数字信号处理课程设计项目报告.docx

数字信号处理课程设计项目报告05941401 1120141454 焦奥一、设计原理本次课程设计采用matlab软件进行设计，调用其函数库，产生、处理、存储信号。涉及到的设计原理如下：1.信号的产生与采样以某一频率进行抽样，抽取固定时间，则可以产生不同数量的离散点。这些点数越多，频率越高，时间越短，信号越接近原始信号。2.信号的频谱和功率谱分析对信号进行快速傅里叶变换，即可得到其频谱。在matlab中，对应函数为fft，并且可以指定点数；fft之后需要进行乘2除N的处理，才能够让最终频谱幅值正常。采样得到的频谱中心对称，取一半即可。功率谱采用自带函数periodogram即可。3.滤波器的产生和滤波滤波器通过系统函数来产生。常见滤波器有IIR和FIR，各自又可以分为巴特沃斯、切比雪夫，海明窗、布莱克曼窗、矩形窗等。在同一种滤波器内，又可以分为低通、高通、带通、带阻等不同类型的滤波器。针对不同类型的滤波器，matlab有不同类型的函数，方便简单。反映滤波器功能的常用方法是做频域分析，matlab中通过freqz来实现。滤波通过函数filter()来实现。4.音频信号的读取和存储音频信号可以用audioread来进行读取，并自动获得采样率。存储可以采用audiowrite来指定位置。二、设计方案1.系统图2.流程图1.信号的产生产生比较有代表性的信号，如：正弦波、三角波、方波、AM波、chirp波、高斯白噪声等等，并对以上信号进行加噪。手动导入语音信号，格式MP3。2.信号的采样和分析预置采样频率，可以手动输入采样率；针对语音信号，可以直接读取原始采样率；指定采样时间。获得采样率和采样时间之后，计算信号采样点数，并进行fft分析。分析完成，显示时域、频域波形。可继续显示功率谱。3.滤波器的产生和滤波利用matlab自带的函数产生巴特沃斯、切比雪夫滤波器。因为本次设计针对音频滤波为主，不要求线性相位，故暂且不用FIR滤波器。种类分为低通、高通、带阻、带通。可以手动指定阶数、通频带、阻带、衰减倍数。产生之后，显示滤波器单位响应、频域波形，并可以进行滤波。滤波之后，可以查看当前信号的频域、时域波形。4.信号的存储对于正弦信号等波形，可以直接存储时域图像；对于语音信号，可以存储滤波之后的信号，格式包括wav、ogg、flac等等。三、实验结果及讨论以输入多正弦波为例，首先指定参数：抽样频率1024Hz，时间2s，正弦波参数用预置值：得到一个信号：接下来进行加噪：功率谱：若要得到最左边的正弦波，使用低通滤波器，设定参数：得到滤波器：进行滤波：消除了大部分噪音，只保留了一个信号。显示功率谱：观察到只有一条谱线。接下来，举例导入语音信号。选择一个文件导入：得到波形，并自动播放：加噪：低通滤波：频谱和时域波形有较大改善。存储信号：保存之后即为滤波后波形。其他具体功能就不枚举了，请实测。从信号的产生到加噪，再到滤波处理、存储波形，本次设计总体来讲完成了所有基本指标。本软件最有效的地方在于可以将一个音频信号导入、处理，并进行存储，真正实现音频处理的功能。不足和改进的地方有：没有加上调整坐标轴疏密的滚轮条，没有设计FIR滤波器。但相对来讲，音频处理不要求线性相位，在去除这一点之后IIR和FIR没有太多区别；而且matlab的函数库产生IIR最为方便，因此略去。如果有下一次相似设计，可以考虑加上一个更加有效的音频滤波器，比如说通过平均功率来滤波。四、软件说明书1.产生信号设定采样率和时间点击相应信号按钮调整加噪的幅度加噪。其中预置了初始采样率和时间，信号的相关参数也已经内置，可以调整。语音信号方面，可以从计算机选择目录，导入MP3文件，并自动读取采样率。点击功率谱按钮可以显示功率谱。2.产生滤波器设定不同类型的不同种滤波器输入参数，其中选择“自动”时，无需设定阶数，否则需要自行设定阶数点击“产生滤波器”看到“成功”之后可以点击“显示滤波器”，或者可以直接点击“滤波”对上一个信号进行滤波。滤波之后默认显示信号的时域和频域波形。此时点击功率谱按钮可以显示当前功率谱。3.存储波形如果是非语音信号，则存储时域波形；如果是音频信号，就存储当前的音频。4.其他任何时候点击当前信号功率谱、时域波形、频谱三个按钮，都可以显示当前信号的相应谱形。当滤波器参数不正确时，显示“未成功”，只有参数正确时，才会显示“成功”，所以请看到“成功”再进行滤波。纯软件启动时间较漫长，是因为在安装运行环境；可以直接启动matlab运行.m文件。五、学习总结本次课程学到了dsp相关知识。采用研究性学习的方法很有创新性，但是也有不少弊端，比如同学讲得不够透彻。建议调整到老师比重百分之五十以上。前几次的大作业相