数字信号处理综合实验.doc

通信与信息工程学院 数字信号处理课程设计 班 级： 姓 名： 学 号： 张释如、李国民、张龙妹、王瑜 设计时间： 成 绩： 评 语： 通信与信息工程学院 二〇一五年 数字信号处理课程设计报告 一、课程设计时间 2015年12月28日 至 2016年1月8日 二、课程设计目的 数字信号处理主要研究如何对信号进行分析、变换、综合、估计与识别等加工处理的基本理论和方法。通过课程设计，使学生巩固所学基本理论，掌握最基本的数字信号处理的理论和方法，提高综合运用所学知识，提高计算机编程的能力。进一步加强学生独立分析问题、解决问题的能力、综合设计及创新能力的培养，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后的工作打下良好的基础。 课程设计任务及要求 1、掌握数字信号处理IIR滤波器设计及FIR滤波器设计原理和实现，能根据不同的应用设计合理的滤波器； 2、掌握多频率采样的原理，并能分析其频谱特性； 3、了解语音信号处理的原理，并能根据实际情况设计合理的滤波器进行除燥处理； 3、编程实现以下实验内容： （1）数字信号的基本运算 （2）多采样率数字信号处理 （3）数字滤波器的设计及仿真 （4）语音信号滤波处理。一、 数字信号的基本运算 一、实验目的： (1) 掌握数字信号的时间翻转、上采样、下采样等基本运算； (2) 学会用MATLAB对数字信号进行时间翻转、上采样、下采样等运算； 二、设计内容： (1) 利用Windows下的录音机以采样频率8000Hz录制语音“新年好”和“好”，在Matlab软件平台下，利用wavread函数得到两个语音数据（信号长度不够时信号补零使其长度为8000）； (2) 对采样得到的语音数据x(k)分别进行处理模仿回音效果，演示回声的效果，数据处理如下式：x(k)=x(k)+a*x(k-d) 其中d为时延，a为时延信号的衰减幅度。 (参数：时延d=0.4秒，衰减幅度a=0.5 对上述语音信号进行时间反转x(-k)、上采样x(k/2)、下采样x(2k)操作，并演示运算效果。 设计过程： 分析：对语音信号进行下采样得x(k/2)，可以看成是对x(k)隔点抽取一个点。在时域上其长度变短，幅度变化加快。在频域上频谱幅度减小，低频成分减少。 对语音信号进行上采样得x(2k)，可以看成是对x(k)内插一个零。在时域上其长度变长，包络幅度变化减慢，故其在频谱图上低频成份有所增加。由于每两个点间内插了一个零，其变化加快，故其在频谱图上高频成份也增加了很多。其它成份基本不变。 信号进行时间反转得x(-k)，其频谱和x(k)完全相同，因为反转只是改变信号在时域上出现的先后顺序，其频率没有改变。 运行结果： 二、多采样率数字信号处理 一、设计目的： (1) 了解数字信号处理中的多采样率的抽取和插值处理； （2）学会用MATLAB对信号进行多采样率的抽取和插值处理； （3）查找资料，掌握数字信号处理中的多采样率理论。 二、设计内容： （1）对采集得到的语音信号“新年好”和“好”分别进行fft，分析信号频谱特性； （2）对语音信号“好”对进行下采样（每隔4中抽取一个采样），演示采样信号的声音效果，分析信号的频谱特性，绘出其频谱并进行分析。 （3）对语音信号“好”进行上采样（上采样系数为D=4），演示上采样信号的声音效果，分析其频谱并进行分析。 （4）先对语音信号“好”进行低通滤波（截止频率为Fs/D的线性相位FIR滤波器，过渡带宽度为0.04Fs），再对其进行下采样；然后进行上采样（系数为D），对上采样信号进行低通滤波，比较该信号与原始信号的差别，并进行分析。 （5）试用IIR低通滤波器对语音信号做相同处理，比较结果的区别。 三、设计过程： 分析：对语音信号进行下采样得x(k/4)，可以看成是对x(k)隔4点抽取一个点。在时域上其长度变短，幅度变化加快。在频域上频谱幅度减小，低频成分减少。 对语音信号进行上采样得x(4k)，可以看成是对x(k)内插4个零。在时域上其长度变长，包络幅度变化减慢，故其在频谱图上低频成份有所增加。由于每两个点间内插了一个零，其变化加快，故其在频谱图上高频成份也增加了很多。其它成份基本不变。 对于FIR,IIR滤波器的设计用凯赛尔窗和椭圆滤波器。 运行结果： 下图为用IIR低通滤波器对语音信号处理 思考题： 语音信号进行下采样后的信号频谱与原信号频谱有什么不同，为什么？ 答：经过采样系数为D=4的下采样后信号长度减小到1/5，即间隔4个点抽取一个 的。其频谱幅度减小，低频分量减少，中高频分量基本不变，声音变快。 （2） FIR滤波器滤波结果和IIR滤波结果有什么不同