的高速率、低延遲和大連接數(shù)。
人工智能與機器學(xué)習(xí):利用優(yōu)化信號處理算法,提高通信系統(tǒng)的功能。
軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN):通過SDN,信號處理技術(shù)可以更加靈活地適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
解題思路:
概述數(shù)字信號處理技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。詳細(xì)討論其在調(diào)制解調(diào)、信道編碼、信號濾波和多用戶檢測等方面的具體應(yīng)用。分析數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展趨勢,包括5G通信、人工智能和軟件定義網(wǎng)絡(luò)等方面。
2.論述信號處理技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。
答案:
信號處理技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,其發(fā)展趨勢也技術(shù)的發(fā)展而不斷演變。
應(yīng)用:
圖像增強:通過濾波和銳化等處理,提高圖像質(zhì)量。
圖像壓縮:如JPEG和H.264等標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)圖像的有效存儲和傳輸。
圖像分割:將圖像劃分為不同的區(qū)域,便于后續(xù)處理。
圖像識別:如人臉識別、物體檢測等。
發(fā)展趨勢:
深度學(xué)習(xí):利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)實現(xiàn)更高級的圖像處理功能。
實時處理:提高圖像處理速度,滿足實時應(yīng)用需求。
移動端處理:在移動設(shè)備上實現(xiàn)高效的圖像處理。
解題思路:
首先介紹信號處理技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用,包括圖像增強、壓縮、分割和識別等。分析深度學(xué)習(xí)、實時處理和移動端處理等發(fā)展趨勢。
3.論述信號處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。
答案:
信號處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)信號處理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,其應(yīng)用和發(fā)展趨勢
應(yīng)用:
心電信號分析:診斷心律失常等疾病。
腦電圖分析:
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