數(shù)字信號處理課程設(shè)計項目報告

1、.數(shù)字信號處理課程設(shè)計項目報告05941401 1120141454 焦奧一、設(shè)計原理本次課程設(shè)計采用matlab軟件進行設(shè)計，調(diào)用其函數(shù)庫，產(chǎn)生、處理、存儲信號。涉及到的設(shè)計原理如下：1.信號的產(chǎn)生與采樣以某一頻率進行抽樣，抽取固定時間，則可以產(chǎn)生不同數(shù)量的離散點。這些點數(shù)越多，頻率越高，時間越短，信號越接近原始信號。2.信號的頻譜和功率譜分析對信號進行快速傅里葉變換，即可得到其頻譜。在matlab中，對應(yīng)函數(shù)為fft，并且可以指定點數(shù)；fft之后需要進行乘2除N的處理，才能夠讓最終頻譜幅值正常。采樣得到的頻譜中心對稱，取一半即可。功率譜采用自帶函數(shù)periodogram即可。3.濾波器的產(chǎn)

2、生和濾波濾波器通過系統(tǒng)函數(shù)來產(chǎn)生。常見濾波器有IIR和FIR，各自又可以分為巴特沃斯、切比雪夫，海明窗、布萊克曼窗、矩形窗等。在同一種濾波器內(nèi)，又可以分為低通、高通、帶通、帶阻等不同類型的濾波器。針對不同類型的濾波器，matlab有不同類型的函數(shù)，方便簡單。反映濾波器功能的常用方法是做頻域分析，matlab中通過freqz來實現(xiàn)。濾波通過函數(shù)filter()來實現(xiàn)。4.音頻信號的讀取和存儲音頻信號可以用audioread來進行讀取，并自動獲得采樣率。存儲可以采用audiowrite來指定位置。二、設(shè)計方案1.系統(tǒng)圖2.流程圖1.信號的產(chǎn)生產(chǎn)生比較有代表性的信號，如：正弦波、三角波、方波、AM波

3、、chirp波、高斯白噪聲等等，并對以上信號進行加噪。手動導(dǎo)入語音信號，格式MP3。2.信號的采樣和分析預(yù)置采樣頻率，可以手動輸入采樣率；針對語音信號，可以直接讀取原始采樣率；指定采樣時間。獲得采樣率和采樣時間之后，計算信號采樣點數(shù)，并進行fft分析。分析完成，顯示時域、頻域波形?？衫^續(xù)顯示功率譜。3.濾波器的產(chǎn)生和濾波利用matlab自帶的函數(shù)產(chǎn)生巴特沃斯、切比雪夫濾波器。因為本次設(shè)計針對音頻濾波為主，不要求線性相位，故暫且不用FIR濾波器。種類分為低通、高通、帶阻、帶通?？梢允謩又付A數(shù)、通頻帶、阻帶、衰減倍數(shù)。產(chǎn)生之后，顯示濾波器單位響應(yīng)、頻域波形，并可以進行濾波。濾波之后，可以查看當(dāng)前

4、信號的頻域、時域波形。4.信號的存儲對于正弦信號等波形，可以直接存儲時域圖像；對于語音信號，可以存儲濾波之后的信號，格式包括wav、ogg、flac等等。三、實驗結(jié)果及討論以輸入多正弦波為例，首先指定參數(shù)：抽樣頻率1024Hz，時間2s，正弦波參數(shù)用預(yù)置值：得到一個信號：接下來進行加噪：功率譜：若要得到最左邊的正弦波，使用低通濾波器，設(shè)定參數(shù)：得到濾波器：進行濾波：消除了大部分噪音，只保留了一個信號。顯示功率譜：觀察到只有一條譜線。接下來，舉例導(dǎo)入語音信號。選擇一個文件導(dǎo)入：得到波形，并自動播放：加噪：低通濾波：頻譜和時域波形有較大改善。存儲信號：保存之后即為濾波后波形。其他具體功能就不枚舉了

5、，請實測。從信號的產(chǎn)生到加噪，再到濾波處理、存儲波形，本次設(shè)計總體來講完成了所有基本指標。本軟件最有效的地方在于可以將一個音頻信號導(dǎo)入、處理，并進行存儲，真正實現(xiàn)音頻處理的功能。不足和改進的地方有：沒有加上調(diào)整坐標軸疏密的滾輪條，沒有設(shè)計FIR濾波器。但相對來講，音頻處理不要求線性相位，在去除這一點之后IIR和FIR沒有太多區(qū)別；而且matlab的函數(shù)庫產(chǎn)生IIR最為方便，因此略去。如果有下一次相似設(shè)計，可以考慮加上一個更加有效的音頻濾波器，比如說通過平均功率來濾波。四、軟件說明書1.產(chǎn)生信號設(shè)定采樣率和時間點擊相應(yīng)信號按鈕調(diào)整加噪的幅度加噪。其中預(yù)置了初始采樣率和時間，信號的相關(guān)參數(shù)也已經(jīng)內(nèi)

6、置，可以調(diào)整。語音信號方面，可以從計算機選擇目錄，導(dǎo)入MP3文件，并自動讀取采樣率。點擊功率譜按鈕可以顯示功率譜。2.產(chǎn)生濾波器設(shè)定不同類型的不同種濾波器輸入?yún)?shù)，其中選擇“自動”時，無需設(shè)定階數(shù)，否則需要自行設(shè)定階數(shù)點擊“產(chǎn)生濾波器”看到“成功”之后可以點擊“顯示濾波器”，或者可以直接點擊“濾波”對上一個信號進行濾波。濾波之后默認顯示信號的時域和頻域波形。此時點擊功率譜按鈕可以顯示當(dāng)前功率譜。3.存儲波形如果是非語音信號，則存儲時域波形；如果是音頻信號，就存儲當(dāng)前的音頻。4.其他任何時候點擊當(dāng)前信號功率譜、時域波形、頻譜三個按鈕，都可以顯示當(dāng)前信號的相應(yīng)譜形。當(dāng)濾波器參數(shù)不正確時，顯示“未成功”，只有參數(shù)正確時，才會顯示“成功”，所以請看到“成功”再進行濾波。純軟件啟動時間較漫長，是因為在安裝運行環(huán)境；可以直接啟動matlab運行.m文件。五、學(xué)習(xí)總結(jié)本次課程學(xué)到了dsp相關(guān)知識。采用研究性學(xué)習(xí)的方法很有創(chuàng)新性，但是也有不少弊端，比如同學(xué)講得不夠透徹。建議調(diào)整到老師比重百分之五十以上。前幾次的大作業(yè)相