數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書l 設(shè)計(jì)題目：語音信號(hào)的數(shù)字濾波×數(shù)字濾波器的×設(shè)計(jì)【說明】題目中的“×”主要有以下幾種：² IIR數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)² IIR數(shù)字濾波器的雙線性變換法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（矩形）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（三角）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（漢寧）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（海明）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（Bartlett）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)² FIR數(shù)字濾波器的（凱澤）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)l 設(shè)計(jì)步驟及要求一、 語音信號(hào)

2、的采集：1. 利用Windows系統(tǒng)采集：（1） 按“開始程序附件娛樂錄音機(jī)”的順序操作打開Windows系統(tǒng)中的錄音機(jī)軟件（2） 用麥克風(fēng)錄入自己的聲音信號(hào)并保存成文件（語音信號(hào)的長度不得少于1秒）（3） 記錄以下內(nèi)容：l 語音信號(hào)文件保存的文件名、格式（擴(kuò)展名，一般應(yīng)為“.wav”）l 語音信號(hào)的采樣速率（建議保存語音文件時(shí)選擇采樣頻率等于8000Hz）l 語音信號(hào)的時(shí)間長度2. 利用MP3等設(shè)備采集：（1） 用MP3等設(shè)備的麥克風(fēng)錄入自己的聲音信號(hào)并保存成文件（2） 記錄以下內(nèi)容：l 語音信號(hào)文件保存的文件名、格式（擴(kuò)展名，一般應(yīng)為“.wav”，若不是，需轉(zhuǎn)換成“.wav”格式）l 語音

3、信號(hào)的采樣速率l 語音信號(hào)的時(shí)間長度二、 語音信號(hào)的頻譜分析：1. 將上一步驟中保存下來的語音信號(hào)文件“*.wav”復(fù)制到計(jì)算機(jī)裝有Matlab軟件的磁盤中相應(yīng)Matlab目錄中的“work”文件夾中2. 雙擊桌面上Matlab軟件的快捷圖標(biāo)，打開Matlab軟件3. 在菜單欄中選擇“FilenewM-File”或是點(diǎn)擊快捷按鈕，打開m文件編輯器4. 在m文件編輯器中輸入相應(yīng)的指令將自己的語音信號(hào)導(dǎo)入Matlab工作臺(tái)說明：l 比較常用的語音文件導(dǎo)入指令為：wavread（），具體使用方法可以在Matlab命令窗口中鍵入“help”指令查詢；l 一般情況下錄入的雙聲道語音信號(hào)中（主要指.wav

4、文件）右導(dǎo)入交保存為變量后，其變量應(yīng)當(dāng)是一個(gè)二列的二維數(shù)組，其中每一列對(duì)應(yīng)一個(gè)聲道，數(shù)組的行數(shù)等于采樣速率與時(shí)間的乘積（即單聲道的采樣點(diǎn)數(shù)）；l 有的同學(xué)對(duì)利用fft( )函數(shù)求取信號(hào)頻譜的形式不太清楚，我這里說明一下：（以下面這段程序?yàn)槔﹕, fs=wavread(' speech.wav '); %將語音文件“speech.wav”中的波形信號(hào)值賦值給數(shù)組s %將采樣速率賦值給變量fsL=2floor(log2(length(s) ; %取被處理信號(hào)的長度為小于語音信號(hào)長度的最大的2整數(shù)次冪s1=s(200:200+L-1); %舍棄語音信號(hào)起首空白部分，取被處理信號(hào)s1

5、的長度為Lwavwrite(s1, fs,'s1.wav'); %將被處理信號(hào)s1輸出為語音文件“s1.wav”s2=awgn(s1,15); %在被處理信號(hào)s1上迭加15dB的AWGN，并賦值給數(shù)組s2wavwrite(s2,fs,'s2.wav'); %將含噪聲的信號(hào)s2輸出為語音文件“s2.wav”S1=fft(s1); %將被處理信號(hào)s1求取L點(diǎn)的FFT，其頻譜賦值給數(shù)組S1n=0:L-1; %定義時(shí)間序號(hào)n，長度與被處理信號(hào)s1相同subplot(311); %把一個(gè)圖形窗口中分三行一列，在第一個(gè)分區(qū)中畫圖plot(n,s1); %繪制被處理的語音信號(hào)

6、的時(shí)間域波形k=0:L-1; %定義頻譜序號(hào)k，長度與被頻譜S1相同subplot(312); %在圖形窗口第二個(gè)分區(qū)中畫圖plot(k,abs(S1); %繪制被處理的語音信號(hào)的FFT幅頻特性|DFTs1(n)|detf=fs/L; %計(jì)算頻率分辨率，并賦值給變量detfsubplot(313); %在圖形窗口第三個(gè)分區(qū)中畫圖plot(k(1:L/2)*detf,abs(S1(1:L/2); %繪制被處理的語音信號(hào)s1的實(shí)際幅頻特性（正頻率段）FFT與實(shí)際連續(xù)信號(hào)頻譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系：上圖是程序程序執(zhí)行結(jié)果，其中第二個(gè)圖是信號(hào)的FFT結(jié)果，其橫坐標(biāo)的具體值是X(k)中的序號(hào)k；第三個(gè)圖是確定濾波頻

7、率范圍的參考圖，其橫坐標(biāo)的具體值應(yīng)當(dāng)是遵循DFT定義式和頻率分辨率求得的：，當(dāng)k等于0時(shí)， ，從數(shù)字角頻率上看，對(duì)應(yīng)的正好是即直流的位置，也就是說，大家在取濾波頻段時(shí)，應(yīng)當(dāng)將主要能量（即紅色框框住的部分）保留，其余頻段部分的信號(hào)濾除。至于對(duì)于主要能量具體值的確定由大家自己設(shè)定。頻率分辨率：X(k)=DFTx(n)相當(dāng)于是信號(hào)x(n)的實(shí)際頻譜X(ej)=DTFTx(n)的采樣，而x(n)又是連續(xù)時(shí)間語音信號(hào)x(t)的采樣。X(k)的每兩個(gè)相鄰取值之間的頻率間隔大小對(duì)應(yīng)到語音信號(hào)x(t)的頻譜中去，其頻率間隔大小正好是，稱頻率分辨率。5. 編寫程序段，利用Matlab中已有的FFT程序函數(shù)和畫圖

8、程序函數(shù)對(duì)導(dǎo)入的語音信號(hào)進(jìn)行分析，并根據(jù)自己的語音信號(hào)頻譜中主要能量的分布特征確定自己的語音信號(hào)所在的頻段說明：l 比較常用的FFT求取命令函數(shù)為fft（），具體使用方法可以在Matlab命令窗口中鍵入“help”指令查詢l 比較常用的繪圖指令為：plot（）和subplot( )，具體使用方法可以在Matlab命令窗口中鍵入“help”指令查詢6. 記錄以下內(nèi)容：² 你在信號(hào)頻譜分析時(shí)所截取的語音信號(hào)的長度N² 利用fft( )函數(shù)和繪圖指令分析你自己語音信號(hào)的頻譜圖（可以直接在Matlab繪圖窗口保存）² 你所認(rèn)為你的讀音信號(hào)的能量主要頻段（）三、 濾波器的設(shè)

9、計(jì)：1. 確定濾波器的參數(shù)：l 根據(jù)上一步驟中設(shè)定的自己語音信號(hào)主要能量分布的頻段（）設(shè)定要設(shè)計(jì)的濾波器的通帶截止頻率、阻帶截止頻率（注意模擬角頻率和數(shù)字角頻率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系）l 確定你所要設(shè)計(jì)的濾波器的通帶允許最大衰減（）和阻帶必須達(dá)到的最小衰減（）l 確定你所要設(shè)計(jì)的濾波器的類型（LPF、BPF、HPF、BSF）2. 設(shè)計(jì)濾波器：（1） 確定你所要設(shè)計(jì)濾波器采用哪一種方法（IIR還中FIR）（2） 根據(jù)上一步驟所設(shè)定的濾波器參數(shù)進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)（起到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H（z）求出）（3） 驗(yàn)證自己所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)是否滿足要求3. 用matlb編程語句實(shí)現(xiàn)并寫入你所編寫的m文件

10、中，命名，保存4. 在設(shè)計(jì)說明書中記錄以下內(nèi)容：l 設(shè)計(jì)的濾波器的通帶截止頻率、阻帶截止頻率l 設(shè)計(jì)過程l 設(shè)計(jì)結(jié)果（主要有數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H（z）、數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)說明：l 以上濾波器設(shè)計(jì)過程中的所有相關(guān)的計(jì)算基本上在Matlab中都能找到相應(yīng)的函數(shù)來輔助計(jì)算，充分利用matlab所提供的各種運(yùn)算函數(shù)可以大大地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)運(yùn)算，具體使用方法可以參見相關(guān)的參考書。四、 疊加噪聲：1. 產(chǎn)生一個(gè)長度為N的噪聲信號(hào)2. 將噪聲信號(hào)迭加到語音信號(hào)上，導(dǎo)出，保存成“*.wav”文件。（具體方法可參見第2頁程序段）說明：l 比較常用的語音文件導(dǎo)出指令為：wavwrite（），具體使用方法可以在Mat

11、lab命令窗口中鍵入“help”指令查詢l 比較常用的噪聲生成疊加指令為：awgn（），具體使用方法可以在Matlab命令窗口中鍵入“help”指令查詢3. 將語音與噪聲合成的信號(hào)送入你所設(shè)計(jì)的濾波器中進(jìn)行濾波說明：l 若你所設(shè)計(jì)的濾波器是用單位采樣響應(yīng)h(n)表示的，可以利用帶噪聲語音與h(n)做時(shí)域卷積，即：。在Matlab中，卷積運(yùn)算可以用函數(shù)“conv( )”實(shí)現(xiàn)，具體用法可用“help conv”命令在Matlab命令窗口下查詢l 若你所設(shè)計(jì)的濾波器是用頻率響應(yīng)表示的，可以利用帶噪聲語音的頻譜（即快速傅里葉變換的結(jié)果）與做頻域乘積，即：，先得到濾波結(jié)果的頻譜，再取離散傅里葉反變換，得

12、到濾波結(jié)果的時(shí)域波形采樣。相乘時(shí)，要注意濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)的采樣與帶噪聲語音的頻譜二者必須具有相同的頻率分辨率，否則濾波結(jié)果不會(huì)正確。4. 將濾波結(jié)果導(dǎo)出保存成“*.wav”文件。五、 濾波效果分析：1. 比較濾波前（含噪聲信號(hào)的文件）和濾波后的語音信號(hào)效果2. 計(jì)算濾波前后的信噪比（可以用能量比來進(jìn)行計(jì)算）3. 記錄以下內(nèi)容：l 濾波前（含噪聲信號(hào)）的文件名稱和濾波后的文件名稱l 濾波前（含噪聲）的信號(hào)和濾波后信號(hào)的信噪比l 信號(hào)采樣的頻率分辨率。附件1：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書附件2：課程設(shè)計(jì)說明書模板課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè)班 級(jí)姓 名設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2010-7-52010-7-

13、11設(shè)計(jì)題目：語音信號(hào)的數(shù)字濾波×數(shù)字濾波器的×設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：1. 語音信號(hào)的采樣錄音（、N）；2. 語音信號(hào)的頻譜分析（）3. 語音信號(hào)的加噪（）；4. 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（，濾波器的階數(shù)）；5. 濾波結(jié)果輸出及效果分析（）指導(dǎo)教師評(píng)語：成績： 簽字：年 月 日設(shè)計(jì)題目語音信號(hào)的數(shù)字濾波×數(shù)字濾波器的×設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)的目的通過對(duì)常用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，掌握數(shù)字信號(hào)處理的工作原理及設(shè)計(jì)方法；掌握利用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波的方法。并能夠?qū)υO(shè)計(jì)結(jié)果加以分析。二、設(shè)計(jì)步驟（參考前面指導(dǎo)書“一四”內(nèi)容，要求至少包括：² 語音信號(hào)的

14、采樣錄音（記錄、N，含單位）；² 語音信號(hào)的頻譜分析（記錄，含單位）；頻譜分析部分要有截圖說明；² 語音信號(hào)的加噪（記錄，含單位）；² 數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)（計(jì)算）過程（記錄，含單位；濾波器的階數(shù)）；² 程序清單² ）   三、設(shè)計(jì)結(jié)果與分析 （參考前面指導(dǎo)書“五”的內(nèi)容，要求至少包括：² 原始語音信號(hào)波形圖² 加噪聲以后的語音信號(hào)波形圖² 濾波后的語音信號(hào)波形圖² 加噪聲以后的語音信號(hào)的信噪比（SNR1）² 濾波后的語音信號(hào)的信噪比（SNR2）² 效果分

15、析總結(jié)）四、設(shè)計(jì)體會(huì) 五、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)要列出3篇以上，格式如下：1 謝宋和, 甘 勇. 單片機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1999.5：20-25（參考書或?qū)Ｖ袷綖?著者. 書名M. 版本(第1版不注). 出版地:出版者, 出版年月：引文所在頁碼）2 潘新民, 王燕芳. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M, 第2版. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.4：305-350（1本書只能作為1篇參考文獻(xiàn)，不能將1本書列為多個(gè)參考文獻(xiàn)）3 范立南, 謝子殿. 單片機(jī)原理及應(yīng)用教程M. 北京: 北京大學(xué)出版社, 2006.1：123-1304 Newman W M, Sbroull R F. Principles of Interactive Computer GraphicsM. New York: McGraw Hill, 1979.10：10-255卜小明, 龍全求. 一種薄板彎曲問題的四邊形位移單元J. 力學(xué)學(xué)報(bào), 1991,23(1):53-60（參考期刊雜志格式為: 作者. 論文題目J. 期刊名, 出版年, 卷號(hào)(期號(hào)): 頁碼）（期刊名前不寫出版地）6 Mastri A R. Neuropathy of diabetic neurogenic bladderJ. Ann Intern Med, 1980, 92