数字信号处理课程设计报告

数字信号处理课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 一、课程设计目的 1．学会MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ； 2．掌握在Windows 环境下语音信号采集的方法； 3．掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 4．掌握MATLAB 设计FIR 和IIR 数字滤波器的方法； 5．学会用MATLAB 对信号进行分析和处理； 二、课程设计内容 1．语音信号的采集 要求利用windows 下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8KHz，8 位，单声道）或其他软件，录制一段自己的话音，时间控制在2 秒左右。 然后在MATLAB 软件平台下，利用函数wavread 对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过wavread 函数的使用，要求理解采样频率、采样位数等概念。 wavread 函数调用格式： y=wavread(file)，读取file 所规定的wav 文件，返回采样值放在向量y 中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits 表示采样位数。 y=wavread(file,N)，读取前N 点的采样值放在向量y 中。 y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1 点到N2 点的采样值放在向量y 中。 2．语音信号的频谱分析 要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB 中，可以利用函数fft 对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解。 3．设计数字滤波器和画出频率响应 根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标： 1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB； 2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz As=100dB，Ap=1dB； As=100dB，Ap=1dB。要求学生首先用窗函数法设计上面要求的两种滤波器，在MATLAB中，可以利用函数fir1 设计FIR 滤波器；之后再利用函数butter 和cheby1 设计上面要求的两种IIR 滤波器。最后，利用MATLAB中的函数freqz 画出各滤波器的频率响应。 4．用滤波器对信号进行滤波 比较FIR 和IIR 两种滤波器的性能，然后用性能好的各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在MATLAB 中，FIR 滤波器利用函数fftfilt 对信号进行滤波，IIR 滤波器利用函数filter对信号进行滤波。 5．比较滤波前后语音信号的波形及频谱，要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。 6．回放语音信号 在MATLAB 中，函数sound 可以对声音进行回放。其调用格式： sound(x,fs,bits)；可以感觉滤波前后的声音有变化。 三、课程设计原理 1、 语音信号的采样  ● 语音信号的录制 ： 语音信号的录制可通过MATLAB工具也可以通过windows自带的录音机录制一段自己的声音。在MATLAB里面，用函数wavrecord录制一段时间自定的声音，用函数wavwrite存储原始语音信号。其调用格式如下：  [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率（Hz），nbits 表示采样 位数。 ●  语音信号的频谱分析  对语音信号进行频谱分析，是认识语音信号和处理语音信号的重要方法。下面将采用频谱来分析语音信号。  对一个语音时域离散信号{x(n)}，其频谱函数X（jw）是x(n)的傅里叶变换。傅里叶变换定义为：  其中j为虚数单位， ω称为数字频率。  由于处理的信号是有限长的，即n< ，故实际采用的是离散傅里叶变换DFT 。 长度为N的序列x(n)，其DFT定义为：  如果x(n)为一个周期序列，得到的X(k)为x(n)的周期频谱。若x(n)不是周期序列，先对x(n)进行周期性扩展，把它看成某个周期性信号的一个周期，得到的X(k)是x(n) 频谱在一个周期的采样。  DFT有一种快速算法FFT，称为快速傅里叶变换。MATLAB中采用的就是FFT算法。  2、滤波器设计  滤波器的设计一般可分为无限冲激响应数字滤波器（IIR）和有限冲激响应数字滤波器（FIR）。 ●  IIR数字滤波器  IIR数字滤波器的系统函数是Z的有理函数，可表示为系统函数的设计就是要确定系数或者零、极点，以使滤波器满足给定的性能要求。这种设计方法如下：  （1）用模拟滤波器理论来设计数字滤波器。在IIR数字滤波器的设计中较多采用这种方法。  （2）用计算机辅助设计，优化技术设计。即要求所设计的数字滤波器的输入x(n)等于x(t)的抽样信号x(Tn)时，输出y(n)也恰好等于y(t)的抽样信号。  ●  FIR数字滤波器  （1）FIR数字滤波器的算法描述  FIR数字滤波器又称卷积滤波器，因为它在时域上的输入x(n)和输出信号y(n)的数学关系是卷积运算：y(n)= h(n)*x(n)。其中h(n)是FIR滤波器的单位冲激响应函数，其表达式是由理想滤波器频响的幅度函数H（w）进行傅里叶逆变换得到的，式中wc为滤波器的截止频率。                    （2）FIR滤波器的窗函数设计法  窗函数法的基本思想是，由于滤波器的时间响应函数h(n)是无限长的，不能用FIR滤波的方法实现，所以要截取h(n)幅度较大的部分，舍弃h(n)幅度较小的部分来近似表示h(n)。截取方法是用某一种窗函数和截取h(n)的一段进行卷积以得到实际滤波器的相应h(n)。窗函数不同，窗口宽度不同，实际频响会有较大区别。如加海明窗的频响曲线的通带和阻带特性比矩形窗好；窗口宽度N的阶数高，也能提高滤波器频响性能，但实时信号处理的时间会相应增加。因此，应根据滤波参数要求确定选用窗函数的类型和阶数。    （3）逼近  确定了技术指标后，就可以建立一个目标数字滤波器模型。通常采用理想的数字滤波器模型。之后，利用数字滤波器的设计方法，设计一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。    （4）性能分析和计算机仿真  上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求，或利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断。  （5）线性相位FIR滤波器具体的窗函数法设计方法  线性相位FIR滤波器通常采用窗函数法设计。窗函数法设计FIR滤波器的基本思想是：根据给定的滤波器技术指标，选择滤波器长度N和窗函数w(n)，使其具有最窗宽度的主瓣和最小的旁瓣。其核心是从给定的频率特性，通过加窗确定有限长单位脉冲响应序列h(n)。工程中常用的窗函数共有6种，即矩形窗（boxcar）、三角（triang）窗、汉宁(hanning)窗、哈明(hamming)窗、布莱克曼(blackman)窗和凯塞(kaiser)窗。 四、课程设计步骤 1.语音信号的采集： 利用windows下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000KHz，8位，单声道），录制一段自己的话音“信号”， 时间控制在2秒左右，然后将音频文件保存“qm.wav” 2.．语音信号的频谱分析             对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性 3. 设计数字滤波器及对信号进行滤波 五、实验设计结果与分析 1、图1为未经处理的语音信号采集波形 图1 2、图2为原音频谱，由于频谱是对称的，所以利用采集样点的限制得到一半的频谱。程序如下： >> [xn,fs,nbits]=wavread('qm.wav'); >> pinpu=abs(fft(xn)); >> plot(pinpu),xlim([0,5000]) 运行程序结果： 图2 原音频谱 3、以下为语音信号滤波前后的频谱图及波形。 ● FIR低通滤波器 图3 hamming低通滤波器滤波前后语音信号的频谱图及波形 分析：有曲线可见，用哈明窗设计的结果能够满足设计指标要求。有N值（由程序运行结果得N=133）可知，FIR数字低通滤波器的阶数一般比较高。哈明窗又称改进的升余弦窗，其旁瓣宽度较小。相位响应有严格的线性。 ● FIR高通滤波器 图4 triang高通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 分析：三角形窗的阻带最小衰减值为25db。相位响应有严格的线性 ● IIR低通滤波器 图5 butter低通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 图6 cheby1低通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 分析：cheby1滤波器通带等波纹，相位响应非线性。 图7 cheby2低通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 分析：cheby2滤波器阻带等波纹，相位响应非线性。 图8 ellip低通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 分析:ellip函数可得到下降斜度更大的滤波器，但在通带和阻带均为等波动的。椭圆滤波器能以最低的阶数实现指定的性能，非线性相位。 图9 butter高通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 图10 cheby1高通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 图11 cheby2高通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 图12 ellip高通滤波器前后语音信号的频谱图及波形 继续阅读