《数字信号处理》课程设计任务书(13级)

PAGEPAGE4中 南 大 学课程设计任务书一、课程设计目的：提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力；熟练使用一种高级语言进行编程实现。二、课程设计内容课程设计选题组一：一. 已知有限长序列x[n]=[1,-3,4,2,0,-2], h[n]=[3,0,1,-1,2,1]试编写程序：1)实现它们的时域线性卷积2）利用DFT性质，分别实现它们的圆周卷积和线性卷积。二.用DFT对连续信号做谱分析：设连续信号xa

(t)cos(200t)sin(100t)cos(50t)fs

400Hz,即T1/fs

对x(t)进行采样；ax(n)x(nT)w(n)w(n是窗函数。选取两种窗函数：矩形窗函数aw(n)RN

(n)和Hamming窗，后者可用其定义式生成。截取时间长度为T0.04s4×0.04s、8×0.04s。p对上述过程生成的x(n)序列进行DFT，画出它们的时域与频域波形，分析它们的频谱特性，观察不同长度、不同窗函数下的截断效应和谱间干扰，指出它们的区别并加以理论说明。三.设计数字高通滤波器，要求：ω=0.5πrad,A=1dB,ω=0.4πrad,A=30dBp p s S用双线性变换法设计数字滤波器，模拟滤波器采用巴特沃斯滤波器原型，T＝1。画出所设计的滤波器的幅度响应。(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)四.数字音效处理读取或录制一段语音信号（或音乐信号，记录其采样频率。分析声音信号频谱，画出其时域和频域波形实现声音信号的快放、慢放功能实现对声音信号的放大和衰减功能实现声音信号的多重回声效果，给出加入多重回声后的信号频谱。率区域。课程设计选题组二：一.验证频域采样和时域采样的对偶性。产生一个三角波序列x(n)，长度为M=40；计算N=64X(k)=DFT[x(n)]，并画出x(n|X(k)|的波形3）对X(k)在[0,2]上进行32点抽样，得到X(k)＝X(2k)，k＝0,1,…,31。1求X(k32IDFTx(n)＝IDFT[X(k)]。1 1 1绘出x(n)的波形图，观察x(nx(n)的关系，并加以说明。1 1二.已调信号y(t)(Amx(t))cos(t)，其中x(t)为调制信号，cos(t)为载波。取x(t)m

tc

40,m

c c10。令A0,m1，实现抑制载波的幅度调制：x(ny(n)使用FFT实现解调过程，分析该解调过程中的信号频谱，画出其时域和频域波形信号进行比较。令A1,m0.5，实现含有载波的幅度调制。重复上述过程，观察调制和解调结果，并画出相应波形，说明与抑制载波的幅度调制的区别三.利用切比雪夫I型设计一个数字低通滤波器，使其满足：0.45, A1dBp p0.6, A25dBs s采用数字域频率变换法、脉冲响应不变法。T＝1。画出所设计的滤波器的幅度响应。(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)四.对于给出的一段被噪声干扰的音乐信号noisy.wa，进行去噪处理：读入音乐信号，显示信号的时域波形对读取信号进行FFT，分析其频域特性，画出其频谱波形。根据信号频谱分布特点，指定需要滤除或保留的频带，确定对应的滤波器（低通/高通/带通）指标；4）根据确定的滤波器指标（通带截止频率、阻带截止频率、通IIR/FIR（窗口法）对测试信号滤波，通过观察信号频谱和回放音乐信号，分析是否满足滤波要求；对相同设计指标，对比IIR/FIR的特点。课程设计选题组三：一.设有一连续时间信号s(t)20Hz220Hz750Hz断效应，分析确定采样频率及数据分析长度，计算并绘出信号的时域与频域波形，指出各个频率份量。二.对周期方波信号进行滤波10Hz选择适当的DFTDFT，分析其频谱特性，并绘出相应曲线。40Hz和频域波形变化如果该信号淹没在噪声中，试滤除噪声信号。三.分别利用矩形窗、汉宁窗设计一个N=11的线性相位FIR高通数字滤波器，截止频率radc 3

，要求：求出各滤波器的单位脉冲响应（n；绘出各滤波器的幅频及相频响应曲线；观察各滤波器的通带波纹和阻带波纹，比较不同窗函数对滤波特性的影响；当输入为x(n)12cos(n)cos(n)时，计算各滤波器的输出并画出输出波形的时域与频域波形。4 2(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)四.多采样率信号处理）读取或录制一段语音信号（或音乐信号，使采样频率大于或等于4量的最大值对获取的信号进行FFT，输出信号的时域和频域波形。D=2，3，4频域波形，观察频谱变化现象，给出理论解释。4）播放减采样后信号，观察采样率不同条件下的声音变化，解释现象按内插因子I=DD对插值后的信号进行FFT理论解释。7）根据插值后信号频谱，设计相应数字低通滤波器恢复出声音信号。回放声音信号，比较它们与原信号的区别。课程设计选题组四：一.已知Gaussianx(n)e

(np)2q

, 0n15a 0, 其它衰减正弦序列eansinfn,0n15x(n)b 0, 其它1）观察高斯序列的时域和幅频特性，固定信号x(np=8qqa2，4，8q频特性的影响；固定q=8，改变p，使p8，13，14，观察参数pp2）用FFTx(n)（p＝8，q＝2）x(n)（a＝0.1，f＝0.0625）16a b积和线性卷积。二.已知序列x(n)=0.5sin(2fn)+sin(2fn),0n15，1 2令f0.22,f1

0.34，取N=16，32，64，128，画出4个DFT的频谱图，分析DFT长度对频谱特性的影响；取f1

0.22,f2

0.25，如何选择DFT参数才能在频谱分析中分辨出两个频率分量三.分别利用矩形窗、hamming窗设计一个N=15的线性相位FIR低通数字滤波器，截止频率radc 3

，要求：求出各滤波器的单位脉冲响应（n；绘出各滤波器的幅频及相频响应曲线；观察各滤波器的通带波纹和阻带波纹，比较不同窗函数对滤波特性的影响；当输入为x(n)12cos(n)cos(n)时，计算各滤波器的输出并画出输出波形的时域与频域波形。4 2(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)四.读入一段语音信号（或音乐信号）在语音信号中分别加入以下几种噪声：（1）（2）多正弦干扰噪声（包含两个或以上正弦信号的干扰，其中一个是50Hz正弦信号干扰，另一个干扰正弦频率必须位于语音信号主要频率成分之间）绘出叠加噪声前后的语音信号时域和频域波形图，播放语音信号，从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频域和时域波形的改变根据信号的频谱特性，设计IIRFIR用所设计的滤波器对被污染的语音信号进行滤波；比，分析信号的变化，回放语音信号。6）较滤波效果。课程设计选题组五：一.设一序列x含有三种频率成分：f1

2kHz,f2

2.05kHz,f3

1.9kHz,采样频率f10kHz，分别取Ns 1

64,N2

128点数据作频谱特性分析，分别绘出x、x的64点DF64点x补0到128点时的DF128点x的DFTPAGEPAGE51二.三点平滑滤波器（FIR）的表达式为1y(n)(x(n)x(n1)x(n2))3因此M点平滑滤波器的表达式可表示成y(n)

11x(nk)Mk0令：S(n)cos(n)、S(n)cos(47n)1 10 2 50S是低频正弦信号，S是高频正弦信号1 2令 x（（）1 2要求：1）M=3时，写出平滑滤波器的单位脉冲响应h(n)分别画出s(n)、s(n)、x和M=3时的输出y(n)的波形图。并分析平滑滤波器的1 2特性。改变M的值（如令M=711，画出它们对应的输出y(n)。分析M的大小对滤波器的影响。对于四个不同的M三.利用巴特沃斯滤波器原型设计一个数字带通滤波器，使其满足： 0.4, p1 p

0.5, Ap

3dB0.2, s1 s

0.7, As

30dB采用数字域频率变换法、双线性变换法。T＝1。(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)四.倒频系统实现倒频是目前对讲机采用的一种语音保密技术。它是将信号的高频和低频进行交换，即将信号的高频部分搬到低频段，而将低频部分搬到高频段。倒频后的信号和原始信号具有相同的频带范围。由于原始语音信号的频率成分被置乱从而降低了可懂度，起到语音保密作用。在接受端采用同样的倒频器再将信号恢复。倒频系统的工作原理如图所示，设输入信号的最高角频率为m

。图中HP是理想高通滤波器，其截止角频率为b

，LP为理想低通滤波器，其截止角频率为，m根据倒频系统的原理框图，要求：读入或录制一段语音信号PAGEPAGE8利用FFT选择角频率和b m

，设计相应的低通、高通滤波器，画出滤波器的幅频特性图课程设计选题组六：—.给定模拟信号：xa

(t)Aeatsin(t)u(t)，式中A444.128，502，0502 rad/sx(t进行采样，可得采样序列0 ax(n)x(nT)AeanTsin(nT)u(nT)a 0选择采样频率f=1观测时间T50观测所得序列x(n)及其幅频特性|X(ejw)|s pfs

=300Hz，观测此时|X(ejw)|的变化fs

=200Hz，观测此时|X(ejw)|的变化要求分析说明原理，绘出相应的序列及其它们对应的幅频特性曲线，指出|X(ejw)|的变化，说明为什么？二.一个连续信号含两个频率分量，经采样得x(n)=sin(2*0.125*n)+cos(2*(0.125+f)*n),n0,1,

,N1N=16，Δf1/161/64N=128ΔfDFT分析中分辨出两个不同的频率分量。三.1）N=15,1

0.3,2

0.5。用Hanning窗设计一线性相位带通滤波器，观察它的3dB20dBN=45N的影响；2）分别改用矩形窗和Blackman窗，设计1）中的带通滤波器，观察并记录窗函数对滤波器幅频特性的影响，比较三种窗的特点；(要求：应尽量避免使用现成的工具箱函数)（以下四、五题任选一题四．图像信号相关处理1）读入一幅彩色图像将彩色图像进行三原色分解，分解出、、B将彩色图像灰度化，转换为灰度图像并显示对灰度图像用几种典型的边缘检测算子进行边缘检测，显示检测出的边缘。1）读入给定的CEG和弦音音频信号CEG.wa，对其进行离散傅立叶变换，分析信号频谱。给出信号的时域及频域波形。分析CEG（频）进行滤波（分别使用低通，带通及高通，分离出三个能量最集中的频带，画出滤波后信号的时域和频域波形，并对滤波后的信号与原信号的音频进行声音回放比较。任意选择几个滤出的频带进行信号重建（合成），与原信号的音频进行声音回放比较。本次课程设计共有六组选题，每组选题每班可有4-5人选择，组内同学独立完成。三、课程设计要求1、使用或其它开发工具）2、课程设计报告的内容包括：课程设计题目和题目设计要求；设计思想和系统功能分析；设计中关键部分的理论分析与计算，参数设置，关键模块的设计思路；（4）测试数据、测试输出结果，及必要的理论分析和比较总结，包括设计过程中遇到的问题和解决方法，设计心得与体会等；参考文献；程序源代码清单。3、演示系统使用GUI界面或混合编程实现集成打包发布，四、考核方式课程考核分三部分，一部分是上机率，占20%；第二部分是检查成绩，最后两次上机为检查时间，占50%；第三部分为课程设计报告，占30%。注意：若