數(shù)字信號(hào)處理答辯課件

1、數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)參與人員參與人員姓名姓名學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)分工分工聶歡聶歡2010101007資料搜尋資料搜尋王芳王芳2010101004資料搜尋資料搜尋楊小慧楊小慧2010101179資料搜尋資料搜尋秦園麗秦園麗（主講）（主講）2010101001ppt演講演講程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)趙萬(wàn)珍趙萬(wàn)珍2010101014程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)劉敬亞劉敬亞2010101026程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)劉夢(mèng)曦劉夢(mèng)曦2010101012程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)任崇皓任崇皓2010102043程序調(diào)試程序調(diào)試白心靈白心靈2010102047程序調(diào)試程序調(diào)試一、概述 綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理課程的理論知識(shí)進(jìn)綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理

2、課程的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析以及濾波器設(shè)計(jì)，通過理論推導(dǎo)得行頻譜分析以及濾波器設(shè)計(jì)，通過理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，從而復(fù)習(xí)鞏出相應(yīng)結(jié)論，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，從而復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，提高了對(duì)所學(xué)知識(shí)固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，提高了對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。的綜合應(yīng)用能力。二、設(shè)計(jì)原理n參考參考數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理教材。教材。 1.在在MATLAB軟件平臺(tái)下利用函數(shù)軟件平臺(tái)下利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，得到聲音數(shù)據(jù)變量音信號(hào)進(jìn)行采樣，得到聲音數(shù)據(jù)變量x，同時(shí)把，同時(shí)把x的的采樣頻率采樣頻率fs和數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)位n放進(jìn)放進(jìn)MATLAB工作空間。工作空間。x,fs

3、,n=wavread(D:matas.wav);語(yǔ)音信號(hào)輸出指令為：語(yǔ)音信號(hào)輸出指令為：sound（x，fs）；）；然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析：然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析：X=fft（x）；）；其中，運(yùn)用快速傅里葉變換（其中，運(yùn)用快速傅里葉變換（FFT）對(duì)信號(hào)進(jìn)行）對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜特性。傅里葉變換，得到頻譜特性。1010()() ()1()() ()NkNnNk nNkXkDF TxnxnWxnI DF TxnXkWN 2.設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)以下三種數(shù)字濾波器：用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)以下三種數(shù)字濾波器：（

4、1）低通濾波器性能指標(biāo)）低通濾波器性能指標(biāo)fb=1000Hz，fc1200Hz， As100db，Ap1db。（2）高通濾波器性能指標(biāo)）高通濾波器性能指標(biāo) fs4800Hz，fb5000Hz，As100db，Ap1db。（3）帶通濾波器性能指標(biāo)）帶通濾波器性能指標(biāo) fb11200Hz，fb23000Hz，fc11000Hz，fc23200Hz，As100db，Ap1db。采用矩形窗設(shè)計(jì)濾波器。采用矩形窗設(shè)計(jì)濾波器。矩形窗的定義：一個(gè)矩形窗的定義：一個(gè)N點(diǎn)的矩形窗函數(shù)定義為如下：點(diǎn)的矩形窗函數(shù)定義為如下：1 , 00 ,()nNwn其 他矩形窗的主瓣寬度小（矩形窗的主瓣寬度?。?*pi/N），具

5、有較高的頻率分辨率，旁瓣），具有較高的頻率分辨率，旁瓣峰值峰值-13dB,過渡帶寬為過渡帶寬為1.8*pi/N,阻帶最小衰減阻帶最小衰減-21dB。3比較兩種濾波器的性能，然后用性能好的比較兩種濾波器的性能，然后用性能好的各濾波器分別對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，在各濾波器分別對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，在MATLAB中，中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)濾波器利用函數(shù)fftfilt對(duì)信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，進(jìn)行濾波，IIR濾波器利用函數(shù)濾波器利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。畫出濾波前后的波形及頻譜。行濾波。畫出濾波前后的波形及頻譜。4. 在在Matlab中中, 函數(shù)函數(shù)sound 可以對(duì)聲音進(jìn)行回放，可以對(duì)

6、聲音進(jìn)行回放，其調(diào)用格式其調(diào)用格式: sound (x, fs, bits)； 可以感覺濾波前后的聲音變化。可以感覺濾波前后的聲音變化。 sound(x1_low,Fs); sound(x1_high,Fs); sound(x1_daitong,Fs);三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（具體程序及演示）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 錄制一段個(gè)人自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制一段個(gè)人自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣后的語(yǔ)音信錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣后的語(yǔ)音信號(hào)號(hào) 進(jìn)行頻譜分析；進(jìn)行頻譜分析； 給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，得出濾波器法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，

7、得出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，得出濾波后信號(hào)的采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，得出濾波后信號(hào)的時(shí)域波時(shí)域波 形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；行對(duì)比，分析信號(hào)的變化； 回放語(yǔ)音信號(hào)。回放語(yǔ)音信號(hào)。 流流 程程在Matlab軟件平臺(tái)下, 利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)一段話進(jìn)行采樣, 并記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。 運(yùn)用函數(shù)y,fs,bits=wavread(d：一段話);可以得到： 采樣頻率：fs = 44100Hz bits =16 Ts=26s 采樣點(diǎn)數(shù) N=Ts*fs N=26*4

8、4100=11.5*1051、語(yǔ)音信號(hào)的采集、語(yǔ)音信號(hào)的采集 首先畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形， 然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。 在Matlab 中, 可以利用函數(shù)fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換, 得到信號(hào)的頻譜特性。程序如下：2、語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析、語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析 x1,Fs,bits=wavread(d:一段話一段話.wav); sound(x1,Fs,bits); figure(1); plot(x1); %做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖形做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖形 title(原始語(yǔ)音信號(hào)原始語(yǔ)音信號(hào)); xlabel(time n);ylabel(yinliang n); figure(2); y

9、1=fft(x1); %做做length(x1)點(diǎn)的點(diǎn)的FFT y1=fftshift(y1); %平移，是頻率中心為平移，是頻率中心為0 derta_Fs = Fs/length(x1); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨率設(shè)置頻譜的間隔，分辨率 plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(y1); %畫出原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖畫出原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖 title(原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜);grid on;頻譜分析頻譜分析頻譜分析頻譜分析設(shè)計(jì)濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波, 比較濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形及頻譜。要求自己確定濾波器的性能指標(biāo)，用沖激響應(yīng)不變法、雙線

10、性變換法或窗函數(shù)法設(shè)計(jì)3種濾波器：低通、高通和帶通濾波器。A.低通濾波器的設(shè)計(jì)：低通濾波器的設(shè)計(jì)：性能指標(biāo)：wc1是濾波器截止頻率；wp1是通帶邊界頻率；ws1是阻帶邊界頻率。程序如下：程序如下：3、用濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波、用濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波 fs=44100; fc1=1100; wc1=2*pi*fc1/fs; %歸一化頻率歸一化頻率 wp1=2*pi*1000/fs;ws1=2*pi*1200/fs; N1=ceil(200*2*pi/(ws1-wp1); %濾波器的長(zhǎng)度濾波器的長(zhǎng)度 Window=boxcar(N1+1); %長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為N1的矩形窗的矩形窗Window b

11、1=fir1(N1,wc1/pi,Window); figure(3); freqz(b1,1,512); title(低通濾波器的頻率響應(yīng)低通濾波器的頻率響應(yīng)); x1_low = filter(b1,1,x1);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波 figure(4); plot(x1_low);title(信號(hào)經(jīng)過低通濾波器信號(hào)經(jīng)過低通濾波器(時(shí)域時(shí)域); figure(5); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_low); title(信號(hào)經(jīng)過低通濾波器（頻域）信號(hào)經(jīng)過低通濾波器（頻域）);低通濾波低通濾波低通

12、濾波低通濾波B高通濾波器的設(shè)計(jì)：高通濾波器的設(shè)計(jì)：性能指標(biāo)：wc2是濾波器截止頻率；wp2是通帶邊界頻率；ws2是阻帶邊界頻率。程序如下：程序如下： fs=44100; fc2=4900; wc2=2*pi*fc2/fs; wp2=2*pi*5000/fs;ws2=2*pi*4800/fs; N2=ceil(4*pi/(wp2-ws2); %濾波器的長(zhǎng)度濾波器的長(zhǎng)度 Window=boxcar(N2+1); b2=fir1(N2,wc2/pi,high); figure(6); freqz(b2,1,512);%數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)數(shù)字濾波器頻率響應(yīng) title(高通濾波器的頻率響應(yīng)高通濾波器的

13、頻率響應(yīng)); x1_high = filter(b2,1,x1);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行高通濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行高通濾波 figure(7);plot(x1_high);title(信號(hào)經(jīng)過高通濾波器信號(hào)經(jīng)過高通濾波器(時(shí)時(shí)域域); figure(8);plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_high); title(信號(hào)經(jīng)過高通濾波器（頻域）信號(hào)經(jīng)過高通濾波器（頻域）);高通濾波高通濾波高通濾波高通濾波C帶通濾波器的設(shè)計(jì)：帶通濾波器的設(shè)計(jì)：性能指標(biāo)：w1.w2是濾波器帶通范圍 fs=44100 f1=1100;f2=3100; %帶通濾波

14、器的通帶范圍帶通濾波器的通帶范圍 w1=2*pi*f1/fs; %0.1567=0.0499pi w2=2*pi*f2/fs; %0.4417=0.1407pi w=w1,w2; N3=ceil(4*pi/(2*pi*200/fs); %濾波器的長(zhǎng)度濾波器的長(zhǎng)度 b3=fir1(N3,w/pi,bandpass);%帶通濾波器帶通濾波器 figure(9); freqz(b3,1,512);%數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)數(shù)字濾波器頻率響應(yīng) title(帶通濾波器的頻率響應(yīng)帶通濾波器的頻率響應(yīng)); x1_daitong = filter(b3,1,x1);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行高通濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行高通濾波 figur

15、e(10);plot(x1_daitong);title(信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器(時(shí)時(shí)域域); figure(11); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_daitong); title(信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器（頻域）信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器（頻域）);帶通濾波帶通濾波帶通濾波帶通濾波4、回放語(yǔ)音信號(hào)、回放語(yǔ)音信號(hào)在Matlab中, 函數(shù)sound 可以對(duì)聲音進(jìn)行回放，其調(diào)用格式: sound (x, fs, bits)；可以感覺濾波前后的聲音變化。 sound (x1, fs, bits); %原音原音 sound

16、(x1_low,Fs); %原音經(jīng)過低通濾波后的聲音原音經(jīng)過低通濾波后的聲音sound(x1_high,Fs); %原音經(jīng)過高通濾波后的聲音原音經(jīng)過高通濾波后的聲音 sound(x1_daitong,Fs); %原音經(jīng)過帶通濾波后的聲音原音經(jīng)過帶通濾波后的聲音原音回放原音回放結(jié)果分析結(jié)果分析 經(jīng)過回放三個(gè)不同類型濾波器輸出的語(yǔ)音信經(jīng)過回放三個(gè)不同類型濾波器輸出的語(yǔ)音信號(hào)，并與原語(yǔ)音信號(hào)對(duì)比得到了如下結(jié)論。號(hào)，并與原語(yǔ)音信號(hào)對(duì)比得到了如下結(jié)論。 語(yǔ)音高頻成分音質(zhì)非常尖銳，齒音中，聲音語(yǔ)音高頻成分音質(zhì)非常尖銳，齒音中，聲音有些暗淡。有些暗淡。 語(yǔ)音低頻成分音質(zhì)沉穩(wěn)，空間感覺強(qiáng)，語(yǔ)音語(yǔ)音低頻成分音質(zhì)沉穩(wěn)，空間感覺強(qiáng)，語(yǔ)音渾厚。渾厚。 語(yǔ)音中頻成分音質(zhì)有力度，有通透感。語(yǔ)音中頻成分音質(zhì)有力度，有通透感。四、體會(huì)與收獲 以往都是通過課本來(lái)感性的認(rèn)知語(yǔ)音信號(hào)，以往都是通過課本來(lái)感性的認(rèn)知語(yǔ)音信號(hào)，通過本次的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)語(yǔ)音信號(hào)有了通過本次的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)語(yǔ)音信號(hào)有了一個(gè)較為實(shí)際的認(rèn)識(shí)。一個(gè)較為實(shí)際的認(rèn)識(shí)。 于此同時(shí)，讓我再次把數(shù)字信號(hào)處理及數(shù)字于此同時(shí)，讓我再次把數(shù)字信號(hào)處理及數(shù)字濾波器的設(shè)