数字信号处理大作业

1、数字信号处理大作业-数字信号处理大作业姓名： 学号：学院：机械工程学院2017年1月17号 24 / 24目录1.音频信号解压32.信号加窗43.带通滤波器设计104.频谱分析185.频率估算和偏差计算24在本报告中，针对一段给定的音频信号，进行数字信号处理，分析它的频谱情况。具体的操作流程如下：一、对给定的音频信号进行解压，转化成时域数字信号；二、将整段时域数字信号中的12个脉冲串进行分段，并对各个脉冲串进行加窗处理，这里选择Hanning窗，将每个脉冲串从噪声中分离出来；三、设计带通滤波器，通带频率3-8kHz，选择两边的过渡带宽为0.9kHz，通带衰减不大于1dB，阻带衰减不小于20dB

2、；四、对加入带通滤波器以后的信号，进行傅里叶变换，得到每个脉冲串的频谱；五、依据每个脉冲串的频谱，通过求均值的方法，估计信号的频率，并分析各个脉冲串的频率与最终所估计的信号频率的偏离程度。 现对上面的操作流程进行具体的分析和说明。1.音频信号解压通过MATLAB程序对音频信号进行解压，得到音频的采样时间为5.46s，采样频率为48kHz，时域图如图1-1所示。横坐标为时间，单位为s；纵坐标为幅值，单位为V。图1-1 音频信号的时域图解压的程序为：clc;clear;close alla,fs=wavread(C:UsersadministratorDesktop研一大作业good5.wav);

3、N=262080;t1=N/fs;t=(0:t1/(N-1):t1);figure(1)plot(t,a); title(Time domain figure) xlabel(Time(s);ylabel(Amplitude);2.信号加窗 在本节中对时域信号中包含的12个脉冲串进行分段，再进行加窗处理，得到各个脉冲段原始时域信号，以及加窗过滤掉噪声后的时域信号，这里选择Hanning窗。如图2-1到图2-12所示。横坐标为时间，单位为s；纵坐标为幅值，单位为V。图2-1 脉冲1加窗前后的时域图图2-2 脉冲2加窗前后的时域图图2-3 脉冲3加窗前后的时域图图2-4 脉冲4加窗前后的时域图图2

4、-5 脉冲5加窗前后的时域图图2-6 脉冲6加窗前后的时域图图2-7 脉冲7加窗前后的时域图图2-8 脉冲8加窗前后的时域图图2-9 脉冲9加窗前后的时域图图2-10 脉冲10加窗前后的时域图图2-11 脉冲11加窗前后的时域图图2-12 脉冲12加窗前后的时域图分段和加窗程序如下：a1=a(4.94*fs):(5.38*fs),:);Ns=0.44*fs+1;ts=(0:1/fs:0.44);figure(2);subplot(3,1,1);plot(ts,a1);title(12th pluse time domain figure) xlabel(Time(s);ylabel(Ampli

5、tude);r=hanning(Ns);figure(2);subplot(3,1,2);plot(ts,r);title(hanning window time domain figure) xlabel(Time(s);ylabel(Amplitude);b=a1.*r;figure(2);subplot(3,1,3);plot(ts,b);title(12th pluse time domain figure(with hanning window) xlabel(Time(s);ylabel(Amplitude);gridhold on3.带通滤波器设计在本节中，设计通带频率3-8kH

6、z，通带衰减不大于1dB，阻带衰减不小于20dB的带通滤波器。具体设计流程如下：1）选择两边的过渡带宽为0.9kHz，滤波器的序列点数为128；2）利用MATLAB程序中buttord的命令计算巴特沃斯模拟带通滤波器的阶数和截止频率；3）利用MATLAB程序中butter的命令计算滤波器传递函数多项式系数；4）利用命令impinvar，即冲激响应不变法实现模拟滤波器和数字滤波器之间的变换；5）利用设计好的数字滤波器对信号进行滤波。带通滤波器设计的程序如下：wp=3000 8000*2*pi;ws=2100 8900*2*pi;rp=1;rs=20;Nn=128; %滤波器的序列点数n,wn=b

7、uttord(wp,ws,rp,rs,s);%计算模拟滤波器的阶数和截止频率B,A=butter(n,wn,s);%计算滤波器传递函数多项式系数BZ,AZ=impinvar(B,A,fs);%模拟滤波器和数字滤波器的转换figure(4);freqz(BZ,AZ,Nn,fs) y = filtfilt(BZ,AZ,b);figure(3);subplot(2,1,1);plot(ts,b);title(12th pluse time domain figure) xlabel(Time(s);ylabel(Amplitude);figure(3);subplot(2,1,2);plot(ts,

8、y); title(12th pluse time domain figure(with bandpass filter) xlabel(Time(s);ylabel(Amplitude);设计的带通滤波器的图形如下：图3-1 带通滤波器的频率特性通过对每个脉冲串加入带通滤波器，得到如下的时域结果。见图3-2到图3-13所示，横坐标为时间，单位为s；纵坐标为幅值，单位为V。图3-2 脉冲1加入带通滤波器前后的时域图图3-3 脉冲2加入带通滤波器前后的时域图图3-4 脉冲3加入带通滤波器前后的时域图图3-5 脉冲4加入带通滤波器前后的时域图图3-6 脉冲5加入带通滤波器前后的时域图图3-7 脉冲

9、6加入带通滤波器前后的时域图图3-8 脉冲7加入带通滤波器前后的时域图图3-9 脉冲8加入带通滤波器前后的时域图图3-10 脉冲9加入带通滤波器前后的时域图图3-11 脉冲10加入带通滤波器前后的时域图图3-12 脉冲11加入带通滤波器前后的时域图图3-13 脉冲12加入带通滤波器前后的时域图4.频谱分析 通过MATLAB编写傅里叶变换的程序，对每一个脉冲串进行傅里叶变换，得到它们的频谱图，并由各个脉冲串的频谱图，得到各个脉冲串的中心频率。具体如图4-1到图4-12所示。横坐标为频率，单位为Hz；纵坐标为幅值，单位为V。图4-1 脉冲1加入带通滤波器前后的频谱图图4-2 脉冲2加入带通滤波器前

10、后的频谱图图4-3 脉冲3加入带通滤波器前后的频谱图图4-4 脉冲4加入带通滤波器前后的频谱图图4-5 脉冲5加入带通滤波器前后的频谱图图4-6 脉冲6加入带通滤波器前后的频谱图图4-7 脉冲7加入带通滤波器前后的频谱图图4-8 脉冲8加入带通滤波器前后的频谱图图4-9 脉冲9加入带通滤波器前后的频谱图图4-10 脉冲10加入带通滤波器前后的频谱图图4-11 脉冲11加入带通滤波器前后的频谱图图4-12 脉冲12加入带通滤波器前后的频谱图 通过观察图4-1到图4-12可知，整段信号中12个脉冲串的中心频率。定义脉冲1到脉冲12的中心频率为f1、 f2、 f3、f4、 f5、 f6、f7、 f8、 f9、f10、 f11和f12，则f1=5665 Hz，f2=7047 Hz， f3=5660 Hz，f4=6983 Hz， f5=7882 Hz， f6=6989 Hz，f7=7884 Hz， f8=7022 Hz， f9=6987 Hz，f10=5716 Hz ，f11=7021 Hz和f12=6822 Hz。5.频率估算和偏差计算在第4节中，已经得到了整段信号中12个脉冲串的中心频率，现通过求