数字信号课程设计.doc

数字信号课程设计数字信号课程设计1一、设计题目2二、设计目的2三、设计内容21语音信号的采集22语音信号的频谱分析23设计数字滤波器和画出其频率响应24用滤波器对信号进行滤波35比较滤波前后语音信号的波形及频谱36回放语音信号37设计系统界面3四、设计结果分析31双线性变换法 IIR42窗函数 FIR9五、设计心得体会12六、参考文献13一、 设计题目应用Matlab对语音信号进行频谱分析及滤波。二、 设计目的为了巩固所学的数字信号处理理论知识，使学生对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解。三、 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；最后，设计一个信号处理系统界面。1 语音信号的采集利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1 s内。然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。2 语音信号的频谱分析画出语音信号的时域波形；然后对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。3 设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标fb1 000 Hz，fc1 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。fb是通带频率fc是阻带截止频率(2)高通滤波器性能指标fc4 800 Hz，fb5 000 Hz As100 dB，Ap1 dB。(3)带通滤波器性能指标fb11 200 Hz，fb23 000 Hz，fc11 000 Hz，fc23 200 Hz，As100 dB，Ap1 dB。要求学生用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。在Matlab中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，可以利用函数butte，cheby1和ellip设计IIR滤波器；利用Matlab中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。4 用滤波器对信号进行滤波要求学生用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。5 比较滤波前后语音信号的波形及频谱要求学生在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。6 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有变化。7 设计系统界面为了使编制的程序操作方便，要求有能力的学生，设计处理系统的用户界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。 四、 设计结果分析系统界面1 双线性变换法 IIR1.低通，参数为fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；第一步：载入语音信号，如图所示：第二步：点击此按钮，生成原始信号的频谱图：第三步：依次选择，如图： 接着输入相关参数fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；，如图然后点击，可以得到滤波器特性及滤波后语音信号的频谱图：点击，则能听到滤波后的语音信号，声音很浑浊低沉。对比滤波前后频谱：在时域上看变化不大，但在频域可以看出中高频被过滤掉了。分析完毕后，点击，进行下一项参数的分析。接下来就不具体说步骤了。2.高通，参数为fc=2800 Hz，fp=3000 Hz As=100dB，Ap=1dB；对比滤波前后频谱：滤波前后对比，可以看出无论在时域和频域都有所变化。在频域部分，低频部分被过滤掉了。回放时，说话速度很快，频率很高，感觉音调很高。3.带通，参数为fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB；对比滤波前后频谱：滤波前后对比，可以看出无论在时域和频域都有所变化。在频域部分，可以看到高频和低频部分被过滤掉了。回放时，声音很清脆。2 窗函数 FIR1.低通，参数为fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；依次选择后，填入参数。对比滤波前后频谱：可以看到：在时域上看变化不大，但在频域可以看出中高频被过滤掉了。回放时，声音浑浊低沉。2.高通，参数为fc=2800 Hz，fp=3000 Hz As=100dB，Ap=1dB；对比滤波前后频谱：滤波前后对比，可以看出无论在时域和频域都有所变化。在频域部分，低频部分被过滤掉了。回放时，说话速度很快，频率很高，感觉音调很高。3.带通，参数为fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB；对比滤波前后频谱：滤波前后对比，可以看出无论在时域和频域都有所变化。在频域部分，可以看到高频和低频部分被过滤掉了。回放时，声音很清脆。五、 设计心得体会经过几天的设计和调试，终于把程序搞定了，在这个过程，遇到相当多的困难。刚接触到这个课程设计时，对MATLAB的GUI一点概念都没有，自己只有去网上查找有关这方面的资料，并结合资料编写了一个很简单的GUI，并调试运行正确，当时有些激动，但当真正做起一个复杂的GUI时，感到困难重重。一开始自己制作的简单的GUI，进行参数传递时只是在Callback函数里进行传递，没有涉及到在函数之间的传递，故在制作课程时，发现很多错误，究其原因，是自己的参数传递不对，当时自己一头雾水，一点都不知道函数之间的参数要怎么传递，只有上网查资料，顺便说一下，这次课程设计还锻炼了自己上网查询资料的能力和技巧，花了很长时间终于找到了，耐着性子看完了资料，就自己试着编写程序，我首先用的是global定义全局变量的方法，运行了下程序，发现能传递参数了，但很快我发现这种方法传递参数很不好，最好少用，经常出现运行错误，然后我就用了另外的一种方法，用setappdata()和getappdata()这两个语句配合使用进行参数的传递，虽说这种方法比较麻烦，但经多次测试没有发现什么错误，因此我在本课程设计中就用这种方法进行参数的传递。参数问题解决了，就要进行滤波器的设计，自己首先看书了解了下滤波器的设计过程，参照了从图书馆借来的书，采用了滤波器的完全设计法进行了滤波器的设计，并编写了相应的程序代码，在这个过程中，自己没注意到的问题是滤波器的采样点数N要与fft进行变换的点数对应，不然程序不能正确执行。对于带通和带阻滤波器的设计，要注意参数的二维性。从书中我们了解到，带通和带阻滤波器的设计需要通带上限频率、通带下限频率、阻带上限频率、阻带下限频率、通带波纹、阻带衰减和采样频率，然而低通和高通滤波器的设计只需要通带截止频率、阻带截止频率、通带波纹、阻带衰减和采样频率，所以我设计了相应的屏蔽代码。同时，为了方便我们能看到各种类型的滤波器，设计了下拉菜单，并设计了查看滤波器的特性的选择框，极大地符合使用者的偏好。经过了一天左右的时间，我完成了GUI的大部分，第二天我接着做时，我想加入新的功能，我发现了GUI设计的一些漏洞，即新加入的控件它自己顺着编号，不顾我以前所删控件的编号，这给我编写程序造成了极大的不方便，我不得不重新创建新的，把旧的复制过来重新命名各个控件的tag，有过这次经验，我发现只要在Tools中的GUI Options选择Generate FIG-file only就可以避免这个问题，等自己确定界面布局好了之后，再把之前改变的选项改为原来的，这样生成的代码就能一一对应起来了。马马虎虎地做完了，周五的时候老师给我们全班具体地讲了设计中的一些问题，我发现老师告诉我们的传递参数的方法是很方便和简单的，即handles.xx的方法。但自己试了下这种方法偶尔会出现错误，和同学们交流下，他们也有同样的问题，大家都有点怀疑是自己的MATLAB的版本没有老师的高级，故不能正常运行，具体原因到现在也依然想不出个所以然来。之后几天，逐步完善了自己的程序，发现没什么重大问题了，至此，课程设计可以说是完成了。回首整个设计过程，刚开始的时候，自己对MATLAB的GUI的设计一窍不通，一想头就