第13章_数字信号处理应用举例PPT课件

第13章数字信号处理应用举例,.,2,数字信号处理应用举例,数字信号处理技术在通信系统、生物医学、遥感系统、地质勘探、机械振动、交通运输、宇宙航行、自动测量等方面都有广泛的应用本章介绍数字信号处理的两种典型应用举例数字信号处理在双音频多拨号系统中的应用数字信号处理在音乐信号处理中的应用,.,3,数字信号处理应用举例1,13.1数字信号处理在双音频多拨号系统中应用电话系统中的双音多频信号双音多频信号的产生与检测戈泽尔算法检测DTMF信号的DFT参数选择DTMF信号系统的模拟实验,.,4,13.1.1电话系统中的双音多频信号,双音多频（DualToneMultiFrequency,DTMF)信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT4,5,6,66;7,8,9,67;42,0,35,68;%DTMF信号代表的16个数N=205;K=18,20,22,24,31,34,38,42;%8个基频对应的8个k值f1=697,770,852,941;%行频率向量f2=1209,1336,1477,1633;%列频率向量TN=input(输入6位电话号码=1);%输入6位数字TNr=0;%接收端电话号码初值为零form=1:6%分别对每位号码数字处理:产生信号,发声,检测d=fix(TN/10(6-m);%计算出第m位号码数字TN=TN-d*10(6-m);forp=1:4;forq=1:4;iftm(p,q)=abs(d);break,end%检测与第m位号码相符的列号qendend,.,24,13.1.5DTMF信号系统的模拟实验,n=0:1023;%为了发声,加长序列x=sin(2*pi*n*fl(p)/8000)+sin(2*pi*n*f2(q)/8000);%构成双音频信号sound(x,8000);%发出声音pause(0.1);%相邻号码响声之间加0.1s停顿%接收检测端的程序X=goertzel(x(1:N),K+1);%用Goertzel算法计算8点DFT样本val=abs(X);%列出8点DFT的模subplot(3,2,1);stem(K,val,.);xlabel(k);ylabel(|X(k)|)%画出8点DFT的幅度axis(10500120);1imit=80;%基频检测门限为80fors=5:8;ifval(s)1imit,break,end%查找列号endfori=1:4;ifval(s)1imit,break,end%查找行号end,.,25,13.1.5DTMF信号系统的模拟实验,TNr=TNr+tm(r,s-4)*10(6-m);%将6位电话号码表示成一个6位数,以便显示enddisp(接收端检测到的号码为:)disp(TNr)%显示接收到的6位电话号码运行程序，根据提示输入6位电话号码123456，回车后可以听见6位电话号码对应的DTMF信号的声音，并输出响应的6幅频谱图，如图13.1.2所示,.,26,13.1.5DTMF信号系统的模拟实验,图13.1.26位电话号码123456的DTMF信号在8个近似基频点的DFT幅度,.,27,数字信号处理应用举例2,13.2数字信号处理在音乐信号处理中的应用时域处理频域处理一阶滤波器和斜坡滤波器二阶滤波器和均衡器图形均衡器,.,28,13.2.1时域处理,在音乐厅中，听众接收的声音信号有三种直达声：直接传播到听众的声音信号早期反射：接下来收到的一些比较近的回音早期反射通过房间各方向进行反射，到达听众的时间是不定的混响：早期反射以后，由于多次反复反射，越来越多的密集反射波传给听众，这部分反射群被称为混响混响的振幅随时间呈指数衰减,.,29,13.2.1时域处理,上面的概念可以用图13.2.1描述,图13.2.1房间内一个单声源产生的各种混响,.,30,13.2.1时域处理,早期反射基本上是直达声的延时和衰减，时间波形和直达声一样混响由密集的回声组成，可以用数字滤波器实现这种回声假设直接声音信号用x(n)表示,直接声音的一次反射波形仅是幅度衰减和时间延迟，收到的信号为式中R表示延迟时间，将上式进行Z变换，得到,（13.2.1）,（13.2.2）,.,31,13.2.1时域处理,H(z)是一个FIR滤波器，也是个R阶的梳状滤波器x(n)经过这样一个滤波器便得到了它和它的一次反射音的合成声音，该滤波器称为单回声滤波器单回声滤波器的结构、单位脉冲响应及幅度特性如图13.2.2所示,图13.2.2单回声滤波器,.,32,13.2.1时域处理,多重回声滤波器的系统函数可表示为上式是一个R滤波器设,多重回声滤波器的结构、单位脉冲响应如图13.2.3所示,（13.2.3）,13.2.3多重回声滤波器,.,33,13.2.1时域处理,当产生无穷多个回声时，式(13.2.3)中同时再延时R，此时IIR滤波器的系统函数为设R=4，其结构图、单位脉冲响应和幅度特性如图13.2.4所示,（13.2.4）,13.2.4产生无限个回声的IIR滤波器,.,34,13.2.1时域处理,由图13.2.4(c)可见，该幅度特性不够平稳，且回波也不够密集，会引起回声颤动为得到一种比较接近实际的混响，提出一种有全通结构的混响器，它的系统函数为这种全通混响滤波器的结构及单位脉冲响应如图13.2.5所示其结构的特点是只用一个乘法器和一个延时器将图13.2.4(a)和全通混响器进行组合，可以达到令人满意的一种声音混响器，如图13.2.6,.,35,13.2.1时域处理,图13.2.5全通混响器,图13.2.6一种自然声音混响器的方案,.,36,13.2.1时域处理,如果用一个低通FIR滤波器或者R滤波器G(z)函数替换式(13.2.4)中的,形成系统函数为该滤波器称为齿状滤波器，可以用于人为地产生自然音调,（13.2.5）,.,37,13.2.2频域处理,1.一阶滤波器和斜坡滤波器一阶低通滤波器的系统函数为一阶高通数字滤波器用下式表示它们的3dB截止频率用下式计算,（13.2.6）,（13.2.8）,（13.2.7）,.,38,13.2.2频域处理,式(13.2.6)和式(13.2.7)也可以写成下面两式式中利用式(13.2.9)和(13.2.10)进行组合，形成如图13.2.7所示的滤波器,（13.2.10）,（13.2.11）,（13.2.9）,.,39,13.2.2频域处理,A1(z)是一个一阶全通函数该滤波器有一个输入和两个输出，上端是高通输出，下端是低通输出3dB截止频率可以用全通滤波器的系数进行调整,图13.2.7有一个参数可调的一阶低通/高通滤波器,.,40,13.2.2频域处理,如果将图13.2.7中的两个输出进行组合，形成下面的系统函数式中K是一个常数其结构图如图13.2.8所示增益特性如图13.2.9所示该滤波器称为低频斜坡滤波器,.,41,13.2.2频域处理,图13.2.8低频斜坡滤波器,图13.2.10高频斜坡滤波器,图13.2.9低频斜坡滤波器增益特性,.,42,13.2.2频域处理,高频斜通滤波器系统函数为其结构图如图13.2.10所示增益特性如图13.2.11所示,图13.2.11高频斜通滤波器增益特性,.,43,13.2.2频域处理,高、低频斜坡滤波器都可以通过调整参数K控制通带的强弱K1，通带增强K1，通带减弱K=1，通带保持原幅度高、低频斜坡滤波器都可以通过调整参数a控制带宽,.,44,13.2.2频域处理,2.二阶滤波器和均衡器二阶带通和二阶带阻滤波器的系统函数分别为带通滤波器的中心频率和带阻滤波器的陷波频率用计算它们的3dB带宽用下式计算,（13.2.12）,（13.2.13）,（13.2.15）,.,45,13.2.2频域处理,二阶带通和二阶带阻滤波器的系统函数还可写成,（13.2.16）,（13.2.17）,（13.2.18）,其中,.,46,13.2.2频域处理,和前面方法类似，将上面两式组合成一个系统，其结构图如图13.2.12(a)所示图中上臂是带阻输出，下臂是带通输出全通部分A2(z)用如图13.2.12(b)所示的格型结构实现，特点是可以独立地调谐中心频率及3dB带宽,图13.2.12二阶带通/带阻滤波器,.,47,13.2.2频域处理,和一阶的情况一样，用二阶带通/带阻滤波器上臂和下臂组合成下面的二阶均衡器式中K是一个正常数二阶均衡器的结构图如图13.2.13所示中心频率用参数独立调整3dB带宽由参数单独决定幅度响应的峰值或者谷值由给出通过改变参数K,和得到的增益响应如图13.2.14图13.2.16所示,（13.2.19）,.,48,13.2.2频域处理,图13.2.13二阶均衡器结构,图13.2.14二阶均衡器增益响应,图13.2.16二