第13章-数字信号处理应用举例.ppt

1、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（Dual Tone Multi Frequency,

2、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 for m=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-

3、m); for p=1:4; for q=1:4; if tm(p,q)=abs(d);break,end %检测与第m位号码相符的列号q end end,24,13.1.5 DTMF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); %

4、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(10 50 0 120); 1imit=80; %基频检测门限为80 for s=5:8; if val(s)1imit,break,end %查找列号 end for i=1:4; if val(s)1imit,break,end %查找行号 end,25,13.1.5 DTMF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 end disp(接收端检测到的号码为:

5、 ) 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,26,13.1.5 DTMF信号系统的模拟实验,图13.1.2 6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

6、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.

7、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

8、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

9、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.

10、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

11、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

12、,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.