数字信号处理课程设计

1、数字信号处理课程设计简介第一篇：数字信号处理课程设计目 录 摘要. 1 1 绪论 . 2 1.1 dsp系统特点和设计基本原则 . 2 1.2 国内外研究动态 . 2 2系统设计. 3 3硬件设计. 5 3.1 硬件结构 . 5 3.2 硬件电路设计 . 7 3.2.1 总输入电路 . 7 3.2.2 总输出电路 . 7 3.2.3 语音输入电路 . 9 3.2.4 语音输出电路 . 9 4 实验结果及分析 . 10 4.1 实验结果 . 10 4.2 实验分析 . 12 5 总结与心得体会 . 13 参考文献. 14 致谢 . 15 摘要 基于dsp的语音信号处理系统，该系统采用tms320

2、vc5509作为主处理器，tlv320aic23b作为音频芯片，在此基础上完成系统硬件平台的搭建和软件设计，从而实现对语音信号的采集、滤波和回放功能，它可作为语音信号处理的通用平台。 语音是人类相互之间进行交流时使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。在高度信息化的今天，语音信号处理是信息高速公路、多媒体技术、办公自动化、现代通信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一。通常这些信号处理的过程要满足实时且快速高效的要求，随着dsp技术的发展，以dsp为内核的设备越来越多，为语音信号的处理提供了良好的平台。本文设计了一个基于tms320vc5509定点的语音信号处理系统，实现对语音信号的采集

3、、处理与回放等功能，为今后复杂的语音信号处理算法的研究和实时实现提供一个通用平台。 关键词：语音处理；dsp；tms320vc5509;tlv320aic23b 1 1 绪论 语音是人类相互间所进行的通信的最自然和最简洁方便的形式，语音通信是一种理想的人机通信方式。语音通信的研究涉及到人工智能、数字信号处理、微型计算机技术、语言声学、语言学等许多领域，所以说语音的通信是一个多学科的综合研究领域，其研究成果具有重要的学术价值。另外通过语音来传递信息是人类最重要的、最有效、最常用的交换信息的形式。语言是人类特有的功能，声音是人类常用的工具，是相互传递信息的主要手段。同时也是众构成思想交流和感情沟通

4、的最主要的途径。 1.1 dsp系统特点和设计基本原则 dsp（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。 1.2 国内外研究动态 语音信号处理作为一个重要的研究领域，已经有很长的研究历史。但是它的快速发展

5、可以说是从1940年前后dudley的声码器和potter等人的可见语音开始的；20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理念和技术基础；到了80年代，由于矢量量化、隐马尔可夫模型和人工神经网络等相继被应用于语音信号处理，并经过不断改进与完善，使得语音信号处理技术产生了突破性的进展。一方面，对声学语音学统计模型的研究逐渐深入，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔可夫模型与人工神经网络的结合成为研究的热点。另一方面，为了语音识别实用化的需要，讲者自适应、听觉模型、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题倍受关注。 在通信越来越发达的当今世界，尤其最近几十年，语音压缩编码技术在

6、移动 2 通信、ip电话通信、保密通信、卫星通信以及语音存储等很多方面得到了广泛的应用。因此，语音编码一直是通信和信号处理的研究热点，并其取得了惊人的进展，目前在pc机上的语音编码已经趋于成熟，而如何在嵌入式系统中实时实现语音压缩编码则是近些年来语音信号处理领域的研究热点之一。 2系统设计 在实际生活中，当声源遇到物体时会发生反射，反射的声波和声源声波一起传输，听者会发现反射声波部分比声源声波慢一些，类似人们面对山体高声呼喊后可以在过一会儿听到回声的现象。声音遇到较远物体产生的反射会比遇到较近的反射波晚些到达声源位置，所以回声和原声的延迟随反射物体的距离大小改变。同时，反射声音的物体对声波的反

7、射能力，决定了听到的回声的强弱和质量。另外，生活中的回声的成分比较复杂，有反射、漫反射、折射，还有回声的多次反射、折射效果。 当已知一个数字音源后，可以利用计算机的处理能力，用数字的方式通过计算模拟回声效应。简单的讲，可以在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流，实现回声效果。当然通过复杂运算，可以计算各种效应的混响效果。如此产生的回声，我们称之为数字回声。 本次实验的程序流程图如下：图2.1 程序流程图 3 本次实验的系统框图如下： 图2.2 系统框图 4 3硬件设计 3.1 硬件结构 图3.1是系统的硬件结构框图, 系统主要包括vc5509和a ic23 两个模块。 图3.1系统硬件结构框图

8、利用vc5509 的片上外设i2c( inter - integrated circuit, 内部集成电路)模块配置aic23 的内部寄存器; 通过vc5509 的mcbsp (multi channel buffered serial ports, 多通道缓存串口)接收和发送采样的音频数据。控制通道只在配置aic23 的内部寄存器时工作, 而当传输音频数据时则处于闲置状态。 aic23通过麦克风输入或者立体声音频输入采集模拟信号, 并把模拟信号转化为数字信号, 存储到dsp的内部ram中,以便dsp处理。 当dsp完成对音频数据的处理以后, aic23再把数字信号转化为模拟信号, 这样就能够

9、在立体声输出端或者耳机输出端听到声音。 5 aic23能够实现与vc5509 dsp的mcbsp端口的无缝连接, 使系统设计更加简单。接口的原理框图, 如下图所示。 图3.2 aic23与vc5509接口原理图 系统中a ic23的主时钟12 mhz直接由外部的晶振提供。mode接数字地, 表示利用i2 c控制接口对aic23传输控制数据。cs接数字地, 定义了i2 c总线上aic23的外设地址, 通过将cs接到高电平或低电平, 可以选择a ic23作为从设备在i2 c总线上的地址。sclk和sdin是aic23控制端口的移位时钟和数据输入端,分别与vc5509的i2c模块端口scl和sda相

10、连。 收发时钟信号clkx1和clkr1由a ic23的串行数据输入时钟bclk提供, 并由a ic23的帧同步信号lrcin、lrcout启动串口数据传输。dx1和dr1分别与a ic23 的d in 和dout 相连, 从而完成vc5509与aic23间的数字信号通信。 6 3.2 硬件电路设计 3.2.1 总输入电路 图3.3 总输入电路 从左到右各部分电路为： 话筒，开关，语音输入电路，ua741高增益放大电路，有源二阶带 通滤波器。 3.2.2 总输出电路 图3.4 总输出电路 从左到右各部分电路为： lm386高频功率放大器及其外围器件连接电路，语音输出电路，开关，扬声器。 8 3

11、.2.3 语音输入电路图3.5语音输入电路 3.2.4 语音输出电路 图3.6 语音输出电路 语音信号通道包括模拟输入和模拟输出两个部分。模拟信号的输入输出电路如图所示。上图中micbias 为提供的麦克风偏压，通常是3/4 avdd，micin为麦克风输入，可以根据需要调整输入增益。下图中llineout 为左声道输出，rlineout为右声道输出。用户可以根据电阻阻值调节增益的大小，使语音输入输出达到最佳效果。从而实现良好的模拟语音信号输入与模拟信号的输出。 9 4 实验结果及分析 4.1 实验结果 按“f5”键运行，注意观察窗口中的becho=0，表示数字回声功能没有激活。这时从耳机中能

12、听到麦克风中的输入语音放送。将观察窗口中becho的取值改成非0值。这时可从耳机中听到带数字回声道语音放送。 分别调整udelay和ueffect的取值，使他们保持在0-1023范围内，同时听听耳机中的输出有何变化。 当udelay和ueffect的数值增大时，数字回声的效果就会越加的明显。 图4.1 修改前程序图 图4.2 修改前程序图 图4.3 频谱分析 图4.4 左声道及右声道波形 11 4.2 实验分析 所以，从本实验可知当已知一个数字音源后，可以利用计算机的处理能力，用数字的方式通过计算模拟回声效应。简单的讲，可以在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流，实现回声效果。当然通过复杂运算，

13、可以计算各种效应的混响效果。 声音放送可以加入数字回声，数字回声的强弱和与原声的延迟均可在程序中设定和调整。 12 5 总结与心得体会 通过本次课程设计，我明白了细节决定成败这句话的道理，在实验中，有很多注意的地方，都被忽视了，导致再花费更多的时间去修改，这严重影响了试验的进度。同时，在本次实验中我了解了icetek vc5509 a板上语音codec芯片tlv320aic23的设计和程序控制原理，并进一步掌握了数字回声产生原理、编程及其参数选择、控制，以及了解了vc5509dsp扩展存储器的编程使用方法。 这一学期的理论知识学习加上这次课程设计，使我对dsp有了更加深刻的了解，对数字信号的处

14、理功能，软硬件相结合，语音信号的采集与放送等等方面都有了很深的了解，相信本次课程设计，无论是对我以后的学习，还是工作等方面都有一个很大的帮助。因此，本次课程设计让我受益匪浅。 参考文献 1李利.dsp原理及应用m.北京:中国水利水电出版社,2004. 2王安民,陈明欣,朱明.tms320c54xxdsp实用技术m.北京:清华大学出版社,2007 3彭启琮,李玉柏.dsp技术m.成都:电子科技大学出版社,1997 4李宏伟,等.基于帧间重叠谱减法的语音增强方法j.解放军理工大学学报,2001(1):4144 5texasinstrumentsincorporated.tms320c54x系列ds

15、p的cpu与外设m.梁晓雯,裴小平,李玉虎,译.北京:清华大学出版社,2006 6赵力.语音信号处理m.北京:机械工业出版社,2003比较图4和图5,可以看到1200hz以上的频谱明显得到了抑制。 7江涛,朱光喜.基于tms320vc5402的音频信号采集与系统处理j.电子技术用,2002,28(7):70728texasinstrumentsincorporated:tms320vc5402datasheet,2001 致谢 在本次课程设计的即将完成之际，笔者的心情无法平静，本文的完成既是笔者孜孜不倦努力的结果，更是指导老师樊洪斌老师亲切关怀和悉心指导的结果。在整个课程设计的选题、研究和撰写

16、过程中，老师都给了我精心的指导、热忱的鼓励和支持，他的精心点拨为我开拓了研究视野，修正了写作思路，对课程设计的完善和质量的提高起到了关键性的作用。另外，导师严谨求实的治学态度、一丝不苟的工作作风和高尚的人格魅力，都给了学生很大感触，使学生终生受益。在此，学生谨向老师致以最真挚的感激和最崇高的敬佩之情。 另外，还要感谢这段时间来陪我一起努力同学，感谢我们这个小团队，感谢每一个在学习和生活中所有给予我关心、支持和帮助的老师和同学们，几年来我们一起学习、一起玩耍，共同度过了太多的美好时光。我们始终是一个团结、友爱、积极向上的集体。 第二篇：数字信号处理课程设计.课程设计报告 课程名称： 数字信号处理

17、 课题名称： 语音信号的处理与滤波姓 名： 学 号： 院 系： 专业班级： 指导教师： 完成日期： 2013年7月2日 目录 第1部分 课程设计报告3 一设计目的3 二设计内容3 三设计原理3 四具体实现5 1. 录制一段声音5 2. 巴特沃斯滤波器的设计8 3. 将声音信号送入滤波器滤波13 4. 语音信号的回放19 5. 男女语音信号的频谱分析19 6. 噪声的叠加和滤除22 五 结果分析27 第2部分 课程设计总结28 一 参考文献28 第1部分 课程设计报告 一设计目的 综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用matlab作为工具进行实现，从

18、而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。 二设计内容 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法设计滤波器，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；换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，分析两段内容相同的语音信号频谱之间有什么特点；再录制一段同样长时间的背景噪声叠加到你的语音信号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适

19、的滤波器，能够把该噪声滤除； 三设计原理 1.在matlab软件平台下，利用函数wavrecord()，wavwrite(),wavread(),wavplay()对语音信号进行录制，存储，读取，回放。 2.用y=fft(x)对采集的信号做快速傅立叶变换，并用h1,w=freqz(h)进行dtft变换。 3.掌握fir df线性相位的概念，即线性相位对h(n)、h(w)及零点的约束，了解四种fir df的频响特点。 4.在matlab中，fir滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波。 5.抽样定理 连续信号经理想抽样后时域、频域发生的变化（理想抽样信号与连续信号频谱之间的关系） 理想抽样信

20、号能否代表原始信号、如何不失真地还原信号即由离散信号恢复连续信号的条件（抽样定理）理想采样过程描述： 时域描述： a(t)=xa(t)dt(t)=åxa(t)d(t-nt)=åxa(nt)d(t-nt)xn=-¥n=-¥¥¥dt(t)=频域描述：利用傅氏变换的性质，时域相乘频域卷积，若n=-¥åd(t-nt)¥a(t)xa(jw)«xxa(jw)«xa(t)dt(jw)«dt(t) 则有 (jw)=1x(jw)*d(jw) xaat2p1¥2p1¥xa(j

21、w)=åxa(jw-jk)=åxa(jw-jkws)tk=-¥ttk=-¥(jw)与x(jw)的关系：理想抽样信号的频谱是连续信号频谱的xaa 周期延拓,重复周期为ws(采样角频率)。如果： ìx(jw)ïxa(jw)=íaïî0w<ws/2w³ws/2即连续信号是带限的，且信号最高频率不超过抽样频率的二分之一，则可不失真恢复。 奈奎斯特采样定理：要使实信号采样后能够不失真还原，采样频率必须大于信号最高频率的两倍：ws³2wh 或 fs³2fh 四具体实现 1.录制一段

22、声音 1.1录制并分析 在matlab中用wavrecord、wavread、wavplay、wavwrite对声音进行录制、读取、回放、存储。 程序如下： fs=8000; %抽样频率 time=3; %录音时间 fprintf('按enter键录音%ds',time); %文字提示 pause; %暂停命令 fprintf('录音中.'); x=wavrecord(time*fs,fs,'double'); %录制语音信号 fprintf('录音结束'); %文字提示 fprintf('按enter键回放录音'

23、); pause; %暂停命令 wavplay(x,fs); %按任意键播放语音信号 wavwrite(x,fs,'第三篇：数字信号处理(dsp)课程设计报告中南大学 数字信号处理课程设计报告 专业班级: 通信工程1201 指导老师：李宏姓名: 学号: 完成日期：2014年10月18日 前 言 现代信号处理是将信号表示并处理的理论和技术,而数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。在本次课程设计中主要以数字信号处理来解决问题。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波，因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的

24、输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。 数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（dsp）和专用集成电路（asic）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(dft)，是dft使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换(fft)，fft的出现大大减少了dft的运算量，使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。 matlab是矩阵实验室（mat

25、rix laboratory）的简称，和mathematica、maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户接口、连接其它编程语言的程序等。 一、课程设计目的： 1全面复习课程所学理论知识，巩固所学知识重点和难点，将理论与实践很好地结合起来。 2. 掌握信号分析与处理的基本方法与实现 3提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力； 4熟练使用一种高级语言进行编程实现。 二、课程设计题目： （一）： 1） 生成信号发生器：能产生频率（或基频）为10hz的周期性正弦波、三角波和方波信号。绘出它们的时

26、域波形 2） 为避免频谱混叠，试确定各信号的采样频率。说明选择理由。 3）对周期信号进行离散傅立叶变换，为了克服频谱泄露现象，试确定截取数据的长度，即信号长度。分析说明选择理由。 4）绘出各信号频域的幅频特性和相频特性 5）以正弦周期信号为例，观察讨论基本概念（频谱混叠、频谱泄漏、整周期截取等）。 （二）： 已知三个信号aip(n)，经调制产生信号s(n)=åaip(n)cos(ipn/4)，其中ai为i=1常数，p(n)为具有窄带特性的hanning信号。将此已调信号通过信道传输，描述该信道的差分方程为 y( n)-1.1172y(n-1)+0.9841y(n-2)-0.4022y

27、(n-3)+0.2247y(n-4)=0.2247x(n)-0.4022x(n-1)+0.9841x(n-2)-1.1172x(n-3)+x(n-4) 得到接收信号y(n)=s(n)*h(n) 1）分析hanning信号p(n)的时域与频域特性 2）分析已调信号s(n)的时域与频域特性 3）分析系统的单位脉冲响应h(n) 4）分析接收信号y(n)的频谱 5）设计带通滤波器从接收信号y(n)中还原出三个已调信号。 3（三）：图像信号相关处理 1）读入一幅彩色图像 2）将彩色图像进行三原色分解，分解出r、g、b分量，并用图像显示出来 3）将彩色图像灰度化，转换为灰度图像并显示 4）对灰度图像用几种

28、典型的边缘检测算子进行边缘检测，显示检测出的边缘。 三、调试及结果分析（截图）： （一）： 1） 频率为10hz的周期性正弦波： 频率为10hz的周期性三角波： 频率为10hz的周期性方波： 2）采样频率不能过低，必须fs>=2fm，即采样频率必须大于或等于最高截止频率的二倍（对采样频率的要求，即采样频率要足够大，采样的值要足够多，才能不失真的恢复原信号）。题目中信号频率为10hz，则采样频率应该大于或等于20hz，这样的话采样离散信号才能够无失真的恢复到原来的连续信号。 3）截取数据长度（即信号长度）n=t*fs=2 4） 频率为10hz的周期性正弦波的幅频特性和相频特性： 频率为10hz的周期性三角波的幅频特性和相频特性： 频率为10hz的周期性方波的幅频特性和相频特性： 5） 频谱混叠：一个信号的最高频率比如是fmax,那它的频谱就是在-fmaxfmax之间有值。对这个信号进行时域采样(就是取离散的点)，设采样率为fs。有一个定