數字信號處理課程設計說明書

1、<p>　　《數字信號處理課程設計》</p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　系 (部) 電子與通信工程系 </p><p>　　專業(yè)(班級) 08通信1班 </p><p>　　姓 名

2、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　起止日期 2011.4.18—2010.4.29 </p><p><b>　　目

3、 錄</b></p><p><b>　　一、任務與要求1</b></p><p>　　二、程序設計與實驗仿真結果圖3</p><p>　　1．語音信號的采集3</p><p>　　2.程序設計與實驗仿真結果3</p><p>　　2.1原始信號和加噪信號時域跟頻率分析

4、3</p><p>　　2.2用雙線性變化法設計濾波器：4</p><p>　　三、工作原理與仿真結果分析7</p><p><b>　　四、結論與心得9</b></p><p><b>　　五、參考文獻10</b></p><p><b>　　摘

5、 要</b></p><p>　　本次DSP課程設計通過利用Matlab軟件對信號進行分析和處理。MATLAB將高性能的數值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內置函數，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作。</p><p>　　本次DSP課程設計的主要內容是通過對語音信號的采集，熟悉數字信號濾波器的工作原理，然后對語音信號分別進行低

6、通、高通、帶通數字濾波器的設計，并畫出了各個濾波器頻率響應幅度；然后對所得的不同的頻譜圖進行總結，分析得到這樣結果的不同原因！通過本次課程設計又熟悉了利用雙線性法設計各種濾波器。</p><p>　　關鍵字： MATLAB、 濾波器、 語音信號、雙線性法</p><p><b>　　一、任務與要求</b></p><p>　　數字信號處理課程設

7、計任務書</p><p>　　系(部):電信系 專業(yè): 08通信 指導教師: 王路露、劉光燦、黃飛江、陳威兵、馮璐、張剛林 2011-4 </p><p>　　長沙學院課程設計鑒定表</p><p>　　二、程序設計與實驗仿真結果圖</p><p><b>　　1．語音信號的采集</b></p>&

8、lt;p>　　在windows下錄制一段語音，并保存為8000KHz，8位，單聲道 wav格式，時間控制在3秒左右。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數wavread對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數。</p><p>　　方法：利用windows下的錄音機（開始—程序—附件—娛樂—錄音機，文件—屬性—立即轉換—8000KHz，8位，單聲道）或其他軟件，錄制一段自己的話音。</p>

9、<p>　　MATLAB下實現：</p><p>　　fs=8000；％語音信號采樣頻率為8000</p><p>　　x1=wavread('C:\dell\1.wav'); ％讀取語音信號的數據，賦給變量x1</p><p>　　2.程序設計與實驗仿真結果</p><p>　　2.1原始信號和加噪信號時域跟頻

10、率分析</p><p><b>　　fs=8000;</b></p><p>　　x1=wavread('C:\dell\1.wav');</p><p>　　[y,fs,nbits]=wavread ('C:\dell\1.wav');</p><p>　　n = length (y)

11、; %求出語音信號的長度</p><p>　　t=0:1/8000:1.2624; %備注：1.2624=(n—1)/8000</p><p>　　noise=0.04*sin(2*pi*5000*t)'; %sin函數產生噪聲</p><p>　　x2= x1+noise;</p><p>　　Subplot(2,

12、2,1);</p><p>　　plot(x1);</p><p>　　title('原始語音時域信號');</p><p>　　xlabel('時間 n');</p><p>　　ylabel('音量 n');</p><p>　　Subplot(2,2,2);<

13、;/p><p><b>　　plot(x2);</b></p><p>　　title('加噪聲之后時域語音信號');</p><p>　　xlabel('時間 n');</p><p>　　ylabel('音量 n');</p><p>　　y1=ff

14、t(x1,1024); %對x1做1024點傅里葉變換</p><p>　　Subplot(2,2,3);</p><p>　　plot(abs(y1));</p><p>　　title('原始信號傅里葉變換后波形');</p><p>　　y2=fft(x2,1024); %對x2做1024點傅里葉變換</p&g

15、t;<p>　　Subplot(2,2,4);</p><p>　　plot(abs(y2));</p><p>　　title('加噪聲信號傅里葉變換波形');</p><p>　　2.2用雙線性變化法設計濾波器：</p><p>　　2.2.1帶通濾波器設計：</p><p><

16、b>　　clc;</b></p><p><b>　　fs=8000;</b></p><p>　　x1=wavread('C:\dell\1.wav'); </p><p>　　[y,fs,nbits]=wavread ('C:\dell\1.wav');</p><p&g

17、t;　　n = length (y) ; %求出語音信號的長度</p><p>　　t=0:1/8000:1.2624; </p><p>　　noise=0.04*sin(2*pi*5000*t)'; %sin函數產生噪聲</p><p>　　x2= x1+noise;</p><p>　　sound(x2,fs,nbi

18、ts);</p><p>　　Y=fft(x2,2048);</p><p><b>　　fp1=1200;</b></p><p><b>　　fp2=3000;</b></p><p><b>　　fc1=1000;</b></p><p><

19、b>　　fc2=3200;</b></p><p><b>　　As=100;</b></p><p><b>　　Ap=1;</b></p><p><b>　　fs=8000;</b></p><p>　　wc1=2*fc1/fs;</p>

20、<p>　　wc2=2*fc2/fs; </p><p>　　wp1=2*fp1/fs;</p><p>　　wp2=2*fp2/fs;</p><p>　　wp=[wp1,wp2];</p><p>　　wc=[wc1,wc2];</p><p>　　[N,wn]=buttord(wc,wp,Ap,As);

21、</p><p>　　[b,a]=butter(N,wn);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　freqz(b,a,512,fs);</p><p>　　x=filter(b,a,x2);</p><p>　　X=fft(x,2048);</p><p>　　figu

22、re(2);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(abs(Y(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波前信號頻譜');</p><p>　　subplot(2,1,2);<

23、/p><p>　　plot(abs(X(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波后信號頻譜');</p><p>　　sound(x,8000,nbits); </p><p>　　2.2.2低通濾波器設計：</p>

24、<p><b>　　clear;</b></p><p><b>　　fs=8000;</b></p><p>　　x1=wavread('C:\dell\1.wav');</p><p>　　[y,fs,nbits]=wavread ('C:\dell\1.wav');<

25、;/p><p>　　n = length (y) ; %求出語音信號的長度</p><p>　　t=0:1/8000:1.2624; </p><p>　　noise=0.04*sin(2*pi*5000*t)'; %sin函數產生噪聲</p><p>　　x2= x1+noise;</p><p>　　

26、sound(x2,fs,nbits);</p><p>　　Y=fft(x2,2048);</p><p><b>　　fp=1000;</b></p><p><b>　　fc=1200;</b></p><p><b>　　As=100;</b></p>&l

27、t;p><b>　　Ap=1;</b></p><p><b>　　fs=6000;</b></p><p>　　wc=2*fc/fs;</p><p>　　wp=2*fp/fs;</p><p>　　[N,wn]=buttord(wc,wp,Ap,As);</p><p&

28、gt;　　[b,a]=butter(N,wn);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　freqz(b,a,512,fs);</p><p>　　x=filter(b,a,x2);</p><p>　　X=fft(x,2048);</p><p>　　figure(2);</p>

29、<p>　　subplot(2,2,1);</p><p>　　plot(abs(Y(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波前信號頻譜');</p><p>　　subplot(2,2,2);</p><p>　

30、　plot(abs(X(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波后信號頻譜');</p><p>　　sound(x,8000,nbits)</p><p>　　2.2.3高通濾波器設計：</p><p><b>

31、　　clear;</b></p><p><b>　　fs=8000;</b></p><p>　　x1=wavread('C:\dell\1.wav');</p><p>　　[y,fs,nbits]=wavread ('C:\dell\1.wav');</p><p>　　

32、n = length (y) ; %求出語音信號的長度</p><p>　　t=0:1/8000:1.2624; </p><p>　　noise=0.04*sin(2*pi*5000*t)'; %sin函數產生噪聲</p><p>　　x2= x1+noise;</p><p>　　sound(x2,fs,nbits);

33、</p><p>　　Y=fft(x2,2048);</p><p><b>　　fp=3000;</b></p><p><b>　　fc=2800;</b></p><p><b>　　As=100;</b></p><p><b>　　A

34、p=1;</b></p><p><b>　　fs=6500;</b></p><p>　　wc=2*fc/fs;</p><p>　　wp=2*fp/fs;</p><p>　　[N,wn]=buttord(wc,wp,Ap,As);</p><p>　　[b,a]=butter(N

35、,wn,'high');</p><p>　　figure(1);</p><p>　　freqz(b,a,21,fs);</p><p>　　x=filter(b,a,x2);</p><p>　　X=fft(x,2048);</p><p>　　figure(2);</p><p

36、>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(abs(Y(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波前信號頻譜');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　plot

37、(abs(X(1:1024)));</p><p>　　axis([0,1000,0,3]);</p><p>　　title('濾波后信號頻譜');</p><p>　　sound(x,8000,nbits);</p><p>　　三、工作原理與仿真結果分析</p><p>　　IIR濾波器設計原理&

38、lt;/p><p>　　IIR 數字濾波器的設計有多種方法，如頻率變換法、數字域直接設計以及計算輔助</p><p>　　設計等。下面只介紹頻率變換設計法。首先考慮由模擬低通濾波器到數字低通濾波器的</p><p>　　轉換，其基本的設計過程如下: </p><p>　?。?） 將數字濾波器的技術指標轉換為模擬濾波器的技術指標； </p&g

39、t;<p>　　（2） 設計模擬濾波器 G(S)； </p><p>　?。?） 將 G(S)轉換成數字濾波器 H(Z)； </p><p>　　在低通濾波器的設計基礎上，可以得到數字高通、帶通、帶阻濾波器的設計流程如下： </p><p>　?。?） 給定數字濾波器的設計要求（高通、帶阻、帶通） ； </p><p>　　（2

40、） 轉換為模擬（高通、帶阻、帶通）濾波器的技術指標； </p><p>　?。?） 轉換為模擬低通濾波器的指標； </p><p>　?。?） 設計得到滿足第三步要求的低通濾波器傳遞函數； </p><p>　?。?） 通過頻率轉換得到模擬（高通、帶阻、帶通）濾波器； </p><p>　　（6） 變換為數字（高通、帶阻、帶通）濾波器。<

41、;/p><p><b>　　設計結果分析</b></p><p>　　原始信號采樣后時域圖和頻譜圖：</p><p>　　圖3.1 原始信號采樣后時域圖和頻譜圖</p><p>　　通過帶通濾波器前后信號的頻譜的變化情況并進行比較：</p><p>　　圖3.2 通過帶通濾波器前后信號頻譜圖比較<

42、;/p><p>　　通過低通濾波器前后信號的頻譜的變化情況并進行比較：</p><p>　　圖3.3 通過低通濾波器前后信號頻譜圖比較</p><p>　　通過高通濾波器前后信號的頻譜的變化情況并進行比較：</p><p>　　圖3.4 通過低通濾波器前后信號頻譜圖比較</p><p><b>　　四、結論與心得

43、</b></p><p>　　通過本次課程設計，我鞏固了上學期所學的數字信號處理的課程！與此同時我也認識到了我當初在學這門課程時所存在的不足！所以在一開始我自己感到無從下手，理不清條理，對自己做課程設計造成了一定的困難。我開始再一次的翻看書本，上網查資料，查閱相關的文獻，經過自己的不斷努力，最終形成了自己設計的思路！現在做完了課程設計，我覺得應該把它當成一個項目去做，從查閱資料，學習新知識，新軟件，所

44、有的一切對自己來說都是自學能力的提升，所以在一開始自己就端正了這次課程設計的態(tài)度，將這次課程設計當做是提高自己自學能力的一次實踐機會。</p><p>　　總結這次課程設計我學到了很多！</p><p>　　首先就是知識方面的提高和鞏固。既鞏固了原先所學的知識，也學到了其它相關的知識。主要進一步掌握了在MATLAB環(huán)境中怎樣運用相關的函數語句去實現相關的設計，這主要有數字濾波器的設計，在這

45、設計的過程中，也鞏固了最基礎的MATLAB相關語法知識，在MATLAB中得到要求的結果和圖形，并進行了分析。在這個總結分析中我進一步的學習了對濾波器的相關分析方法！加深了我對濾波器的理解！</p><p>　　其次，就是對自己思維能力的提高，我覺得做任何事情思路都是最重要的，所有的知識都是思維能力的載體，本次課程設計讓自己明白了做項目要有基本的思路，基本的流程。</p><p>　　總之這

46、次課程設計學到了很多！最重要的是學到了如何去自己學習一些自己所沒有掌握的知識，并運用到實踐中去！也學會了如何去和同學交流，在這交流中提升自己，學會了怎么更好的去查閱相關的資料。最后是做word的過程中也學到了以前沒有接觸到的項目。希望自己在以后接觸到的新的東西中能向這次課程設計一樣快速的完成任務。</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　

47、[1] 程佩青.數字信號處理教程.北京：清華大學出版社出版，2001</p><p>　　[2] 陳后金.信號與系統[M].高等教育出版社，2007</p><p>　　[3] 羅軍輝.Matlab 7.0在數字信號處理中的應用.北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4] 徐明遠 邵玉斌 MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用 西安電子科技大學出版