数字信号处理课程设计项目报告

'数字信号处理课程设计项目报告焦奥一、设计原理本次课程设计采用matlab软件进行设计，调用其函数库，产生、处理、存储信号。涉及到的设计原理如下：1.信号的产生与采样以某一频率进行抽样，抽取固定时间，则可以产生不同数量的离散点。这些点数越多，频率越高，时间越短，信号越接近原始信号。2.信号的频谱和功率谱分析对信号进行快速傅里叶变换，即可得到其频谱。在matlab中，对应函数为fft，并且可以指定点数；fft之后需要进行乘2除N的处理，才能够让最终频谱幅值正常。采样得到的频谱中心对称，取一半即可。功率谱采用自带函数periodogram即可。3.滤波器的产生和滤波滤波器通过系统函数来产生。常见滤波器有IIR和FIR，各自又可以分为巴特沃斯、切比雪夫，海明窗、布莱克曼窗、矩形窗等。在同一种滤波器内，又可以分为低通、高通、带通、带阻等不同类型的滤波器。针对不同类型的滤波器，matlab有不同类型的函数，方便简单。反映滤波器功能的常用方法是做频域分析，matlab中通过freqz来实现。滤波通过函数filter()来实现。4.音频信号的读取和存储音频信号可以用audioread来进行读取，并自动获得采样率。存储可以采用audiowrite来指定位置。 二、设计方案1.系统图 2.流程图1.信号的产生产生比较有代表性的信号，如：正弦波、三角波、方波、AM波、chirp波、高斯白噪声等等，并对以上信号进行加噪。手动导入语音信号，格式MP3。2.信号的采样和分析预置采样频率，可以手动输入采样率；针对语音信号，可以直接读取原始采样率；指定采样时间。获得采样率和采样时间之后，计算信号采样点数，并进行fft分析。分析完成，显示时域、频域波形。可继续显示功率谱。3.滤波器的产生和滤波利用matlab自带的函数产生巴特沃斯、切比雪夫滤波器。因为本次设计针 对音频滤波为主，不要求线性相位，故暂且不用FIR滤波器。种类分为低通、高通、带阻、带通。可以手动指定阶数、通频带、阻带、衰减倍数。产生之后，显示滤波器单位响应、频域波形，并可以进行滤波。滤波之后，可以查看当前信号的频域、时域波形。4.信号的存储对于正弦信号等波形，可以直接存储时域图像；对于语音信号，可以存储滤波之后的信号，格式包括wav、ogg、flac等等。三、实验结果及讨论以输入多正弦波为例，首先指定参数：抽样频率1024Hz，时间2s，正弦波参数用预置值： 得到一个信号：接下来进行加噪： 功率谱：若要得到最左边的正弦波，使用低通滤波器，设定参数：得到滤波器： 进行滤波： 消除了大部分噪音，只保留了一个信号。显示功率谱： 观察到只有一条谱线。接下来，举例导入语音信号。选择一个文件导入：得到波形，并自动播放： 加噪： 低通滤波： 频谱和时域波形有较大改善。存储信号： 保存之后即为滤波后波形。其他具体功能就不枚举了，请实测。从信号的产生到加噪，再到滤波处理、存储波形，本次设计总体来讲完成了所有基本指标。本软件最有效的地方在于可以将一个音频信号导入、处理，并进行存储，真正实现音频处理的功能。不足和改进的地方有：没有加上调整坐标轴疏密的滚轮条，没有设计FIR滤波器。但相对来讲，音频处理不要求线性相位，在去除这一点之后IIR和FIR没有太多区别；而且matlab的函数库产生IIR最为方便，因此略去。如果有下一次相似设计，可以考虑加上一个更加有效的音频滤波器，比如说通过平均功率来滤波。 四、软件说明书1.产生信号设定采样率和时间——点击相应信号按钮——调整加噪的幅度——加噪。其中预置了初始采样率和时间，信号的相关参数也已经内置，可以调整。语音信号方面，可以从计算机选择目录，导入MP3文件，并自动读取采样率。点击功率谱按钮可以显示功率谱。2.产生滤波器设定不同类型的不同种滤波器——输入参数，其中选择“自动”时，无需设定阶数，否则需要自行设定阶数——点击“产生滤波器”——看到“成功”之后可以点击“显示滤波器”，或者可以直接点击“滤波”对上一个信号进行滤波。滤波之后默认显示信号的时域和频域波形。此时点击功率谱按钮可以显示当前功率谱。3.存储波形如果是非语音信号，则存储时域波形；如果是音频信号，就存储当前的音频。4.其他任何时候点击当前信号功率谱、时域波形、频谱三个按钮，都可以显示当前信号的相应谱形。当滤波器参数不正确时，显示“未成功”，只有参数正确时，才会显示“成功”，所以请看到“成功”再进行滤波。纯软件启动时间较漫长，是因为在安装运行环境；可以直接启动matlab运行.m文件。五、学习总结本次课程学到了dsp相关知识。采用研究性学习的方法很有创新性，但是也有不少弊端，比如同学讲得不够透彻。建议调整到老师比重百分之五十以上。前几次的大作业相对简单，而且实用性不强，不建议继续保留。第四次和第五次实用性最强，建议发展其创新型和趣味性。个人启示是，可以通过自己的查阅资料和上网搜索来完成一个较基础的实现特定功能的GUI，对于自信心和能力有较大提升。'