信号采集、分析与处理项目设计报告

中国民航大学航空自动化学院信号分析与处理课程设计报告题 目：基于 Matlab 的信号采集、分析与处理项目专业班级：电子信息工程专业 111145A 班 学 号： 指导教师： 二一三年六月三十日目 录一、设计目的及意义二、设计要求三、设计原理及方案四、软件流程五、运行分析六、设计总结七、参考文献八、 附录（程序代码）2一、 设计目的及意义本设计用微软自带的软件进行实时采集信号（声音或图像，下述信号同上） ，对其进行了时域分析，频谱分析。并应用matlab 平台对信号加入了不同的噪声，进一步设计了一个的处理声音的巴特沃思低通滤波器和处理图像的相应的均值或平均滤波器，然后对加噪的信号进行滤波处理。最后对比滤波前后的信号的时域和频域特性，通过回放加噪语音信号和去噪语音信号以及图像处理后与处理前视觉角度上的对比，研究了信号处理尤其是信号滤波去噪方面的特性和应用。在信号分析与处理的最后，语音与图像都添加的多种特效，在不断的自学过程中，我们对已学的信号与系统、数字信号处理更进一步的理解以及语音与图像在时域与频域真正的存在形式。二、设计要求完成信号的采集，然后加载噪声信号，设计滤波器对加载噪声后的信号进行滤波处理，在整个过程中利用信号各个阶段的时域波形和频域波形图，从理论和视觉角度比较分析滤波的效果。在完成上述功能的基础上声音加入多种特效例如回声，延时及均衡器；图像加入反转，叠加等。设计步骤如下：1.根据设计要求，结合要实现的功能总列 GUI 界面功能，合理构建下拉菜单；32.学习 matlab 编程语言根据设计要求编辑相应的回调函数，并建立回调函数与下拉菜单之间的联系；3.对系统进行调试及修改。 三、设计原理及方案设计原理：3.1 模拟低通滤波器：假设模拟滤波器的系统函数 01)(CsdXYsHa对模拟滤波器取样后逼近后，得到的数字滤波器系统函数 0112)(CzTdzXY可见，数字滤波器可通过下述变换关系有模拟滤波器得到 sTz21上述 s 平面到 z 平面之间的变换是双线性变换关系，故称之为“双线性”变换。它对高阶系统同样成立。回声：在一个像音乐厅那样的封闭空间中，人们听到的声音包括直接传播声音、一次反射声音和混响(reverberation)等几种成分。一次反射声音主要是由直接传播声音在近距离内的直接回声构成，而混响则是由密集的回声形成的。所以在一个隔音的舞台上录制的音乐与音乐厅中录制的效果就不一样，人们听起来会感到不自然 。这时就需要用数字滤波器来人为地改4变录制的信号，通过增加一些回声，使它接近于音乐厅中的效果。单回声的产生原理回声可以用延迟单元来实现，直接声音和它延迟了 R 个周期的单个回声可以下面的差分方程来表示：)()(Rnxny1|其中， 表示衰减系数。也可以用系统函数表示： RzH1)(可见，单回声可以通过一个 FIR DF 来实现。其冲激响应和结构图如图 1：图 1这实际上是一个梳状滤波器。设计方案：3.2 时间安排：时间区间：第 1 周第 15 周时间节点：开题：第 3 周周末5中期检查：第 7 周周末答辩：第 15 周周末具体时间安排：时间 计 划 完 成 内 容第 1 周 任务布置及软件介绍第 2 周 熟悉所用软件第 3 周 搭建一个简单界面，实现信号（语音、图像）的加载并显示 开题第 4 周 实现信号（语音、图像）的实时采集第 5 周 对采集信号进行加噪，并对加噪前后信号进行谱分析第 6 周 将信号分析部分加载到所做界面中第 7 周 滤波器设计，中期检查第 8 周 滤波器设计第 9 周 将滤波器设计部分加载到所做界面中第 10 周 信号特技效果实现第 11 周 信号特技效果实现第 12 周 针对上面所做内容存在的问题进行解决和相应功能的完善第 13 周 附加功能的完善第 14 周 完成设计报告第 15 周 答辩3.3 人员分工何斌汉：收集资料、GUI 界面制作、声音的采集与加噪，声音部分特效，制作设计报告等。范凯：辅助完成上述功能，并负责添加声音特效，均衡器及声音部分答辩 PPT 等高腾跃：GUI 界面制作，图像的实时采集、加噪、滤波、图像的特技处理，制作图像部分答辩 PPT 等。6郭宇：收集资料，辅助完成图像的相关功能，负责添加部分特效等。3.4 项目进程方案(1)项目根据具体分工安排及进度安排来具体分配工作、遇到问题时团队成员集体讨论解决，解决不了的问题在向老师汇报进度时提出进行讨论，在老师的帮助下，解决问题。(2)联系课本所学知识，能够对知识活学活用，对所学的知识尽可能应用进去，如回声效果。(3)在自己学习范围内适当的扩展与创新，如尝试添加多种特效，图像利用摄像头图像实时采集。四、软件流程声音/图像导入画出声音时域图形 图像直方图画出语音频谱图图像频谱图声音/图像处理7加入高频正弦噪声 加入随机噪声高斯噪声巴特沃斯低通滤波器 椒盐噪声-均值滤波高斯噪