【2017年整理】数字信号处理-多采样率数字信号处理在数字语音系统中的应用.doc

目录 一、课程设计的性质与目的 1 二、课程设计题目 1 1. 设计目的 1 2. 设计要求 1 3. 设计步骤 2 三、课程设计要求 2 四、设计进度安排 2 五、设计原理 3 1. 巴特沃斯滤波器 3 2. 采样定理 4 3. 椭圆滤波器 4 4. 抽取与内插 5 六、实验步骤及效果图 6 1. 信源的时域和频域分析 6 2. 对原始信号进行滤波 7 3. 对滤波后的信号采样 8 4. 椭圆滤波器滤波 9 5. 对语音信号进行抽取和内插处理 10 6. 语音信号的恢复 11 7. 信号波形图对比 12 七、问题及解决办法 14 1. 信源的时域和频域分析 原代码 14 2. 对原始信号进行滤波 原代码 15 3. 椭圆滤波器滤波 原代码 16 八、心得体会 17 一、课程设计的性质与目的 《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在《数字信号处理》课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 3、设计步骤 设计模拟预滤波器，其过渡带为4≤f≤12 kHz。 以16 kHz的采样率进行语音采样。 设计数字滤波器滤掉采样后频谱在4～12 kHz的频带中发生的混叠。 按抽取因子D=2进行抽取，降低采样率，使得数据量不增加。 按内插因子I=2进行内插，将采样率提高2倍。 设计模拟恢复低通滤波器恢复的语音信号。 课程设计要求 1、在一周内学生须上机16小时以上，程序调试完后，须由指导老师在机器上检查运行结果，经教师认可后的源程序可通过打印机输出，并请教师在程序清单上签字。 2、课程设计报告内容和格式：设计题目，设计的详细步骤，设计过程中的结果、图形等，设计总结。 3、每组每人必须独立完成，成绩的考核按设计结果、答辩成绩及课程设计报告来综合评定。成绩分为优、良、中、及格、不及格五级分评定。 4、指导教师：彭祯 曹燚 罗雅博。 设计进度安排 通信工程1301/02: 周周一上午，E-,布置课程设计任务，学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题； 周周二上午，E-,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题； 周周三上午，E-,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题； 周周四上午，E-,学生任务完成，答辩并提交课程设计报告。 设计原理 1、巴特沃斯滤波器 设计巴特沃斯低通滤波器的方法： 计算归一化频率； 根据设计要求按照： 计算巴特沃斯滤波器的参数C和阶次N，当ap=3db时，C=1； 利用N查表获得归一化巴特沃斯低通原型滤波器的系统函数H（p）； 令H（p）中的得到截止频率为wp的巴特沃斯低通滤波器。 设计巴特沃斯低通滤波器的指标： wp-通带边界频率的归一化值； ws-阻带边界频率的归一化值； Rp-通带最大衰减； Rs-阻带最小衰减。 用MATLAB函数设计巴特沃斯滤波器： [Z,P,K]=buttap(N);计算N阶巴特沃斯归一化模拟低通原型滤波器系统函数的零、极点增益因子； [N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)； [N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)； [B,A]=butter(N,wc,’ftype’)； [B,A]=butter(N,wc,’ftype’,’s’)。 采样定理 模拟信号经过A/D变换转换为数字信号的过程称之为采样，信号采样后其频谱产生了周期延拓，每隔一个采样频率ws，重复出现一次。 为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中成分的2倍，这是采样的基本法则，成为采样定理。需要注意的是，在对信号进行采样时，满足采样定理只能保证不发生频率混叠，对信号的频谱做逆傅立叶变换时，可以完全变换为时域采样信号，而不能保证此时的采样信号能 真实反映原信号。 一般频谱函数是复函数，相加应该是复数相加，只有当信号最高频率不超过Fs/2时，才不会产生频率混叠现象。 椭圆滤波器 椭圆滤波器在通带和阻带内都具有等波纹幅频响应特性，是可以获得对理想滤波器幅频响应的最好逼近，是一种性价比最高的滤波器。 用MATLAB函数设计椭圆滤波器： [z,p,k]=ellipap(N,Rp,As)； [N,wpo]=ellipord(wp,ws,Rp,As)； [N,wpo]=ellipord(wp,ws