数字信号处理课程设计

《数字信号处理》课程设计设计题目：基于MATLAB的音乐信号处理和分析一、课程设计的目的本课程设计通过对音乐信号的采样、抽取、调制解调、滤波、去噪等多种处理过程的理论分析和MATLAB实现，使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论以及频谱分析方法和数字滤波器设计方法；使学生掌握的基本理论和分析方法知识得到进一步扩展；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。二、课程设计基本要求1学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的基本编程语句。2掌握在Windows环境下音乐信号采集的方法。3掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。4掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。

5掌握使用MATLAB处理数字信号、进行频谱分析、设计数字滤波器的编程方法。三、课程设计内容1、音乐信号的音谱和频谱观察使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号（要求：时间不超过5s、文件格式为wav文件）①使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率；（注意：读取的信号是双声道信号，即为双列向量，需要分列处理）；②输出音乐信号的波形和频谱，观察现象；③使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。2、音乐信号的抽取（减抽样）①观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样（给出两种抽取间隔，代表混叠与非混叠）；②输出减抽样音乐信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；③播放减抽样音乐信号，注意抽样率的改变，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象。3、音乐信号的AM调制①观察音乐信号频率上限，选择适当调制频率对信号进行调制（给出高、低两种调制频率）；②输出调制信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；③播放调制音乐信号，注意不同调制频率下的声音，解释现象。4、AM调制音乐信号的同步解调①设计巴特沃斯IIR滤波器完成同步解调；观察滤波器频率响应曲线；②用窗函数法设计FIR滤波器完成同步解调，观察滤波器频率响应曲线；（要求：分别使用矩形窗和布莱克曼窗，进行比较）；③输出解调信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；④播放解调音乐信号，比较不同滤波器下的声音，解释现象。5、音乐信号的滤波去噪①给原始音乐信号叠加幅度为0.05，频率为3kHz、5kHz、8kHz的三余弦混合噪声，观察噪声频谱以及加噪后音乐信号的音谱和频谱，并播放音乐，感受噪声对音乐信号的影响；②给原始音乐信号叠加幅度为0.5的随机白噪声（可用rand语句产生），观察噪声频谱以及加噪后音乐信号的音谱和频谱，并播放音乐，感受噪声对音乐信号的影响；③根据步骤①、②观察到的频谱，选择合适指标设计滤波器进行滤波去噪，观察去噪后信号音谱和频谱，并播放音乐，解释现象。四、课程设计报告要求1、对设计内容的每一项给出设计方案、参数选择、理论依据；2、编程实现设计内容，打印源程序和输出波形（源程序必须有注释）；3、对输出结果进行分析，给出理论解释；4、对回放的声音信号特征进行描述和解释；5、对设计过程中的现象和问题进行讨论，写出心得体会；6、鼓励创新，针对音乐或语音信号提出问题，并以MATLAB为平台，运用数字信号处理知识探究问题，解答问题，从中发现新现象。（参考问题：【1】音乐信号的音调与信号的什么特征有关？【2】音乐信号的音色与信号的什么特征有关？【3】两种不同音色的音乐信号叠加混叠后，为何人耳还可以分辨？）五、考核方式课程考核分三部分，第一部分是上机率，占20%；第二部分是课程设计报告，占40%；第三部分为编程考试，占40%。完成前两部分，不参加考试，根据课题报告成绩可为C（中）或D(及格)；参加考试，根据成绩可分别获得A（优）、B（良）、C（中）。附：部分参考程序一、读取音乐信号并观察波形与频谱[w,fs,bit]=wavread('半城烟沙.wav');wav=(w(:,1))';sound(w,fs)figure;subplot(2,1,1);plot(wav);fwav=fft(wav);lwav=round(length(fwav)/2);nwav=[0:lwav-1];wwav=nwav/(lwav);f=wwav/2*fs;subplot(2,1,2);plot(wwav,abs(fwav(1:lwav)));二、音乐信号的5倍减抽样[w,fs,bit]=wavread('半城烟沙.wav');wav=(w(:,1))';j=0;d1=5;fori=1:d1:lwavj=j+1;dwavl(j)=wav(i);endsound(dwavl,fs/d1);figure;subplot(2,1,1);plot(dwavl);fwav1=fft(dwavl);lwav1=round(length(fwav1)/2);nwav1=[0:lwav1-1];wwav1=nwav1/(lwav1);f=wwav1/2*fs;subplot(2,1,2);plot(wwav1,abs(fwav1(1:lwav1)));三、音乐信号的AM调制lam=length(wav);amw=pi/2;cwav=cos(amw*[0:lam-1]);amwav=wav.*cwav;sound(amwav,fs)figure;title('半城烟沙_调制')subplot(1,2,1);plot(amwav);famwav=fft(amwav);subplot(1,2,2);plot(wwav,abs(famwav(1:lwav)));四、加入3kHz余弦噪声和随机噪声余弦噪声：sf1=3000;l=length(wav);T=1/fs;t=0:T:(l-1)*T;s1=0.05*cos(2*pi*sf1*t);wav_s1=wav+s1;sound(wav_s1,fs)fwav_s1=fft(wav_s1);f_s1=fft(s1);figure;title('余弦噪声')subplot(2,1,1);plot(s1);subplot(2,1,2);plot(wwav,abs(f_s1(1:lwav)));figure;title('加噪信号')subplot(2,1,1);plot(wav_s1);subplot(2,1,2);plot(wwav,abs(fwav_s1(1:lwav)));随机噪声：l=length(wav);s2=(rand(1,l)-0.5)/5;wav_s2=wav+s2;sound(wav_s2,fs)fwav_s2=fft(wav_s2);f_s2=fft(s2);figure;title('随机噪声')subplot(2,1,1)