第13章_數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例

第13章數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例,.,2,數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)、遙感系統(tǒng)、地質(zhì)勘探、機(jī)械振動(dòng)、交通運(yùn)輸、宇宙航行、自動(dòng)測(cè)量等方面都有廣泛的應(yīng)用本章介紹數(shù)字信號(hào)處理的兩種典型應(yīng)用舉例數(shù)字信號(hào)處理在雙音頻多撥號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理在音樂(lè)信號(hào)處理中的應(yīng)用,.,3,數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例1,13.1數(shù)字信號(hào)處理在雙音頻多撥號(hào)系統(tǒng)中應(yīng)用電話系統(tǒng)中的雙音多頻信號(hào)雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)戈澤爾算法檢測(cè)DTMF信號(hào)的DFT參數(shù)選擇DTMF信號(hào)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn),.,4,13.1.1電話系統(tǒng)中的雙音多頻信號(hào),雙音多頻（DualToneMultiFrequency,DTMF)信號(hào)是音頻電話中的撥號(hào)信號(hào)，由美國(guó)AT4,5,6,66;7,8,9,67;42,0,35,68;%DTMF信號(hào)代表的16個(gè)數(shù)N=205;K=18,20,22,24,31,34,38,42;%8個(gè)基頻對(duì)應(yīng)的8個(gè)k值f1=697,770,852,941;%行頻率向量f2=1209,1336,1477,1633;%列頻率向量TN=input(輸入6位電話號(hào)碼=1);%輸入6位數(shù)字TNr=0;%接收端電話號(hào)碼初值為零form=1:6%分別對(duì)每位號(hào)碼數(shù)字處理:產(chǎn)生信號(hào),發(fā)聲,檢測(cè)d=fix(TN/10(6-m);%計(jì)算出第m位號(hào)碼數(shù)字TN=TN-d*10(6-m);forp=1:4;forq=1:4;iftm(p,q)=abs(d);break,end%檢測(cè)與第m位號(hào)碼相符的列號(hào)qendend,.,24,13.1.5DTMF信號(hào)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn),n=0:1023;%為了發(fā)聲,加長(zhǎng)序列x=sin(2*pi*n*fl(p)/8000)+sin(2*pi*n*f2(q)/8000);%構(gòu)成雙音頻信號(hào)sound(x,8000);%發(fā)出聲音pause(0.1);%相鄰號(hào)碼響聲之間加0.1s停頓%接收檢測(cè)端的程序X=goertzel(x(1:N),K+1);%用Goertzel算法計(jì)算8點(diǎn)DFT樣本val=abs(X);%列出8點(diǎn)DFT的模subplot(3,2,1);stem(K,val,.);xlabel(k);ylabel(|X(k)|)%畫(huà)出8點(diǎn)DFT的幅度axis(10500120);1imit=80;%基頻檢測(cè)門限為80fors=5:8;ifval(s)1imit,break,end%查找列號(hào)endfori=1:4;ifval(s)1imit,break,end%查找行號(hào)end,.,25,13.1.5DTMF信號(hào)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn),TNr=TNr+tm(r,s-4)*10(6-m);%將6位電話號(hào)碼表示成一個(gè)6位數(shù),以便顯示enddisp(接收端檢測(cè)到的號(hào)碼為:)disp(TNr)%顯示接收到的6位電話號(hào)碼運(yùn)行程序，根據(jù)提示輸入6位電話號(hào)碼123456，回車后可以聽(tīng)見(jiàn)6位電話號(hào)碼對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)的聲音，并輸出響應(yīng)的6幅頻譜圖，如圖13.1.2所示,.,26,13.1.5DTMF信號(hào)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn),圖13.1.26位電話號(hào)碼123456的DTMF信號(hào)在8個(gè)近似基頻點(diǎn)的DFT幅度,.,27,數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例2,13.2數(shù)字信號(hào)處理在音樂(lè)信號(hào)處理中的應(yīng)用時(shí)域處理頻域處理一階濾波器和斜坡濾波器二階濾波器和均衡器圖形均衡器,.,28,13.2.1時(shí)域處理,在音樂(lè)廳中，聽(tīng)眾接收的聲音信號(hào)有三種直達(dá)聲：直接傳播到聽(tīng)眾的聲音信號(hào)早期反射：接下來(lái)收到的一些比較近的回音早期反射通過(guò)房間各方向進(jìn)行反射，到達(dá)聽(tīng)眾的時(shí)間是不定的混響：早期反射以后，由于多次反復(fù)反射，越來(lái)越多的密集反射波傳給聽(tīng)眾，這部分反射群被稱為混響混響的振幅隨時(shí)間呈指數(shù)衰減,.,29,13.2.1時(shí)域處理,上面的概念可以用圖13.2.1描述,圖13.2.1房間內(nèi)一個(gè)單聲源產(chǎn)生的各種混響,.,30,13.2.1時(shí)域處理,早期反射基本上是直達(dá)聲的延時(shí)和衰減，時(shí)間波形和直達(dá)聲一樣混響由密集的回聲組成，可以用數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)這種回聲假設(shè)直接聲音信號(hào)用x(n)表示,直接聲音的一次反射波形僅是幅度衰減和時(shí)間延遲，收到的信號(hào)為式中R表示延遲時(shí)間，將上式進(jìn)行Z變換，得到,（13.2.1）,（13.2.2）,.,31,13.2.1時(shí)域處理,H(z)是一個(gè)FIR濾波器，也是個(gè)R階的梳狀濾波器x(n)經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)濾波器便得到了它和它的一次反射音的合成聲音，該濾波器稱為單回聲濾波器單回聲濾波器的結(jié)構(gòu)、單位脈沖響應(yīng)及幅度特性如圖13.2.2所示,圖13.2.2單回聲濾波器,.,32,13.2.1時(shí)域處理,多重回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可表示為上式是一個(gè)R濾波器設(shè),多重回聲濾波器的結(jié)構(gòu)、單位脈沖響應(yīng)如圖13.2.3所示,（13.2.3）,13.2.3多重回聲濾波器,.,33,13.2.1時(shí)域處理,當(dāng)產(chǎn)生無(wú)窮多個(gè)回聲時(shí)，式(13.2.3)中同時(shí)再延時(shí)R，此時(shí)IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為設(shè)R=4，其結(jié)構(gòu)圖、單位脈沖響應(yīng)和幅度特性如圖13.2.4所示,（13.2.4）,13.2.4產(chǎn)生無(wú)限個(gè)回聲的IIR濾波器,.,34,13.2.1時(shí)域處理,由圖13.2.4(c)可見(jiàn)，該幅度特性不夠平穩(wěn)，且回波也不夠密集，會(huì)引起回聲顫動(dòng)為得到一種比較接近實(shí)際的混響，提出一種有全通結(jié)構(gòu)的混響器，它的系統(tǒng)函數(shù)為這種全通混響濾波器的結(jié)構(gòu)及單位脈沖響應(yīng)如圖13.2.5所示其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是只用一個(gè)乘法器和一個(gè)延時(shí)器將圖13.2.4(a)和全通混響器進(jìn)行組合，可以達(dá)到令人滿意的一種聲音混響器，如圖13.2.6,.,35,13.2.1時(shí)域處理,圖13.2.5全通混響器,圖13.2.6一種自然聲音混響器的方案,.,36,13.2.1時(shí)域處理,如果用一個(gè)低通FIR濾波器或者R濾波器G(z)函數(shù)替換式(13.2.4)中的,形成系統(tǒng)函數(shù)為該濾波器稱為齒狀濾波器，可以用于人為地產(chǎn)生自然音調(diào),（13.2.5）,.,37,13.2.2頻域處理,1.一階濾波器和斜坡濾波器一階低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為一階高通數(shù)字濾波器用下式表示它們的3dB截止頻率用下式計(jì)算,（13.2.6）,（13.2.8）,（13.2.7）,.,38,13.2.2頻域處理,式(13.2.6)和式(13.2.7)也可以寫(xiě)成下面兩式式中利用式(13.2.9)和(13.2.10)進(jìn)行組合，形成如圖13.2.7所示的濾波器,（13.2.10）,（13.2.11）,（13.2.9）,.,39,13.2.2頻域處理,A1(z)是一個(gè)一階全通函數(shù)該濾波器有一個(gè)輸入和兩個(gè)輸出，上端是高通輸出，下端是低通輸出3dB截止頻率可以用全通濾波器的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整,圖13.2.7有一個(gè)參數(shù)可調(diào)的一階低通/高通濾波器,.,40,13.2.2頻域處理,如果將圖13.2.7中的兩個(gè)輸出進(jìn)行組合，形成下面的系統(tǒng)函數(shù)式中K是一個(gè)常數(shù)其結(jié)構(gòu)圖如圖13.2.8所示增益特性如圖13.2.9所示該濾波器稱為低頻斜坡濾波器,.,41,13.2.2頻域處理,圖13.2.8低頻斜坡濾波器,圖13.2.10高頻斜坡濾波器,圖13.2.9低頻斜坡濾波器增益特性,.,42,13.2.2頻域處理,高頻斜通濾波器系統(tǒng)函數(shù)為其結(jié)構(gòu)圖如圖13.2.10所示增益特性如圖13.2.11所示,圖13.2.11高頻斜通濾波器增益特性,.,43,13.2.2頻域處理,高、低頻斜坡濾波器都可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)K控制通帶的強(qiáng)弱K1，通帶增強(qiáng)K1，通帶減弱K=1，通帶保持原幅度高、低頻斜坡濾波器都可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)a控制帶寬,.,44,13.2.2頻域處理,2.二階濾波器和均衡器二階帶通和二階帶阻濾波器的系統(tǒng)函數(shù)分別為帶通濾波器的中心頻率和帶阻濾波器的陷波頻率用計(jì)算它們的3dB帶寬用下式計(jì)算,（13.2.12）,（13.2.13）,（13.2.15）,.,45,13.2.2頻域處理,二階帶通和二階帶阻濾波器的系統(tǒng)函數(shù)還可寫(xiě)成,（13.2.16）,（13.2.17）,（13.2.18）,其中,.,46,13.2.2頻域處理,和前面方法類似，將上面兩式組合成一個(gè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖13.2.12(a)所示圖中上臂是帶阻輸出，下臂是帶通輸出全通部分A2(z)用如圖13.2.12(b)所示的格型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是可以獨(dú)立地調(diào)諧中心頻率及3dB帶寬,圖13.2.12二階帶通/帶阻濾波器,.,47,13.2.2頻域處理,和一階的情況一樣，用二階帶通/帶阻濾波器上臂和下臂組合成下面的二階均衡器式中K是一個(gè)正常數(shù)二階均衡器的結(jié)構(gòu)圖如圖13.2.13所示中心頻率用參數(shù)獨(dú)立調(diào)整3dB帶寬由參數(shù)單獨(dú)決定幅度響應(yīng)的峰值或者谷值由給出通過(guò)改變參數(shù)K,和得到的增益響應(yīng)如圖13.2.14圖13.2.16所示,（13.2.19）,.,48,13.2.2頻域處理,圖13.2.13二階均衡器結(jié)構(gòu),圖13.2.14二階均衡器增益響應(yīng),圖13.2.16二