《数字信号处理》课程设计指导13

1、.数字信号处理课程设计指导一、 课程设计的性质与目的数字信号处理课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在数字信号处理课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（ IIR ）滤波器和有限冲激响

2、应（FIR）滤波器。.专业资料 .二、课程设计题目题目 1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。1、设计步骤：（ 1）语音信号采集录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10 秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows 自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。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）语音信号分析使用 MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样

3、频率不能低于多少赫兹。（ 3）含噪语音信号合成在 MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：白噪声；单频噪色（正弦干扰）；多频噪声（多正弦干扰）；其它干扰，可设置为低频、高频、带限噪声，或 Chirp 干扰、冲激干扰。绘出叠加噪声后的语音信号时域和频谱图，在视觉上与原始语音信号图形对比，也可通过 Windows 播放软件从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。（ 4）数字滤波器设计及滤波给定滤波器的规一化性能指标（参考指标 , 实际中依据每个同学所叠加噪声情况而定）例如：通带截止频率 wp=0.25*pi, 阻通带截止频率 ws=0.3*p

4、i; 通带最大衰减Rp=1 dB; 阻带最小衰减Rs=15 dB，每个题目至少设计出5 个用不同方法的不同类型滤波器。：采用窗函数法与等波纹法分别设计FIR 滤波器 来对叠加噪声前后的语音信号进行滤波处理，绘出滤波器的频域响应，绘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；在相同的性能指标下比较各方法的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。.专业资料 .：采用双线性变换法与脉冲响应不变法，分别利用不同的原型低通滤波器（ Butterworth 型与切比雪夫 I 型）来设计 IIR 滤波器 ，绘出滤波器的频域响应；并用这些数字滤波器对含噪语音信号分别进行滤波处理，

5、比较不同方法下设计出来的数字滤波器的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。（ 5）回放语音信号对滤波后的语音信号进行回放，感觉滤波前后语音信号的变化。（ 6）设计一个语音信号分析与处理系统界面 ( 选作 )利用 MATLAB的界面设计功能，设计一个MATLAB环境下的人机交互界面，完成上述滤波器的设计及滤波过程，要求能够接收输入的设计参数，查看设计结果及滤波结果。.专业资料 .题目 2：基于 MATLAB数字音效处理器1、应用背景利用所学习的数字信号处理知识，自己动手制作一个有趣的音效处理系统，看看能不能完成声音的逐渐放大和逐渐衰减、看看能不能让自己的声音发生一些改变（变得尖声尖气或粗声粗气

6、）、看看改变声音播放速度有什么方法等等，你还可以自己想想还有什么有趣的变化，可以通过我们已有的知识让它实现。作为课程设计，以下要求分为基本必做部分和提高必做部分，在提高部分你可以选择全部容和部分容。2、基本要求描述(1) 语音信号的采集要求利用 Windows自带的录音机，录制一段自己的话音，时间在 10s，存为*.WAV的文件。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要求首先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，分析基频。(3) 设计数字滤波器和画出其频率响应给

7、出各滤波器的性能指标：(i) 低通滤波器性能指标 fb 1000Hz，fc 1200Hz，As 80 dB ， Ap 1dB。(ii) 高通滤波器性能指标 fc 4800Hz，fb 5000Hz，As 80 dB ， Ap 1dB。(iii) 带通滤波器性能指标 fb1 1200 Hz， fb2 3000 Hz， fc1 1000 Hz，fc2 3200 Hz，As 80 dB，Ap1 dB 。以上数据可做修改。(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fi

8、lter对信号进行滤波。.专业资料 .(5) 比较滤波前后语音信号的波形及频谱要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱，做出分析。(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) 实现慢录快放和快录慢放功能3、提高部分要求（选做）(1) 实现对声音信号放大和衰减功能(2) 实现对录音容倒播放(3) 实现混音音效效果(4) 实现回音音效效果(5) 实现男女变声音效效果(6) 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。.专业资料 .题目

9、 3：音乐声处理1、设计目的几乎所有的音乐节目都分两阶段产生，每个单独的乐器声音都录制到单轨中，然后对每个轨道信号进行处理，以增加特殊音效并合成。用数字信号处理技术实现声音信号的回声生成、混响与和声。2、基本原理(1) 单回声滤波器回音可以由简单的延时单元产生。直达声和在R抽样周期后出现的一种单个回音，可以用FIR 滤波器产生，微分方程为：yn=xn+xn - R|1传输函数为：-RH(z)=1+ z传递函数的幅频响应形状象梳子，这种滤波器又叫梳状滤波器。(2) 多重回声滤波器为了产生以间隔R个抽样周期分开的具有指数衰减振幅的多重回声，可用一个以下形式传输函数的FIR 滤波器：NNRH ( z

10、) =1 +zR22 RN 1z(N 1)R1 z+z+ +=1z R无限个振幅以指数衰减间隔为R个抽样周期的多重回声可用以下形式传输函数的 IIR 滤波器生成：H ( z) =1| |1z R1IIR 多重回声滤波器的基本频率FR=Fs/R，通常锁定在伴音设备的基频上，比如基鼓拍子。(3) 混响声音在一个封闭的空间中到达听众时，包含几个部分：直达声、早期的反射和混响。早期的反射由几个空间上邻近的直达声的基本延迟和衰减组成，而混响则由密集的回声组成。上述多重回声滤波器不能提供自然声音混响。由其幅频特性可知，其幅度响应对于所有频率不是常数，收听效果不能令人满意。其次每秒回声数量太少会引起合成声的

11、颤动，需要每秒约1000 个回音才能生成.专业资料 .没有颤动的反射声。为了生成更真实的混响，提出一种有全通结构的混响器 ，传输函数为：H ( z)zRR| 11z自然声音混响 可由全通混响器和多重回响互联。系统框图如下图所示：多重回响 1衰减 1xnyn多重回响 2衰减 2全通全通混响 1混响2衰减多重回响 3衰减 3多重回响 4衰减 4(4) 和声生成器当几个音乐家在同一时间演奏同一首乐曲而在振幅有少量变换并在他们的声音之间有很少的时间差别时，会产生和声效果。延时可用如下函数实现：(n)R (1 cos(0 n)2注意：在时刻 n 处 ( n) 的值通常是一个非整数值，实际实现中，输出样本

12、值需要用到插法进行计算。3、设计要求自己录制一段语音信号，设计不同滤波器，编程实现单回声效果、多重回声效果、自然声音混响及和声效果。4、设计步骤(1) 利用 Windows 自带的录音机，录制一段自己的话音，时间在10s，存为 *.WAV 的文件。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) 设计单回声滤波器，实现单回声效果。给出单回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入单回声前后信号频谱。(3) 设计多重回声滤波器，实现多重回声效果。给出多重回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入多重回声后信号频谱。.专业资料 .设计全通混响器，实现混

13、响效果。给出全通滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入全通滤波器后信号频谱。.专业资料 .题目 4：多采样率数字信号处理在数字语音系统中的应用1、设计目的学习多采样率数字信号处理原理，采用整数因子抽取与整数因子插来解决数字语音系统中的信号采样过程中存在的问题，并用MATLAB编程实现，加深对多采样率数字信号处理的理解。2、设计要求编程实现数字语音系统中改进的发送端A/D 转换方案；编程实现数字语音系统中改进的接收端D/A 转换器方案；给出各个设计环节信号的时域图及频域图。模拟3、 设前计置步取骤A/D数字信号D/A模拟模拟样滤波变换器处理器变换器滤波器xa(t) (1)设计模拟预滤波器，其过渡带为

14、4 f 12 kHz 。ya(t)DSP(2) 以 采16样kHz量的采化样率进行语音采样。 转换为模拟电平(3)设计数字滤波器滤掉采样后频谱在4 12 kHz 的频带中发生的混叠。(4) 按抽取因子 D=2进行抽取，降低采样率，使得数据量不增加。(5) 按插因子 I=2 进行插，将采样率提高 2 倍。(6) 设计模拟恢复低通滤波器恢复的语音信号。.专业资料 .三、课程设计要求1、在一周学生须上机16 小时以上，程序调试完后，须由指导老师在机器上检查运行结果，经教师认可后的源程序可通过打印机输出，并请教师在程序清单上签字。2、课程设计报告容和格式：设计题目，设计的详细步骤，设计过程中的结果、图形等，设计总结。3、每组每人必须独立完成，成绩的考核按设计结果