数字信号处理课程设计报告书.doc

2010 年 1 月 7 日目录广东工业大学课程设计任务书3一、设计题目5二、设计目的5三、设计内容521语音信号的采集522语音信号的频谱分析623设计数字滤波器和画出其频率响应624用滤波器对信号进行滤波625比较滤波前后语音信号的波形及频谱626回放语音信号627设计系统界面6四、设计结果分析7五、设计心得体会10六、参考文献11一、课程设计的内容录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后，设计一个信号处理系统界面。 二、课程设计的要求与数据1、 学生能够根据设计内容积极主动查找相关资料;2、 滤波器的性能指标可以根据实际情况作调整;3、 对设计结果进行独立思考和分析;4、 设计完成后,要提交相关的文档;1) 课程设计报告书(纸质和电子版各一份,具体格式参照学校课程设计管理规定),报告内容要涵盖设计过程、频谱图的分析.2) 可运行的源程序代码(电子版)5、 在基本要求的基础上,学生可以根据个人对该课程设计的理解,添加一些新的内容;6、 详细设计要求参照课程设计指导手册.三、课程设计应完成的工作1、 语音信号的采集;2、 语音信号的频谱分析;3、 数字滤波器的设计;4、 对语音信号进行滤波处理;5、 对滤波前后的语音信号频谱进行对比分析;四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1熟悉Matlab程序设计方法,了解数字信号处理工具箱使用工学一号楼404十七周周一2分析题目,设计程序框图,编写程序代码工学一号楼404十七周周二、三3上机调试程序,修改并完善设计,并完成设计报告工学一号楼404十七周周四、五五、应收集的资料及主要参考文献1， 数字滤波器设计方法；2， 数字信号处理及MATLAB实现余成波杨如民等编著清华大学出版社出版3， 数字信号处理教程程佩青清华大学出版社出版发出任务书日期： 2010年 12 月 31 日 指导教师签名：李学易 计划完成日期： 2011年 1 月 7 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：一、设计题目 应用Matlab对语音信号进行频谱分析及滤波二、设计目的数字信号处理是一门以算法为核心，理论和实践性较强的学科。是电子信息工程、通信工程专业、电子信息科学与技术专业的一门重要的专业技术基础课。数字信号处理课程是在学习完数字信号处理的相关理论后，进行的综合性训练课程，其目的是：1、 使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；2、 增强学生应用Matlab语言编写数字信号处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力；三、设计内容为了巩固所学的数字信号处理理论知识，使学生对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解，安排了以下的课程设计的内容：录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后，设计一个信号处理系统界面。下面对各步骤加以具体说明。21语音信号的采集要求学生利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1 s内。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，学生很快理解了采样频率、采样位数等概念。22语音信号的频谱分析要求学生首先画出语音信号的时域波形；然后对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，从而加深学生对频谱特性的理解。23设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标fb1 000 Hz，fc1 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。(2)高通滤波器性能指标fc4 800 Hz，fb5 000 Hz As100 dB，Ap1 dB。(3)带通滤波器性能指标fb11 200 Hz，fb23 000 Hz，fc11 000 Hz，fc23 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。要求学生用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。在Matlab中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，可以利用函数butte，cheby1和ellip设计IIR滤波器；利用Matlab中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。24用滤波器对信号进行滤波要求学生用自己设计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。25比较滤波前后语音信号的波形及频谱要求学生在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。26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。27设计系统界面为了使编制的程序操作方便，要求有能力的学生，设计处理系统的用户界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。四、设计结果分析 原始操作界面：1、 IIR的低通滤波器：性能指标fb1 000 Hz，fc1 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB分析：信号通过IIR的低通滤波器后，只剩下低频的信号但由于人的声音并不集中在高频上，因此信号失真程度不高。2、 IIR高通滤波器：高通滤波器性能指标fc4 800 Hz，fb5 000 Hz As100 dB，Ap1 dB。分析：信号通过IIR高通滤波器后只剩下高频部分，而此时的信号产生了明显的失真，证明声音信号的主要部分在低频段上。3、 IIR带通滤波器带通滤波器性能指标fb11 200 Hz，fb23 000 Hz，fc11 000 Hz，fc23 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。分析：信号经过带通滤波器后剩下过渡带部分，此时相对高通来说失真较小，但比低通时失真大。4、 FIR低通滤波器低通滤波器性能指标fb1 000 Hz，fc1 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB分析：信号通过FIR的低通滤波器后只剩下低频部分并且此时信号失真不大。由于信号的主要部分在低频段。5、 FIR高通滤波器：高通滤波器性能指标fc4 800 Hz，fb5 000 Hz As100 dB，Ap1 dB分析：信号通过FIR高通滤波器后剩下高频部分，情况基本上与IIR高通滤波时相似。6、 FIR带通滤波器：fb11 200 Hz，fb23 000 Hz，fc11 000 Hz，fc23 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。分析：信号经过带通滤波器后剩下过渡带部分，失真情况介于低通和高通之间。 五、设计心得体会 通过本次试验，使自己对于数字信号处理方面尤其是滤波器的工作原理和应用方面有了更深一步的了解，同时也让自己对MATLAB应用程序有了更加熟练的操作。在MATLAB编程中的函数应用数量较多，因此在整个设计过程中通过多次的函数调试才得到良好的效果。并且对于GUI的设计方面也是尝试了多次才使界面基本成型。而这些都是自己通过查书上网逐步了解的，学以致用，将得到的知识快速的应用于现实问题中，这是在整个课程设计中最深刻的体会。 由于书本知识初期并不牢固，所以导致整个设计的整体思路并不清晰，使得效率总是高不了，但逐渐通过上网查询以及同学帮助，了解到滤波器设计的基本基础思想，才使得自己的设计可以初具规模。 由于时间和自身能力所限，这次的课程设计的作品仍旧有