数字信号处理课程设计(上传).doc

二一*二一*学年第 一 学期 信息科学与工程学院 课程设计报告书课程名称： 数字信号处理课程设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 二一* 年 一月 一、需求分析：1、设计题目 (1) 已知一段语音信号中混入了一频率的正弦型干扰信号。语音信号的采样频率为。要求设计窄带滤波器滤除语音信号中的干扰信号，通过计算机仿真对滤波器的性能和滤波效果进行分析。 (2) 针对一个含有5Hz、15Hz和30Hz的混合正弦波信号，试设计滤波系统，滤除5Hz和30Hz的正弦分量，阻带的最小衰减不小于50dB。要求： 确定采样频率、采样长度N，对进行采样； 分别设计IIR、FIR带通数字滤波器； 通过计算机仿真对滤波器的性能进行分析。二、原理分析和设计：（1）设计窄带滤波器滤除语音信号中的干扰信号解：干扰信号的数字频率为由式（1-110）可得取，由式（1-111）可得解上述方程得的值为1.0619和0.9417。当的值为1.0619时，系统有一个极点在单位圆外，当的值为0.9417时，系统的二个极点在单位圆内。为了保证系统的稳定，取0.9417。由和的值可得系统函数为（2） 设计滤波系统，滤除混合正弦波信号中5Hz和30Hz的正弦分量解：确定采样频率、采样长度N，对进行采样由于故信号的周期为因此，截取信号的持续时间最好为0.4的整数倍。信号的最高频率为30Hz，因此采样频率需满足： ，由采样定理，取采样频率和采样间隔分别为：，三、详细设计：1、详细程序清单，并对程序有注释说明；（1）设计窄带滤波器滤除语音信号中的干扰信号fn=1200;W3dB=0.06;fs=22050; %语音信号的采样频率x,fs,bits=wavread(C:UsersAdministratorDesktopkugou.wav);t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;noise=sin(2*pi*1200*t); %正弦干扰信号,即噪声信号的函数X=x(:,1)+noise; %噪音与原始信号叠加sound(X,fs,bits); %对加载的语音信号进行回放pause; W0=2*pi*fn/fs;%干扰信号的数字频率Omegabeta=cos(W0);alpha=min(roots(1-2/cos(0.06) 1); %求解alpha,并取值较小的使得系统稳定a=1,-beta*(1+alpha),alpha;b=1 -2*beta 1*(1+alpha)/2;H=freqs(b,a) ;%求解系统函数y=filter(b,a,X);sound(y,fs,bits);subplot(3,1,1);plot(y);title(原始信号频谱函数)grid on;subplot(3,1,2);plot(X);title(加载正弦干扰信号后的频谱函数)grid on;subplot(3,1,3);plot(abs(H);title(filter)grid on;(2)fs=220;%采样频率N=1000;%采样点数t=0:N-1/fs;%时间x=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*30);figure(1)subplot(211)plot(t,x);title(原始信号的时域波形图);axis(0 1 -3 3);grid on;xlabel(时间/s);subplot(212)Y=fft(x,N);F=0:N-1*fs/N;plot(F,abs(Y);%原始信号的频谱title(原始信号的频谱);grid on;xlabel(频率/Hz)Wp = 14 16/(fs/2);%带通滤波器的通带截止频率Ws = 12 18/(fs/2);%带通滤波器的阻带截止频率Ap = 3;%带通滤波器的通带最大衰减As = 50;%带通滤波器的阻带最小衰减N1 Wn = buttord(Wp,Ws,Ap,As);%产生滤波器阶数和截止频率B,A = butter(N1,Wn);%产生系统函数系数h,w=freqz(B,A);%滤波器的频率响应figure(2);subplot(211);plot(w*fs/(2*pi),20*log(h);grid on;title(IIR滤波器幅频特性);xlabel(频率/Hz);subplot(212);plot(w*fs/(2*pi),angle(h);grid on;title(IIR滤波器相频特性);xlabel(频率/Hz);y = filter(B,A,x);%原始信号经滤波器后的信号figure(3);subplot(211);plot(t,y);%经滤波后的信号的时域波形图title(IIR滤波后信号的频谱);grid on;axis(0 5 -1.5 1.5);xlabel(时间/s);Y1=fft(y,N);subplot(212);plot(F,abs(Y1);%经滤波后的信号的频谱title(IIR滤波后信号的频谱);xlabel(频率/Hz);grid on; Wc=14 16/(fs/2);%FIR截止频率b=fir1(127,Wc);%采用默认哈明窗，经计算127阶，产生滤波器系数 figure(4)h1,w1=freqz(B,A)%滤波器的频率响应y2=filter(b,1,x);Y2=fft(y2,N);%滤波信号的FFTfigure(4)subplot(211)plot(w1*fs/(2*pi),20*log(abs(h1)title(FIR滤波器幅频特性)xlabel(频率/Hz);axis(-5 115 -1200 250)grid on;subplot(212)plot(w1*fs/(2*pi),angle(h1)title(FIR滤波器相频特性)xlabel(频率/Hz)grid on;figure(5)subplot(211)plot(t,y2);grid on;title(FIR滤波后信号的时域波形图)axis(0 5 -1.5 1.5);subplot(212)plot(F,abs(Y2)title(FIR滤波后信号的频谱图)grid on;四、调试分析过程描述：对程序调试过程中存在问题的思考 实验（1）中在比较滤波前后kugou.wav文件放音效果时，发现两次放音几乎同时进行。这是由于运行 程序时，matlab软件是直接完成程序内容，需要人工控制程序的进行才能解决问题。经检查后知道用 pause语句可以方便地实现两次放音隔开。 实验（1）中在加载噪声信号时，多次出现噪声加载不成功。通过和同学的讨论得知需要把原来错误 的语句z=x+c1改成z=x(:,1)+c1。并且要保证噪声noise的长度与原信号的长度一致，才能完成加载。 实验（2）中应注意正确地选择采样频率以及采样点数。采样频率和采样点数选择不合适，会使得出 的图像无法更加形象地表现信号和系统的频谱特性 实验（2）中FIR滤波器的设计在加窗过程中可以选择其他的如kaiser窗。五、总结：包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容。提交课程设计报告。设计报告内容包括设计任务，设计要求，详细程序清单，运行结果或性能指标分析等内容。设计报告及书写内容要求：课程设计任务完成后，每位同学必须独立书写一份课程设计报告。课程设计报