信号处理综合实训论文说明书
摘要
滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测与参数估计等处理，在通信、图像、语音等许多领域有着十分广泛的应用，尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展与成就。
集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频。此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。作为强大的计算软件, Matlab提供了编写图形用户界面的功能。所谓图形用户界面, 简称为GUI, 是由各种图形对象, 如图形窗口菜单按钮、文本框等构建的用户界面。
MATALB 可以创建图形用户界面GUI ( GraphicalUser Interface) ，它是用户和计算机之间交流的工具。Matlab 将所有GUl 支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法,随着版本的提高,这种能力还会不断加强。而且具有强大的绘图功能,可以轻松的获得更高质量的曲线图。
关键词：MATLAB；GUI；IIR滤波器；FIR滤波器
Abstract
Filter function is to let the signal through a certain frequency range, and the frequency range of signal to restrain or make it sharp attenuation.When the interfering signal and useful signal is not in the scope of the same frequency, can use filter to restrain the interference effectively.Is the basis of digital signal processing, digital filter used to filtering, signal detection and parameter estimation, such as processing, in many areas such as communication, image, voice has a very wide application, especially in image processing, data compression, etc, made remarkable progress and achievement.
Integrated operational amplifier and RC active filter composed of network is more suitable for low frequency.In addition, it also has a certain gain, and because of good isolation between the input and output and easy to cascade.Since most reflect the physical information of the photoelectric signal with low frequency, small amplitude, are susceptible to interference characteristics, thus the RC active filter commonly used light electricity in weak signal detection circuit.As a powerful calculation software, Matlab provides a write the function of the graphical user interface.So-called graphical user interfaces, GUI for short, is by all kinds of graphic objects, such as graphics window menu button, text box, to build the user interface.
MATALB can create a graphical user Interface GUI (GraphicalUser Interface), it is a tool for communication between user and computer.MATLAB integrate all GUl support user control in this environment and provides the interface appearance, properties, and behavior response mode setting method, with the improvement of version, will continuously strengthen this ability.And with a strong drawing function, can easily achieve higher quality of the graph.
Key word: Matlab;GUI;IIR filter;FIR filter
目录
引言 (1)
1 滤波器介绍及设计方案 (1)
1.1 滤波器的介绍 (1)
1.2 滤波器结构 (1)
2 电路设计及说明 (2)
2.1 原理图确定 (2)
2.2 原理图设计 (2)
2.3 滤波电容 (3)
2.4 指示灯 (3)
2.5 芯片NE5532P介绍 (3)
3 电路板的制作与硬件调式 (4)
3.1 硬件电路板 (4)
3.2 注意事项 (5)
3.3 调试 (5)
3.4 测试结果和幅频图分析 (5)
4 软件设计 (6)
4.1 GUI界面设计简介 (6)
4.2 基于Matlab GUI的数字滤波器 (7)
4.3 滤波器设计软件回调函数编写 (8)
4.4 软件验证 (12)
5 总结 (12)
谢辞 (14)
参考文献 (15)
引言
数字系统的前端，需要一个对微弱信号预处理的部分；在抽样量化之前，还需要一个对信号最高频率进行限制的处理。这些都只能使用模拟滤波器。RC有源滤波器是模拟滤波器中最实用、应用范围最广泛的滤波器。其标准化电路的种类很少，仅使用及R、C 元件，因此非常便于集成，这给推广应用带来革命性影响。
一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带，同时限制所有通带外频率的波通过。但是实际上，没有真正意义的理想带通滤波器。真实的滤波器无法完全过滤掉所设计的通带之外的频率的波。事实上，在理想通带边界有一部分频率衰减的区域，不能完全过滤，这一曲线被称做滚降斜率。滚降斜率通常用dB度量来表示频率的衰减程度。一般情况下，滤波器的设计就是把这一衰减区域做的尽可能的窄，以便该滤波器能最大限度接近完美通带的设计。
MATALB可以创建图形用户界面GUI，它是用户和计算机之间交流的工具。MATLAB 将所有GUl支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法,随着版本的提高,这种能力还会不断加强。而且具有强大的绘图功能,可以轻松的获得更高质量的曲线图。
1 滤波器介绍及设计方案
1.1 滤波器的介绍
通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。
滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由(n-1)/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
1.2 滤波器结构
RC网络的作用：在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。
放大器的作用：电路中运用了同相输入运放，其闭环增益RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
反馈网络的作用：将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。
图1-1 RC有源滤波总框图
2 电路设计及说明
2.1 原理图确定
带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。通过FilterPro Desktop软件确定原理框图及硬件参数。本原理框图为4阶有源带通滤波器，中心频率为14kHZ，带宽10kHZ，品质因素Q为1.4，符合设计要求。如图2-1原理图。
图2-1原理图
2.2 原理图设计
通过FilterPro Desktop软件确定原理框图及硬件参数。根据不同的数值选择不同的电阻和电位器，运放选择NE5532，电路为双电源，包括指示灯，电源接口，信号接口。
总原理框图为如图2-2原理总图。
图2-2原理总图
2.3 滤波电容
在地与正负电源之间各接一个104瓷片电容滤波，使输出信号稳定，防止输出波形失真。如图2-3。
图2-3滤波电容
2.4 指示灯
在设计电路原理图时，加入指示灯，以方便操作者更好的调试。如图2-4。
图2-4指示灯
2.5 芯片NE5532P介绍
NE5532P芯片是二运放双电源芯片，双列8脚封装，高阻输入结型场效应输入，电压反馈型运放放大器，工作电压一般为正负12V，静态电流约为1.4mA。4和8脚分别接
正负电源。
NE5532P特点：工作电压[-5v,-15]，[+5.+15]；低输入偏置电流和偏置电流；输出短路保护；具有结型场效应管（J-FET）高输入阻抗；内部频率补偿；
锁存的自由操作。 NE5532P引脚图如图1.3所示。
图2-5 NE5532P引脚图
3 电路板的制作与硬件调式
3.1 硬件电路板
在用99 SE制作电路版时，一定要确保电路原理图的正确，元件封装的选择要正确，适当时要自己做封装。电路版布局要按电流的流动方向，布线尽可能少，这样把测试干扰降到最低。为了保证电路板性能，本电路路线选用80mil。
根据原理电路用Protel 99 SE 画图， Protel 99 SE软件设计步骤：设计好原理图sch→改变封装→绘制pcb板→布局布线→打印PCB图纸→印制铜板→腐蚀铜板→钻孔→焊接元器件即可。Protel 99 SE 的PCB 板。如图2-6所示PCB版图。
图3-1 PCB版图
3.2 注意事项
电阻的标称值应尽可能接近设计值，尽可能采用金属膜电阻电容及容差小于10%的电容.制作板子过程中，为了节省材料，节约资源，尽量用最少的东西完成最佳的功能。所以板子元器件布局紧密。而提高抗干扰能力，布线时尽量短，少。焊盘过孔设计合理。
在焊接前，最好将固定电阻值的阻值确定，直接将电位器的阻值也确定，使焊接前就将电路确定，方便调试。
3.3 调试
仔细检查电路，确定元件与导线连接无误后，接通电源。该电路是用双电源来供电的，在接入电源的时候一定要小心，以防芯片被烧坏。在电路的输入端Vi=1V的正弦信号，慢慢改变输入的信号的频率，用示波器观察输出电压的变化。在滤波器的所要求的中心频率时，输出电压是否最大，假如不是最大，就慢慢调动电位器，使在输入14KHZ 时幅度最大。然后调动信号源的频率旋钮，使幅度值达到最大值的0.707倍，确定上下截止频率，使带宽接近10kHZ。
观测其截止频率是否满足设计要求，中心频率为上边带频率与下边带频率的频平方根，品质因素为中心频率除以带宽。最后调动信号源的频率旋钮，在中心频率往两边递减或递加每隔0.5KHZ测出一个对应的幅度值，记录下来，总共要记录40个对应值，以画出带通滤波器的幅频特性图。
3.4 测试结果和幅频图分析
电路采用六个滑动电阻，在焊接前将相应的数值调好，调试的时候只要进行微调就达到理想的效果。最后测得中心频率fc为1V，振幅1V，上边带频率fH为20.1kHZ，振幅0.707V，下边带频率为9.9kHZ，振幅0.707V。记录40个幅频点，并用软件画出四十个点的频谱图。电路测试得到的输出电压和频率Vo～f关系表3-1：
f 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 V o 80.4 103 133 166 206 252 305 371 436 506 585 660 f 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 V o 736 808 868 904 940 970 990 998 1 996 992 984 f 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 V o 970 944 916 902 864 834 796 760 726 694 642 613 f 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25
V o 583 552 521 495 473 446 422
表3-1 输出电压和频率Vo～f关系f/kHZ，Vo/mV
它的幅频特性曲线为图3-2：
图3-2 幅频特性曲线
4 软件设计
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
4.1 GUI界面设计简介
GUI设计面板是GUI设计工具应用的平面，面板上部提供了菜单和常用工具按钮，左边提供了多种如命令按钮、单选按钮、可编辑文本框、静态文本框、弹出式菜单等。进行设计时, 首先单击面板左边所需的控件, 然后在右边的图形界面编辑区中再次单击某一恰当位置, 这时将在该位上为图形界面添加相应的控件。一个图形界面的完成, 除了设计其外观外, 还有相当的一部分是通过属性的设来完成的。因此在设置这些属性时, 要注意下面几个常用又很重要的属性设置：
（1）BackgroundColor：设置控件背景颜色，使用[R G B]或颜色定义。
（2）CData：在控件上显示的真彩色图像，使用矩阵表示。
（3）ForegroundColor：文本颜色。
（4）String属性：控件上的文本，以及列表框和弹出菜单的选项。
（5）Visible：控件是否可见。
（6）Enable属性：表示此控件的使能状态，设置为on”，表示可选，为“off”时则表示不可选。
（7）Style：控件对象类型。
（8）Tag：控件表示（用户定义）。
（9）TooltipString属性：提示信息显示。当鼠标指针位于此控件上时，显示提示信息。
（10）UserData：用户指定数据。
（11）Position：控件对象的尺寸和位置。
（12）Units：设置控件的位置及大小的单位
（13）有关字体的属性，如 FontAngle， FontName等。
4.2 基于Matlab GUI的数字滤波器
根据数字滤波器单脉冲响应的时域特性可将数字滤波器分为两种, 即IIR （Infinite Impulse Response）无限长脉冲响应数字滤波器和FIR (Finite Impulse Response)有限长脉冲响应数字滤波器。从功能上分类, 可分为低通、高通、带通、带阻滤波器。
GUI设计面板是GUI设计工具应用的平面，面板上部提供了菜单和常用工具按钮，左边提供了多种如命令按钮、单选按钮、可编辑文本框、静态文本框、弹出式菜单等。进行设计时, 首先单击面板左边所需的控件, 然后在右边的图形界面编辑区中再次单击某一恰当位置, 这时将在该位上为图形界面添加相应的控件。
一般应完成以下两个步骤：GUI界面设计：主要是通过不同的文本框、按钮等许多工具的使用，设计出一个图形用户界面。一个图形界面的完成, 除了设计其外观外, 还有相当的一部分是通过属性的设来完成的。因此在设置这些属性时, 要注意下面几个常用又很重要的属性设置：控件风格和外观设置，对象的常规信息设置，控件回调函数的执行设置以及控件当前状态信息设置。回调函数的设计：用户应根据设计好的图形界面的功能，针对各个不同的图形对象来编写出能够实现该功能的函数代码，确保这个图形界面能够完成所预定的功能。
滤波器设计软件设计所实现任务如下：
（1）能够实现人机交互；
（2）在下拉Digital Filter菜单里选择IIR和FIR滤波器设计；
（3）当选择IIR滤波器时，能够选择巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫Ⅰ(ChebyshevⅠ)滤波器、切比雪夫Ⅱ(ChebyshevⅡ)滤波器、椭圆(Ellipse)滤波器；
（4）当选择FIR滤波器是，能够选择Boxar、Bartlett、Blackman、Hanning、Hamming、
Kaiser窗口设计滤波器。
MATLAB中的属性控制非常多，按要求设计好的滤波器设计软件主面板见图4-1，共包括5个区域：
（1）图形区：用于显示各模块的仿真曲线；
（2）参数设区：由个静态文本框和个编辑框以及类型选择按纽组成，实时的进行系统参数的设定和滤波器原型的选定；
（3）对象模型区：由下拉菜单选定数字滤波器类型，当用户的输人参数发生变化时，可通过单击响应的“Run”按钮，实现设计结果的实时刷新与显示；
（4）数据显示区：对应于图形显示结果，实时显示滤波器阶次和分子分母多项式系数。
图4-1 滤波器设计软件主面
4.3 滤波器设计软件回调函数编写
（1）Digital Filter下拉菜单
在下拉Digital Filter菜单里选择IIR和FIR滤波器设计：选择IIR或者FIR屏蔽相应的选项，当选择IIR选项时，使FIR的Windows的选择窗口不能使用，程序和效果图如图4-2、图4-3所示。
function DigitalFilter_Callback(hObject, eventdata, handles)
DigitalFilter_value=get(handles.DigitalFilter,'Value');
%读取此时选择的滤波器选择，“IIR、FIR”
if(DigitalFilter_value==1) %当选择了IIR时，使窗口选项屏蔽
set(handles.FilterDesign,'enable','on');
set(handles.Windows,'enable','off');
else
set(handles.FilterDesign,'enable','off');
set(handles.Windows,'enable','on') end
图4-2 IIR滤波器选择
图4-3 FIR滤波器选择
（2）Filter Type下拉菜单
在下拉菜单Filter Type中选择滤波器类型：选择低通或者高通滤波器时，隐藏相应的带通和带阻的第二个临界频率，使其频率参数不能输入，程序和效果图如图4-4、图4-5所示：
function FilterType_Callback(hObject, eventdata, handles)
FilterType_value=get(handles.FilterType,'value');
if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))
set(handles.Fp2,'visible','off');set(handles.Fs2,'visible','off');
set(handles.text19,'visible','off');set(handles.text16,'visible','off');
set(handles.text21,'visible','off');set(handles.text18,'visible','off');
else
if((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))
set(handles.Fp2,'visible','on');set(handles.Fs2,'visible','on');
set(handles.text19,'visible','on');set(handles.text16,'visible','on');
set(handles.text21,'visible','on');set(handles.text18,'visible','on');
end
end
图4-4低通、高通滤波器频率参数输入
图4-5 带通、带阻滤波器频率参数输入
（3）Min Order和Custom Orde按钮
在设计滤波器阶数时，可选择自定义阶数和利用最小阶数设计滤波器，并显示最小阶数，这里涉及的控件Min Order和Custom Order，其回调函数如下：按钮Min Order：选择使用最小阶数设置时，屏蔽自定义阶数的输入的程序如下：
function MinOrder_Callback(hObject, eventdata, handles)
MinOrder_value=get(handles.MinOrder,'Value');
if(MinOrder_value==1)
set(handles.Order,'visible','off');
else
set(handles.Order,'visible','on'); end
按钮Custom Order：选择自定义阶数时，显示阶数输入框，如图4-6所示：function CustomOrderButton_Callback(hObject, eventdata, hand les)
CustomOrderButton_value=get(handles.CustomOrderButton,'Value');
if(CustomOrderButton_value==0)
set(handles.Order,'visible','off');
else
set(handles.Order,'visible','on');
end
图4-6 自定义阶数
（4）Fp1、Fp2、Fst1、Fst2文本编辑框
参数输入时，在输入抽样频率Fs的前提下，判断滤波器通带临界频率（Fp1、Fp2）、滤波器阻带临界频率（Fst1、Fst2）的归一化频率wp1、wp2、ws1、ws1是否在[0,1]之间，如不正确显示错误对话框，其程序如下：
function Fp1_Callback(hObject,eventdata,handles)
%检查输入的通带临界频率Fp1的归一化频率是否在[0,1]之间
Fs_value=str2double(get(handles.Fs,'String'));
Fp1_value=str2double(get(handles.Fp1,'String'));
wp1=2*Fp1_value/Fs_value;
%如果不在[0,1]之间，显示输入错误对话框
if(wp1>=1)
errordlg(‘wp1=2*Fp1/Fs’)
end
（5）Run按钮
根据输入的参数显示设计的滤波器的幅频特性和相频特性图，其程序如下：
function Run_Callback(hObject,eventdata,handles)
%点击Run立即运行AutoChoose,m文件，实现滤波器设计程序
AutoChoose(handles)
（6）Auto Run按钮：当选择了Auto Run按钮时，能够根据所选的IIR的滤波器（Butterworth、 ChebyshevⅠ等）、FIR的窗口选项、图形显示类型（Linear、Logarithmic）立即显示滤波器的幅频特性和相频特性图，其中IIR的滤波器（Butterworth、 ChebyshevⅠ等）的回调函数程序如下：
function FilterDesign_Callback(hObject,eventdata,handles)
AutoRun_value=get(handles.AutoRun,'Value');
%当选择了Filter（Butterworth、ChebyshevⅠ等）中一种Filter运行AutoChoose,m 文件
if(AutoRun_value==1)
AutoChoose(handles)
end
（7）Quit按钮：退出滤波器设计窗口，其程序如下：
function Quit_Callback(hObject,eventdata,handles)
%点击Quti按钮退出
Close
4.4 软件验证
采样速率为50000Hz，巴特沃斯带通滤波器，Fp1=9000HZ，Fp=21000HZ，Fst1=7000HZ，Fst2=24000HZ，Rp=3dB，Rs=20dB，阶数N=8。实验结果如图4-7。
图4-7软件结果
5 总结
本次实训设计我们做的是模拟低通滤波器硬件设计和数字滤波器软件设计，，以前带通滤波器的知识只是在课本上学习过，并没有真正做过电路板。通过本次课程设计我学习了许多关于滤波器的知识，也查询了许多的资料，并结合自己的想法完成了课题。经过学习，使我对信号处理有了一定的了解，对一个系统的设计要如何入手有了更加深刻的体会。在整个设计过程中，也遇到了一些问题，软件调硬件设计和软件编程，及硬
件电路调试，画电路原理图，PCB封装等许多问题，但经过努力都一一解决了。
在这次实训中，我复习了《模拟电子技术基础》，学习了负反馈，RC滤波器，运算放大器等电路。复习了许多以前的知识，得以加深和巩固，并且在某种程度上决定整个设计的方向。同时通过查阅相关资料，了解了四阶带通滤波器与二阶高通、低通滤波器的相互关系，同时又了解和学习了Matlab的使用方法。对我来说，这次的设计题目硬件不算很难，不过软件就有一定的难度了，由于以前没有用过Matlab中的GUI功能，做起来不知从何下手。经过这次让我更加觉得学习和掌握一种新的仿真软件显得更加重要。在设计电路过程中，理论知识很重要，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败。所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题。同时还必须有实事求是地分析问题的态度，知道理论与实际是有一些差别的。
在设计电路过程中，理论知识很重要，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败。所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题。同时还必须有实事求是地分析问题的态度，知道理论与实际是有一些差别的。在设计GUI的时候，要注意一定的原则和步骤，分析界面所要求实现的主要功能，明确设计任务，构思草图，设计界面和属性，编写对象的相应代码。在GUI在数字信号处理中的应用中，数字信号处理这门学科的知识是基础，要掌握数字信号处理的相关知识的原理后，并用代码来实现，才能很好地结合MATLAB进行GUI编程。
在实训中，我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。通过这次设计，让我加深了对于滤波器设计的理解，进一步熟练了对于其原理的掌握，并为我今后在相关方面的工作和研究打下了坚实的基础。本次实训使我在上课所学的知识基础上使理论联系了实际，更系统和深入的了解我们所学的知识和应用。
谢辞
首先，感谢学院给我们提供的硬件设施条件，正是在良好的条件下，我们才能更好的设计电路图和制作软件界面。通过这次实训，不仅提高了我的动手能力，还考验了我们不怕辛苦的精神，使实践与理论相结合，最后本次实训圆满完成。在此，我要感谢实训过程中那些我曾经帮助过的同学，谢谢你们让我再次体会到了融入团体当中的激情与奋进，让我知道团队精神是多么的重要。
本次实训，检验了自己的能力，加强了逻辑思维的能力，不过我也发现了自身存在的一些问题。希望能在日后好好学习，取得更好的成绩，也希望日后老师能不厌其烦的指导我，给予我更大的支持。我知道了通过实践来完善自己的知识面和自己的各项能力，以求在走出校园的时候有适应社会的更高的能力。感谢学校和老师给我们这个磨练自己和完善自己的机会。
最后，再次衷心地感谢所有关心、支持、帮助过我的老师、同学和亲友！
参考文献
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[8] 楼顺天.MATLAB7.x程序设计语言[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007
[9] 王卫东.模拟电子电路基础.西安电子科技大学出版社，2003
实验五 数字信号处理综合设计
实验五数字信号处理综合设计 一、实验目的 1．掌握在Windows环境下语音信号采集的方法； 2．掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法； 3．学会用MATLAB 对信号进行分析和处理。 二、实验内容 1．语音信号的采集 要求利用windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，时间定为10秒。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。通过wavread函数的使用，要求理解采样频率、采样位数等概念。wavread函数调用格式： y=wavread(file)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率（Hz），nbits 表示采样位数。 y=wavread(file,N)，读取前N 点的采样值放在向量y中。 y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。 例如：x1=wavread(h:\课程设计2\shuzi.wav); %读取语音信号的数据，赋给变量x1 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,然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。 解析： c lear;clc;clf; %语音信号的频谱分析 y=wavread('2.wav'); [y,Fs,nbits]=wavread('2. wav'); N=2048;Y=fft(y,N); Y1=fftshift(Y); plot(abs(Y));title('语音信号的幅度谱');
数字信号处理课程规划报告
数字信号处理课程设计报告《应用Matlab对信号进行频谱分析及滤波》 专业： 班级： 姓名： 指导老师： 二0 0五年一月一日
目录 设计过程步骤（） 2.1 语音信号的采集（） 2.2 语音信号的频谱分析（） 2.3 设计数字滤波器和画出其频谱响应（） 2.4 用滤波器对信号进行滤波（） 2.5滤波器分析后的语音信号的波形及频谱（） ●心得和经验（）
设计过程步骤 2.1 语音信号的采集 我们利用Windows下的录音机，录制了一段开枪发出的声音，时间在1 s内。接着在C盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。通过wavread函数和sound的使用，我们完成了本次课程设计的第一步。其程序如下： [x,fs,bite]=wavread('c:\alsndmgr.wav',[1000 20000]); sound(x,fs,bite); 2.2 语音信号的频谱分析 首先我们画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在Matlab中，我们利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性性。到此，我们完成了课程实际的第二部。 其程序如下： n=1024; subplot(2,1,1); y=plot(x(50:n/4)); grid on ; title('时域信号') X=fft(x,256); subplot(2,1,2); plot(abs(fft(X))); grid on ; title('频域信号'); 运行程序得到的图形：
设计数字信号处理课程设计
语音信号滤波去噪报告书 课程：数字信号处理 指导老师: 完成组员： 完成日期：2013.01.05
摘要本课程设计主要是下载一段语音信号，绘制其波形并观察其频谱。然后在该语言信号中加一个噪音，利用布莱克曼和矩形窗窗设计一个FIR滤波器，对该语音信号进行虑噪处理，然后比较滤波前后的波形与频谱。在本课程设计中，是用MATLAB的集成环境完成一系列的设计。首先对加噪的语音信号进行虑波去噪处理，再比较滤波前后的频率响应曲线，若一样则满足所设计指标，否则不满足。也可以调用函数sound听滤波前后其语音信号是否带有噪声。若无噪声也说明该滤波器的设置也是成功的。 关键词语音信号；MATLAB；FIR滤波器；滤波去噪； 1 引言 人们在语音通信的过程中将不可避免的会受到来自周围环境的干扰，例如传输媒介引入的噪声，通信设备内部的电噪声，乃至其他讲话者的话音等。正因为有这些干扰噪声的存在，接受者接受到的语音已不是原始的纯净语音信号，而是受噪声干扰污染的带噪声语音信号。而本课程设计就是利用MATLAB集成环境用布莱克曼窗的方法设计一个FIR滤波器，对语音信号进行滤波去噪处理，并将虑噪前后的频谱图进行对比。 1.1 课程设计目的
数字信号处理课程设计是数字信号处理课程的重要实践性环节，是学生在校期间一次较全面的工程师能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而复习巩固了课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现了对数字信号的处理。本课程设计能使学生对通信工程领域各种技术的DSP实现的设计有较熟练的掌握。且通过自身的实践，对DSP的设计程序、内容和方法有更深入的掌握，提高实际运用的能力。并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。 1.2课程设计的要求 （1）、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。 （2）、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。 （3）、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，分析信号的变化并回放语音信号； （4）、通过利用各种不同的开发工具实现语音信号的滤波去噪，掌握数字信号的分析方法和处理方法。而且通过课程设计能够培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。 （5）、在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。
数字信号处理课程设计
数字信号处理 课 程 设 计 院系：电子信息与电气工程学院 专业：电子信息工程专业 班级：电信班 姓名： 学号： 组员：
摘要 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR 滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。 关键词数字滤波器 MATLAB 窗函数法巴特沃斯
目录 摘要 (1) 1 引言 (1) 1.1课程设计目的 (1) 1.2 课程设计内容及要求 (1) 1.3课程设计设备及平台 (1) 1.3.1 数字滤波器的简介及发展 (1) 1.3.2 MATLAB软件简介 (2) 2 课程设计原理及流程 (4) 3.课程设计原理过程 (4) 3.1 语音信号的采集 (4) 3.2 语音信号的时频分析 (5) 3.3合成后语音加噪声处理 (7) 3.3.1 噪声信号的时频分析 (7) 3.3.2 混合信号的时频分析 (8) 3.4滤波器设计及消噪处理 (10) 3.4.1 设计IIR和FIR数字滤波器 (10) 3.4.2 合成后语音信号的消噪处理 (13) 3.4.3 比较滤波前后语音信号的波形及频谱 (13) 3.4.4回放语音信号 (15) 3.5结果分析 (15) 4 结束语 (15) 5 参考文献 (16)
数字信号处理综合设计实验报告
数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件
zhan3.svu） （1）检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2）检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3）检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施；（4）实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、系统设计 本系统是基于matlab的simulink仿真软件设计的基带信号调制与解调的系统，利用matlab自带的数字信号仿真模块构成其原理框图并通过设置载波、带通滤波器以及低通滤波器等把基带信号经过载波调制后再经乘法器、带通滤波器和低通滤波器等电路系统能解调出基带信号。 1、实验原理框图
数字信号处理综合设计
数字信号处理综合设计1．语音信号的频谱分析 要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MA TLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。 fs=20000; %语音信号采样频率为20000 x1=wavread('d:\lianxi.wav',20000); %读取语音信号的数据，赋给变量x1 sound(x1,20000); %播放语音信号 y1=fft(x1,1024); %对信号做1024点FFT变换 f=fs*(0:511)/1024; figure(1) plot(x1) %做原始语音信号的时域图形 title('原始语音信号'); xlabel('time n'); ylabel('fuzhi n'); figure(2) freqz(x1) %绘制原始语音信号的频率响应图 title('频率响应图') figure(3) subplot(2,1,1); plot(abs(y1(1:512))) %做原始语音信号的FFT频谱图 title('原始语音信号FFT频谱') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y1(1:512))); title('原始语音信号频谱') xlabel('Hz'); ylabel('fuzhi');
设计数字滤波器和画出频率响应 根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标：1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz，As=100dB，Ap=1dB；2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz As=100dB，Ap=1dB；3）带通滤波器性能指标，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。要求学生首先用窗函数法设计上面要求的三种滤波器，在MA TLAB中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，然后在用双线性变换法设计上面要求的三种滤波器；之后再利用函数butter和cheby1设计上面要求的三种IIR滤波器。最后，利用MATLAB中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。
数字信号处理课程设计(对音乐信号的各种处理)
实验1 1、音乐信号的音谱和频谱观察 ○1使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率； ○2输出音乐信号的波形和频谱，观察现象； ○3使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。 clear all;close all;clc [a,fs,bit]=wavread('c:\MATLAB6p5\work\陪你一起看草原.wav'); size(a); y1=a(:,1); a1=y1(10000:60000) figure; subplot(2,1,1),plot(a); subplot(2,1,2),plot(a1); x1=resample(a1,2,1); %y=resample(x,p,q)返回量的长度是向量x的p/q倍sound(x1,fs); %sound(a,fs); N1=length(a1); F1=fft(a1,N1); w=2/N1*[0:N1-1]; %频谱图横坐标设置 figure; plot(w,abs(F1)); N2=length(a1); t=0:1/N2:1/N2*(N2-1); title('傅利叶变换'); %傅利叶变换; figure; plot(a1); title('时域波形'); %时域波形;
1，以二倍的抽样率听声音信号时，音乐播放的特别快，像被压缩了，播放的时间比原信号短。 2，以二分之一的抽样率听声音信号时，音乐播放的特别慢，像被拉长了，播放的时间比原信号长。 3，原信号频谱截止频率为0.5*pi 实验2 2、音乐信号的抽取（减抽样） ○1观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样（给出两种抽取间隔， 代表混叠和非混叠）； ○2输出减抽样音乐信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释； ○3播放减抽样音乐信号，注意抽样率的改变，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象。 clear all;close all;clc [a,fs,bit]=wavread('c:\MATLAB6p5\work\陪你一起看草原.wav'); size(a); y1=a(:,1); a1=y1(10000:60000)
数字信号处理课程设计
山东工商学院 课程设计报告 课程名称：数字信号处理A 班级：XXXXX 姓名: XXXX 学号：XXXXX 指导教师：XXXX 时间：2016年1月1日
一、课程设计题目 题目1： （1）、已知Xa(t)=e^-1000|t|,求其傅立叶变换Xa(j Ω) ，画出模拟信号及其连续时间傅里叶变换的曲线图。 （2）、以Xa(t)为例，说明采样频率对频率响应的影响，分别采用fs=1000Hz 和fs=5000Hz ，绘出X(e^jw)曲线。 （1） 代码: close all clear;clc; W=10;f=1000;n=-10:W-1;t=n/f; X=exp(-1000*abs(t)); subplot(1,2,1);plot(t,X); %画模拟信号曲线 xlabel('t/s');ylabel('xa(n)'); title('模拟信号'); %标题模拟信号 tf=10;N=100;dt=10/N;t=(1:N)*dt; wf=25;Nf=50; w1=linspace(0,wf,Nf); %0-25之间分成50点 dw=wf/(Nf-1); W1=-50:50; Xat=exp(-1000*abs(t)); %表达式 F1=Xat*exp(-1i*t'*w1)*dt; %傅立叶变换 w=[-fliplr(w1),w1(2:Nf)]; %负频率的频谱 Y1=(exp(2)-1)./(exp(2)-exp(1-1i*W1)-exp(1+1i*W1)+1); F=[fliplr(F1),F1(2:Nf)];t=[-fliplr(t),t]; subplot(1,2,2); plot(w,F,'linewidth',1); %画傅立叶变换曲线 xlabel('w/pi');ylabel('Xa(j Ω)'); title('傅里叶变换'); %标题傅立叶变换 结果： -0.01-0.005 00.005 0.01 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t/s x a (n ) 模拟信号 -40 -20 02040 -3-2 -1 0123 4 -45 w/pi X a (j Ω) 傅里叶变换
《数字信号处理》课程设计任务书(12级)
中南大学 本科生课程设计任务书 课程名称数字信号处理课程设计指导教师 学院信息科学与工程学院专业班级通信工程班
中 南 大 学 课程设计任务书 一、课程设计目的： 1．全面复习课程所学理论知识，巩固所学知识重点和难点，将理论与实践很好地结合起来。 2．提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力； 3．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、一个连续信号含两个频率分量，经采样得 ()=sin(2*0.125*n)+cos(2*(0.125+f)*n),0,1, ,1x n n N ππ?=- 当N=16，Δf 分别为1/16和1/64时，观察其频谱；当N=128时，Δf 不变，其结果有何不同，为什么？绘出相应的时域与频域特性曲线，分析说明如何选择DFT 参数才能在频谱分析中分辨出两个不同的频率分量。 二、对周期方波信号进行滤波 1）生成一个基频为10Hz 的周期方波信号。 2）选择适当的DFT 参数，对其进行DFT ，分析其频谱特性，并绘出相应曲线。 3）设计一个滤波器，滤除该周期信号中40Hz 以后的频率分量，观察滤波前后信号的时域和频域波形变化 4）如果该信号淹没在噪声中，试滤除噪声信号。 三、音乐信号处理： 1）获取一段音乐或语音信号，设计单回声滤波器，实现信号的单回声产生。给出单回声滤波器的单位脉冲响应及幅频特性，给出加入单回声前后的信号频谱。 2）设计多重回声滤波器，实现多重回声效果。给出多回声滤波器的单位脉冲响应及幅频特性，给出加入多重回声后的信号频谱。 3）设计全通混响器，实现自然声音混响效果。给出混响器的单位脉冲响应及幅频特性，给出混响后的信号频谱。 4）设计均衡器，使得不同频率的混合音频信号，通过一个均衡器后，增强或削减某些频率分量**。（**可选做） 课程设计选题组二： 一、已知序列 791()=cos()0.5cos()0.75cos() 16162 x n n n n πππ++
数字信号处理matlab课程设计
课题一数字信号处理系统设计 一、项目要求 用本课程所学的数字信号处理理论知识，设计一个具有信号的采集、处理、传输、显示和存储等功能的系统，内容如下： １、录制一段语音信号，并对录制的语音信号进行采样（采样频率可取fs=22050Hz）; ２、画出采样后的语音信号的时域波形和频谱图； ３、滤波器的性能指标： 低通滤波器：通带边界频率ｆｐ＝１ｋＨｚ，通带最大衰减Ａｐ＝１ｄB； 阻带边界频率ｆｐ＝１.2ｋＨｚ，阻带最小衰减Ａｐ＝１00ｄB；高通滤波器：通带边界频率ｆｐ＝5ｋＨｚ，通带最大衰减Ａｐ＝１ｄB； 阻带边界频率ｆｐ＝4.8ｋＨｚ，阻带最小衰减Ａｐ＝１00ｄB；带通滤波器：通带上限截止频率fp2=3kHz, 通带下限截止频率fp1=1.2kHz; 阻带上限截止频率fs2=3.2kHz, 通带下限截止频率fp1=1kHz; 通带最大衰减Ap=1dB, 阻带最小衰减As=100dB; 采用双线性变换法设计滤波器，并画出滤波器的频率响应； ４、用自己设计的滤波器对采样的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱图，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化； ５、回放语音 ６、用ＧＵＩ设计一个信号系统的用户界面。 二、实验所要用到的ＭＡＴＬＡＢ函数 １、语音信号的采样与播放
wavread(); [y，fs，bite]=wavread（）；%语音信号的采样 sound（y，fs，bite）；%播放语音 2.滤波器： IIR：butte（）；%巴特沃思滤波器 cheby1(); %切比雪夫I滤波器 elliptical（）；%椭圆滤波器 3.频率响应： [h，f]=freqz（b,a,n,fs） freqz(b,a,n,fs) 5.快速傅里叶变换 fft (x, n) 6.画曲线 plot(x, y) stem(x, y) 7.在MATLAB中，设计辅助低通原型巴特沃思和切比雪夫滤波器的阶数和截止频率； 1）利用buttord和cheblord确定阶数； 2）[num，den]=butter（N，Wn），[num，den]=cheby1（N，Wn） 3）lp2hp,lp2bp,lp2bs可以完成低通滤波器到高通，带通，带阻的转换 4）使用biliner对模拟滤波器进行双线性变换，求得数字滤波器的传输函数系数
数字信号处理课程设计
青 岛 科 技 大 学 《数字信号处理》课程设计报告 题 目 __________________________________ ______________________________________ 指导教师__________________________ 学生姓名__________________________ 学生学号__________________________ _______________________________ 院（部）____________________________专业________________班 __2014____年 _1__月 14___日 数字信号分析及数字滤波器设计 张淑军 刘云生 1108020310 信息与科学技术学院 信息工程 113
1.目的与要求 1.进一步巩固数字信号处理中的基本原理与方法，提高分析、解决实际问题的能力。 2.熟练掌握一门计算机语言，进行数字信号处理应用的开发设计，训 练基本技能，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等。 《数字信号分析及数字滤波器设计》 1.用以下方式产生三个不同频段的信号：（1）自己录制一段正常的语音文件；（2）录制一段环境噪声文件；（3）利用MATLAB产生一个不同于以上频段的信号。 2.对上述三个信号，进行频谱分析，画出三路信号的时域波形和频谱图，对进行对比分析。 3.根据三路信号的频谱特点得到性能指标，由性能指标设计三个滤波 器，并画出各滤波器的频域响应。 4.将三路信号叠加为一路信号。 5.用自己设计的滤波器对合成的信号进行滤波，分析得到信号的频谱， 并画出滤波后信号的时域波形和频谱。 2.主要技术和原理 2.1语音采集、记录、读取以及播放的Matlab实现 利用matlab的音频信号处理工具箱，可以实现声音的录制和播放。 录音函数wavrecord语法为：
数字信号处理课程设计报告
. 《数字信号处理》 课程设计报告 设计题目：IIR滤波器的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2010年月日
1、设计目的 1、掌握IIR 滤波器的参数选择及设计方法； 2、掌握IIR 滤波器的应用方法及应用效果； 3、提高Matlab 下的程序设计能力及综合应用能力。 4、了解语音信号的特点。 2、设计任务 1、学习并掌握课程设计实验平台的使用，了解实验平台的程序设计方法； 2、录制并观察一段语音信号的波形及频谱，确定滤波器的技术指标； 3、根据指标设计一个IIR 滤波器，得到该滤波器的系统响应和差分方程，并根据差分方程将所设计的滤波器应用于实验平台，编写相关的Matlab 程序； 4、使用实验平台处理语音信号，记录结果并进行分析。 3、设计内容 3.1设计步骤 1、学习使用实验平台，参见附录1。 2、使用录音机录制一段语音，保存为wav 格式，录音参数为：采样频率8000Hz、16bit、单声道、PCM 编码，如图1 所示。 图1 录音格式设置 在实验平台上打开此录音文件，观察并记录其波形及频谱（可以选择一段较为稳定的语音波形进行记录）。 3、根据信号的频谱确定滤波器的参数：通带截止频率Fp、通带衰减Rp、阻带截止频率Fs、阻带衰减Rs。 4、根据技术指标使用matlab 设计IIR 滤波器，得到系统函数及差分方程，并记录得到系统函数及差分方程，并记录其幅频响应图形和相频响应图形。要求设计 第1页出的滤波器的阶数小于7，如果不能达到要求，需要调整技术指标。 5、记录滤波器的幅频响应和系统函数。在matlab 中，系统函数的表示公式为：
数字信号处理课程设计报告
课程设计报告 课程名称数字信号处理 课题名称数字滤波器设计及滤波 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导教师 2011年12月25日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称数字信号处理 课题数字滤波器设计及滤波 专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审批 任务书下达日期2011 年12月19 日任务完成日期2011 年12月25日
《数字信号处理》课程设计任务书 一、设计目的 综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。 二、设计要求 1、MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法。 2、Windows 环境下语音信号采集的方法。 3、数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。 4、MTLAB 设计FIR 和IIR 数字滤波器的方法。 5、用MATLAB 对信号进行分析和处理 6、课程设计报告4000字以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。 7、上机演示。 8、有详细的文档。文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。 三、进度安排 第一周星期一：课题讲解，查阅资料 星期二: 总体设计，详细设计 星期三：编程，上机调试、修改程序 星期四：上机调试、完善程序 星期五：答辩 星期六-星期天：撰写课程设计报告 附： 课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。 正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分；三、主要功能的实现；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。
数字信号处理课程设计
《数字信号处理》课程设计 设计题目：基于MATLAB 的音乐信号处理和分析 一、课程设计的目的 (2) 二、课程设计基本要求 (2) 三、课程设计内容 (2) 1、音乐信号的音谱和频谱观察 (2) 2、音乐信号的抽取（减抽样） (4) 3、音乐信号的AM调制 (8) 4、AM调制音乐信号的同步解调 (11) 5、音乐信号的滤波去噪 (19) 6、音乐信号的幅频滤波和相频滤波 (19) 四、问题讨论 (27) 1、IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的比较 (27) 2、音乐信号的音调与信号的什么特征有关？ (30) 3、音乐信号的音色与信号的什么特征有关？ (30) 4、两种不同音色的音乐信号叠加混叠后，为何人耳还可以分 辨？ (31) 5、音乐信号的幅度与相位特征对信号有哪些影响？ (31) 五、心得体会 (31)
一、课程设计的目的 本课程设计通过对音乐信号的采样、抽取、调制、解调等多种处理过程的理论分析和MATLAB实现，使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使学生掌握的基本理论和分析方法知识得到进一步扩展；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。 二、课程设计基本要求 1学会MATLAB 的使用，掌握MATLAB的基本编程语句。 2掌握在Windows 环境下音乐信号采集的方法。 3掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。 4掌握MATLAB 设计FIR 和IIR 数字滤波器的方法。 5 掌握使用MATLAB处理数字信号、进行频谱分析、设计数字滤波器的编程方法。 三、课程设计内容 1、音乐信号的音谱和频谱观察 使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号（要求：时间不超过5s、文件格式为wav文件） ①使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率；（注意：读取的信号是双声道信号，即为双列向量，需要分列处理）； ②输出音乐信号的波形和频谱，观察现象； ③使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。
12级数字信号处理课程设计
二○一四～二○一五学年第一学期电子信息工程系 课程设计计划书 班级：电子信息工程(DB)2012级班课程名称：信号处理综合课程设计 学时学分：1周1学分 指导教师： 二○一四年十二月四日
1、课程设计目的： 综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。 2、课程设计时间安排： 第一天：教师布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点。 第二天：查阅资料（在图书馆或上网），弄清题目要求，提出解决方案。 第三～五天：根据题目要求，将理论推导与编程实现相结合，写出设计报告。 第六天：验收。 3、课程设计内容及要求：（二选一） (1) 频分复用（Frequency division multiplexing ，FDM ）通信模型仿真研究 图1为FDM 系统复用和解复用原理，编程实现该通信系统。 设计要求： ① Matlab 支持麦克风，可直接进行声音的录制，要求录制3路不同人的语音信号，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。 ② 将各路语音信号分别与各自的不同的高频载波信号相乘，由于各高频载波信号将各语音 信号频谱移到不同频段，复用信号频谱为各信号频谱的叠加，因此，只需传输该复用信号便可在同一信道上实现各路语音信号的同时传输。画出复用信号的频谱图。 载波信号n 载波信号1 载波信号n 复用 解复用 图1 频分复用系统 ③ 传输完成后，通过选择合适的带通滤波器，即可获得各个已调信号；给定滤波器的性能 指标，设计合适数字滤波器，并画出带通滤波器的频率响应。 ④ 再进行解调，即将各个已调信号分别乘以各自的高频载波信号，这样，原始低频信号被 移到低频段。画出解调后3路信号各自的频谱图。 ⑤ 最后通过选择合适的低通滤波器恢复出各原始语音信号，从而实现FDMA 通信传输。 画出低通滤波器的频率响应，恢复信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对
数字信号处理课程设计参考题目
数字信号处理课程设计资料 使用MATLAB（或其他开发工具）编程实现下述内容并写出课程设计报告。 一、课程设计参考题目与设计内容（也可自行选题） 设计一基于DFT的信号频谱分析 主要要求： 1.对离散确定信号作如下谱分析： (1) 截取x(n)使x(n)成为有限长序列N，(长度N自己选)写程序计算出x(n)的N 点DFT的X(k),并画出时域序列图和相应的幅频图。 (2) 将(1)中x(n)补零加长至M点，长度M自己选,（为了比较补零长短的影响，M可以取两次值，一次取较小的整数，一次取较大的整数），编写程序计算x(n)的M点DFT, 画出时域序列图和两次补零后相应的DFT幅频图。 2. 研究信号频域的物理分辨率与信号频域的分析分辨率，明白两者的区别。(1)采集数据x(n)长度取N=16点，编写程序计算出x(n)的16点DFTX(k),并画出相应的幅频图。 (2) 采集数据x(n)长度N=16点，补零加长至M点(长度M自己选)，利用补零DFT计算x(n)的频谱并画出相应的幅频图。 (3) 采集数据x(n)长度取为M点（注意不是补零至M），编写程序计算出M点采集数据x(n)的的频谱并画出相应的幅频图。 3.对比设计内容1、2中各个仿真图，说明补零DFT的作用。补零DFT能否提高信号的频谱分辨率，说明提高频谱物理分辨率与频谱频域分辨率的措施各是什么？ 设计二用窗函数法设计FIR数字低通滤波器 主要要求： 1.熟悉各种窗函数,在MATLAB命令窗下浏览各种窗函数，绘出（或打印）各种窗函数图。 2.编写计算理想低通滤波器单位抽样响应的m函数文件。 3根据指标（低通FIR滤波器的指标自行选择）要求选择窗函数的形状与长度N。
数字信号处理综合实验报告
综合实验 1.实验目的 能综合利用信号处理的理论和Matlab工具实现对信号进行分析和处理 （1）熟练对信号进行时域和频域分析； （2）熟练进行滤波器设计和实现； （3）掌握对信号的滤波处理和分析。 2．实验原理 设计并实现滤波器对信号进行分析和处理是信号处理课程学习的主要内容。通过对信号进行频谱分析，能发现信号的频率特性，以及组成信号的频率分量。对信号进行滤波处理，能改善信号的质量，或者为数据处理（如传输，分类等）提供预处理，等。本次实验是对特定信号进行分析并进行滤波处理，需要综合应用之前的实验内容，主要有以下几个方面。（1）离散时间信号与系统的时域分析 Matlab为离散时间信号与系统的分析提供了丰富且功能强大的计算函数和绘图分析函数，便于离散时间信号和系统的时域表示和分析。 （2）信号的频域分析 信号处理课程主要学习了离散信号和系统的频域分析方法与实现，以及滤波器的设计与实现。离散信号与系统的频域分析包括DTFT、DFT、Z变换等，FFT则是DFT的快速实现。用Matlab分析信号的频谱可以用freqz函数或者FFT函数。 （3）滤波器设计 滤波器的设计首先要确定滤波器的类型，即低通、高通、带通还是带阻。滤波器的边缘频率可以通过对信号的频谱分析得到，滤波器的幅度指标主要有阻带最小衰减As和通带最大衰减Ap。一般来说，As越大，对截止通过的频率分量的衰减越大；Ap越小，对需要保留的频率分量的衰减越小。因此，As越大，Ap越小，滤波器的性能越好，但随之而来，滤波器的阶数越大，实现的代价（包括计算时间和空间）越大。由此，滤波器的设计需要对滤波器性能和实现代价进行均衡考虑。 另外根据冲激响应的长度可以分为IIR和FIR两种类型。两种类型的滤波器各有特点。用FIR滤波器可以设计出具有严格线性相位的滤波器，但在满足同样指标的条件下，FIR滤波器的阶数高于IIR滤波器。Matlab为各种类型的滤波器的设计提供了丰富的函数，可以借助这些函数方便地设计出符合要求地滤波器。 3. 实验内容及步骤 已知长度为100的离散信号x，主要由三种不同频率的信号构成。请对x进行分析，并设计相应的滤波器，得到构成x的三种信号。 实验步骤： 调用离散信号x:load('C:\Users\zhongxin\Desktop\x.mat') （1）对信号进行时域和频域分析，确定信号x的频率分量。 程序： subplot(2,1,1); stem(x); %时域分析 title('time domain of x '); [X,w]=freqz(x); %频域分析 subplot(2,1,2);plot(w/pi,abs(X)); title('freqency domain of x ') 结果：
数字信号处理课程设计
数字信号处理课程设计(综合实验) 班级：电子信息工程1202X 姓名：X X 学号：1207050227 指导教师：XXX 设计时间：2014.12.22-2015.1.4 成绩： 评
实验一时域采样与频域采样定理的验证实验 一、设计目的 1. 时域采样理论与频域采样理论是数字信号处理中的重要理论。要求掌握模拟信号采样前后频谱的变化，以及如何选择采样频率才能使采样后的信号不丢失信息； 2. 要求掌握频率域采样会引起时域周期化的概念，以及频率域采样定理及其对频域采样点数选择的指导作用。 二、程序运行结果 1.时域采样定理验证结果： 2.频域采样定理验证结果：
三、参数与结果分析 1. 时域采样参数与结果分析：对模拟信号 () a x t 以T进行时域等间隔理想采样，形成 的采样信号的频谱会以采样角频率Ωs（Ωs=2π/T）为周期进行周期延拓。采样频率Ωs必
须大于等于模拟信号最高频率的两倍以上，才能使采样信号的频谱不产生频谱混叠。 () a x t 的最高截止频率为500HZ，而因为采样频率不同，得到的x1(n)、x2(n)、x3(n)的长度不同。频谱分布也就不同。x1(n)、x2(n)、x3(n)分别为采样频率为1000HZ、300HZ、200HZ时候的采样序列，而进行64点DFT之后通过DFT分析频谱后得实验图中的图，可见在采样频率大于等于1000时采样后的频谱无混叠，采样频率小于1000时频谱出现混叠且在Fs/2处最为严重。 2.频域采样参数与结果分析：对信号x(n)的频谱函数进行N点等间隔采样，进行N点IDFT[()NXk]得到的序列就是原序列x(n)以N为周期进行周期延拓后的主值区序列。对于给定的x(n)三角波序列其长度为27点则由频率域采样定理可知当进行32点采样后进应该无混叠而16点采样后进行IFFT得到的x(n)有混叠，由实验的图形可知频域采样定理的正确性。 四、思考题 如果序列x(n)的长度为M，希望得到其频谱在［0, 2π］上的N点等间隔采样，当N 数字信号处理综合设计 实验报告 专业：通信工程 班级：09通信8班 一、实验目的: （1） 深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程 （2） 了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW 软件设计与仿真工具，设计一个FIR 数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值， 通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件zhan3.svu ） （1） 检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2） 检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3） 检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施； （4） 实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 sin ω2 基带信号1 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、实验内容： 1.使用MATLAB软件中的图形化工具按照zhan3连接带通滤波器、低通滤波器等如下图： 《数字信号处理课程设计》 课程总结报告 题目运用matlab的数字音效处理系统设计 学院电子信息工程学院 专业通信工程 姓名赵亚 学号P2******* 队员吴双胜程勇 20 15 年 12月 21日 安徽大学电子学院通信工程系 目录 一、设计的目的和意义--------------------------------------------- 4 1.1设计的目的和意义------------------------------------------------ 4 1.2关于MATLAB软件：------------------------------------------- 4 1.3课题要求及分工--------------------------------------------------- 5 二、实现方案--------------------------------------------------------- 5 2.1总体方案------------------------------------------------------------ 5 2.2设计流程图--------------------------------------------------------- 6 三、设计原理 ---------------------------------------------------------- 7 3.1回声部分设计------------------------------------------------------ 7 3.2混响部分设计------------------------------------------------------ 8 3.3和声部分设计------------------------------------------------------ 8 四、设计过程 ---------------------------------------------------------- 9 4.1设计方案------------------------------------------------------------ 9 4.2实验程序---------------------------------------------------------- 10 4.2.1原始信号分析 ------------------------------------------------- 10 4.2.2回声信号的产生与分析 ------------------------------------- 12 4.2.3混响的产生与分析 ------------------------------------------- 16 4.2.4和声的产生与分析 ------------------------------------------- 19 4.4.5简易的界面设计 ---------------------------------------------- 21 4.5实验结果分析---------------------------------------------------- 21数字信号综合设计
数字信号处理 课 程 设 计