数字信号处理答辩

1、数字信号处理课程设计数字信号处理课程设计参与人员参与人员姓名姓名学号学号分工分工聂欢聂欢2010101007资料搜寻资料搜寻王芳王芳2010101004资料搜寻资料搜寻杨小慧杨小慧2010101179资料搜寻资料搜寻秦园丽秦园丽（主讲）（主讲）2010101001ppt演讲演讲程序设计程序设计赵万珍赵万珍2010101014程序设计程序设计刘敬亚刘敬亚2010101026程序设计程序设计刘梦曦刘梦曦2010101012程序设计程序设计任崇皓任崇皓2010102043程序调试程序调试白心灵白心灵2010102047程序调试程序调试一、概述 综合运用数字信号处理课程的理论知识进综合运用数字信号处理

2、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，并进行计算机仿真，从而复习巩出相应结论，并进行计算机仿真，从而复习巩固了课堂所学的理论知识，提高了对所学知识固了课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力。的综合应用能力。二、设计原理n参考参考数字信号处理数字信号处理教材。教材。 1.在在MATLAB软件平台下利用函数软件平台下利用函数wavread对语对语音信号进行采样，得到声音数据变量音信号进行采样，得到声音数据变量x，同时把，同时把x的的采样频率采样频率fs和数据位和数据位n放进放进MATLAB工作空间。工作空间。x,fs

3、,n=wavread(D:matas.wav);语音信号输出指令为：语音信号输出指令为：sound（x，fs）；）；然后对语音信号进行频谱分析：然后对语音信号进行频谱分析：X=fft（x）；）；其中，运用快速傅里叶变换（其中，运用快速傅里叶变换（FFT）对信号进行）对信号进行傅里叶变换，得到频谱特性。傅里叶变换，得到频谱特性。1010()() ()1()() ()NkNnNk nNkXkDF TxnxnWxnI DF TxnXkWN 2.设计数字滤波器和画出其频率响应设计数字滤波器和画出其频率响应用窗函数法和双线性变换法设计以下三种数字滤波器：用窗函数法和双线性变换法设计以下三种数字滤波器：（

4、1）低通滤波器性能指标）低通滤波器性能指标fb=1000Hz，fc1200Hz， As100db，Ap1db。（2）高通滤波器性能指标）高通滤波器性能指标 fs4800Hz，fb5000Hz，As100db，Ap1db。（3）带通滤波器性能指标）带通滤波器性能指标 fb11200Hz，fb23000Hz，fc11000Hz，fc23200Hz，As100db，Ap1db。采用矩形窗设计滤波器。采用矩形窗设计滤波器。矩形窗的定义：一个矩形窗的定义：一个N点的矩形窗函数定义为如下：点的矩形窗函数定义为如下：1 , 00 ,()nNwn其 他矩形窗的主瓣宽度小（矩形窗的主瓣宽度小（4*pi/N），具

5、有较高的频率分辨率，旁瓣），具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值峰值-13dB,过渡带宽为过渡带宽为1.8*pi/N,阻带最小衰减阻带最小衰减-21dB。3比较两种滤波器的性能，然后用性能好的比较两种滤波器的性能，然后用性能好的各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在MATLAB中，中，FIR滤波器利用函数滤波器利用函数fftfilt对信号对信号进行滤波，进行滤波，IIR滤波器利用函数滤波器利用函数filter对信号进对信号进行滤波。画出滤波前后的波形及频谱。行滤波。画出滤波前后的波形及频谱。4. 在在Matlab中中, 函数函数sound 可以对声音进行回放，可以对

6、声音进行回放，其调用格式其调用格式: sound (x, fs, bits)； 可以感觉滤波前后的声音变化。可以感觉滤波前后的声音变化。 sound(x1_low,Fs); sound(x1_high,Fs); sound(x1_daitong,Fs);三、设计内容（具体程序及演示）实验内容实验内容 录制一段个人自己的语音信号，并对录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样，对采样后的语音信录制的信号进行采样，对采样后的语音信号号 进行频谱分析；进行频谱分析； 给定滤波器的性能指标，采用窗函数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，得出滤波器法和双线性变换设计滤波器，

7、得出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，得出滤波后信号的采集的信号进行滤波，得出滤波后信号的时域波时域波 形和频谱，并对滤波前后的信号进形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；行对比，分析信号的变化； 回放语音信号。回放语音信号。 流流 程程在Matlab软件平台下, 利用函数wavread对语音信号一段话进行采样, 并记住采样频率和采样点数。 运用函数y,fs,bits=wavread(d：一段话);可以得到： 采样频率：fs = 44100Hz bits =16 Ts=26s 采样点数 N=Ts*fs N=26*4

8、4100=11.5*1051、语音信号的采集、语音信号的采集 首先画出语音信号的时域波形， 然后对语音信号进行频谱分析。 在Matlab 中, 可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换, 得到信号的频谱特性。程序如下：2、语音信号的频谱分析、语音信号的频谱分析 x1,Fs,bits=wavread(d:一段话一段话.wav); sound(x1,Fs,bits); figure(1); plot(x1); %做原始语音信号的时域图形做原始语音信号的时域图形 title(原始语音信号原始语音信号); xlabel(time n);ylabel(yinliang n); figure(2); y

9、1=fft(x1); %做做length(x1)点的点的FFT y1=fftshift(y1); %平移，是频率中心为平移，是频率中心为0 derta_Fs = Fs/length(x1); %设置频谱的间隔，分辨率设置频谱的间隔，分辨率 plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(y1); %画出原始语音信号的频谱图画出原始语音信号的频谱图 title(原始语音信号的频谱原始语音信号的频谱);grid on;频谱分析频谱分析频谱分析频谱分析设计滤波器对采集的信号进行滤波, 比较滤波前后语音信号的波形及频谱。要求自己确定滤波器的性能指标，用冲激响应不变法、双线

10、性变换法或窗函数法设计3种滤波器：低通、高通和带通滤波器。A.低通滤波器的设计：低通滤波器的设计：性能指标：wc1是滤波器截止频率；wp1是通带边界频率；ws1是阻带边界频率。程序如下：程序如下：3、用滤波器对语音信号进行滤波、用滤波器对语音信号进行滤波 fs=44100; fc1=1100; wc1=2*pi*fc1/fs; %归一化频率归一化频率 wp1=2*pi*1000/fs;ws1=2*pi*1200/fs; N1=ceil(200*2*pi/(ws1-wp1); %滤波器的长度滤波器的长度 Window=boxcar(N1+1); %长度为长度为N1的矩形窗的矩形窗Window b

11、1=fir1(N1,wc1/pi,Window); figure(3); freqz(b1,1,512); title(低通滤波器的频率响应低通滤波器的频率响应); x1_low = filter(b1,1,x1);%对信号进行低通滤波对信号进行低通滤波 figure(4); plot(x1_low);title(信号经过低通滤波器信号经过低通滤波器(时域时域); figure(5); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_low); title(信号经过低通滤波器（频域）信号经过低通滤波器（频域）);低通滤波低通滤波低通

12、滤波低通滤波B高通滤波器的设计：高通滤波器的设计：性能指标：wc2是滤波器截止频率；wp2是通带边界频率；ws2是阻带边界频率。程序如下：程序如下： fs=44100; fc2=4900; wc2=2*pi*fc2/fs; wp2=2*pi*5000/fs;ws2=2*pi*4800/fs; N2=ceil(4*pi/(wp2-ws2); %滤波器的长度滤波器的长度 Window=boxcar(N2+1); b2=fir1(N2,wc2/pi,high); figure(6); freqz(b2,1,512);%数字滤波器频率响应数字滤波器频率响应 title(高通滤波器的频率响应高通滤波器的

13、频率响应); x1_high = filter(b2,1,x1);%对信号进行高通滤波对信号进行高通滤波 figure(7);plot(x1_high);title(信号经过高通滤波器信号经过高通滤波器(时时域域); figure(8);plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_high); title(信号经过高通滤波器（频域）信号经过高通滤波器（频域）);高通滤波高通滤波高通滤波高通滤波C带通滤波器的设计：带通滤波器的设计：性能指标：w1.w2是滤波器带通范围 fs=44100 f1=1100;f2=3100; %带通滤波

14、器的通带范围带通滤波器的通带范围 w1=2*pi*f1/fs; %0.1567=0.0499pi w2=2*pi*f2/fs; %0.4417=0.1407pi w=w1,w2; N3=ceil(4*pi/(2*pi*200/fs); %滤波器的长度滤波器的长度 b3=fir1(N3,w/pi,bandpass);%带通滤波器带通滤波器 figure(9); freqz(b3,1,512);%数字滤波器频率响应数字滤波器频率响应 title(带通滤波器的频率响应带通滤波器的频率响应); x1_daitong = filter(b3,1,x1);%对信号进行高通滤波对信号进行高通滤波 figur

15、e(10);plot(x1_daitong);title(信号经过带通滤波器信号经过带通滤波器(时时域域); figure(11); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_daitong); title(信号经过带通滤波器（频域）信号经过带通滤波器（频域）);带通滤波带通滤波带通滤波带通滤波4、回放语音信号、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变化。 sound (x1, fs, bits); %原音原音 sound

16、(x1_low,Fs); %原音经过低通滤波后的声音原音经过低通滤波后的声音sound(x1_high,Fs); %原音经过高通滤波后的声音原音经过高通滤波后的声音 sound(x1_daitong,Fs); %原音经过带通滤波后的声音原音经过带通滤波后的声音原音回放原音回放结果分析结果分析 经过回放三个不同类型滤波器输出的语音信经过回放三个不同类型滤波器输出的语音信号，并与原语音信号对比得到了如下结论。号，并与原语音信号对比得到了如下结论。 语音高频成分音质非常尖锐，齿音中，声音语音高频成分音质非常尖锐，齿音中，声音有些暗淡。有些暗淡。 语音低频成分音质沉稳，空间感觉强，语音语音低频成分音质沉稳，空间感觉强，语音浑厚。浑厚。 语音中频成分音质有力度，有通透感。语音中频成分音质有力度，有通透感。四、体会与收获 以往都是通过课本来感性的认知语音信号，以往都是通过课本来感性的认知语音信号，通过本次的课程设计，让我对语音信号有了通过本次的课程设计，让我对语音信号有了一个较为实际的认识。一个较为实际的认识。 于此同时，让我再次把数字信号处理及数字于此同时，让我再次把数字信号处理及数字滤波器的设