數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告

1、.數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告05941401 1120141454 焦奧一、設(shè)計(jì)原理本次課程設(shè)計(jì)采用matlab軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)用其函數(shù)庫(kù)，產(chǎn)生、處理、存儲(chǔ)信號(hào)。涉及到的設(shè)計(jì)原理如下：1.信號(hào)的產(chǎn)生與采樣以某一頻率進(jìn)行抽樣，抽取固定時(shí)間，則可以產(chǎn)生不同數(shù)量的離散點(diǎn)。這些點(diǎn)數(shù)越多，頻率越高，時(shí)間越短，信號(hào)越接近原始信號(hào)。2.信號(hào)的頻譜和功率譜分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，即可得到其頻譜。在matlab中，對(duì)應(yīng)函數(shù)為fft，并且可以指定點(diǎn)數(shù)；fft之后需要進(jìn)行乘2除N的處理，才能夠讓最終頻譜幅值正常。采樣得到的頻譜中心對(duì)稱，取一半即可。功率譜采用自帶函數(shù)periodogram即可。3.濾波器的產(chǎn)

2、生和濾波濾波器通過(guò)系統(tǒng)函數(shù)來(lái)產(chǎn)生。常見(jiàn)濾波器有IIR和FIR，各自又可以分為巴特沃斯、切比雪夫，海明窗、布萊克曼窗、矩形窗等。在同一種濾波器內(nèi)，又可以分為低通、高通、帶通、帶阻等不同類型的濾波器。針對(duì)不同類型的濾波器，matlab有不同類型的函數(shù)，方便簡(jiǎn)單。反映濾波器功能的常用方法是做頻域分析，matlab中通過(guò)freqz來(lái)實(shí)現(xiàn)。濾波通過(guò)函數(shù)filter()來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.音頻信號(hào)的讀取和存儲(chǔ)音頻信號(hào)可以用audioread來(lái)進(jìn)行讀取，并自動(dòng)獲得采樣率。存儲(chǔ)可以采用audiowrite來(lái)指定位置。二、設(shè)計(jì)方案1.系統(tǒng)圖2.流程圖1.信號(hào)的產(chǎn)生產(chǎn)生比較有代表性的信號(hào)，如：正弦波、三角波、方波、AM波

3、、chirp波、高斯白噪聲等等，并對(duì)以上信號(hào)進(jìn)行加噪。手動(dòng)導(dǎo)入語(yǔ)音信號(hào)，格式MP3。2.信號(hào)的采樣和分析預(yù)置采樣頻率，可以手動(dòng)輸入采樣率；針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)，可以直接讀取原始采樣率；指定采樣時(shí)間。獲得采樣率和采樣時(shí)間之后，計(jì)算信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)，并進(jìn)行fft分析。分析完成，顯示時(shí)域、頻域波形?？衫^續(xù)顯示功率譜。3.濾波器的產(chǎn)生和濾波利用matlab自帶的函數(shù)產(chǎn)生巴特沃斯、切比雪夫?yàn)V波器。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)針對(duì)音頻濾波為主，不要求線性相位，故暫且不用FIR濾波器。種類分為低通、高通、帶阻、帶通?？梢允謩?dòng)指定階數(shù)、通頻帶、阻帶、衰減倍數(shù)。產(chǎn)生之后，顯示濾波器單位響應(yīng)、頻域波形，并可以進(jìn)行濾波。濾波之后，可以查看當(dāng)前

4、信號(hào)的頻域、時(shí)域波形。4.信號(hào)的存儲(chǔ)對(duì)于正弦信號(hào)等波形，可以直接存儲(chǔ)時(shí)域圖像；對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)，可以存儲(chǔ)濾波之后的信號(hào)，格式包括wav、ogg、flac等等。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論以輸入多正弦波為例，首先指定參數(shù)：抽樣頻率1024Hz，時(shí)間2s，正弦波參數(shù)用預(yù)置值：得到一個(gè)信號(hào)：接下來(lái)進(jìn)行加噪：功率譜：若要得到最左邊的正弦波，使用低通濾波器，設(shè)定參數(shù)：得到濾波器：進(jìn)行濾波：消除了大部分噪音，只保留了一個(gè)信號(hào)。顯示功率譜：觀察到只有一條譜線。接下來(lái)，舉例導(dǎo)入語(yǔ)音信號(hào)。選擇一個(gè)文件導(dǎo)入：得到波形，并自動(dòng)播放：加噪：低通濾波：頻譜和時(shí)域波形有較大改善。存儲(chǔ)信號(hào)：保存之后即為濾波后波形。其他具體功能就不枚舉了

5、，請(qǐng)實(shí)測(cè)。從信號(hào)的產(chǎn)生到加噪，再到濾波處理、存儲(chǔ)波形，本次設(shè)計(jì)總體來(lái)講完成了所有基本指標(biāo)。本軟件最有效的地方在于可以將一個(gè)音頻信號(hào)導(dǎo)入、處理，并進(jìn)行存儲(chǔ)，真正實(shí)現(xiàn)音頻處理的功能。不足和改進(jìn)的地方有：沒(méi)有加上調(diào)整坐標(biāo)軸疏密的滾輪條，沒(méi)有設(shè)計(jì)FIR濾波器。但相對(duì)來(lái)講，音頻處理不要求線性相位，在去除這一點(diǎn)之后IIR和FIR沒(méi)有太多區(qū)別；而且matlab的函數(shù)庫(kù)產(chǎn)生IIR最為方便，因此略去。如果有下一次相似設(shè)計(jì)，可以考慮加上一個(gè)更加有效的音頻濾波器，比如說(shuō)通過(guò)平均功率來(lái)濾波。四、軟件說(shuō)明書(shū)1.產(chǎn)生信號(hào)設(shè)定采樣率和時(shí)間點(diǎn)擊相應(yīng)信號(hào)按鈕調(diào)整加噪的幅度加噪。其中預(yù)置了初始采樣率和時(shí)間，信號(hào)的相關(guān)參數(shù)也已經(jīng)內(nèi)

6、置，可以調(diào)整。語(yǔ)音信號(hào)方面，可以從計(jì)算機(jī)選擇目錄，導(dǎo)入MP3文件，并自動(dòng)讀取采樣率。點(diǎn)擊功率譜按鈕可以顯示功率譜。2.產(chǎn)生濾波器設(shè)定不同類型的不同種濾波器輸入?yún)?shù)，其中選擇“自動(dòng)”時(shí)，無(wú)需設(shè)定階數(shù)，否則需要自行設(shè)定階數(shù)點(diǎn)擊“產(chǎn)生濾波器”看到“成功”之后可以點(diǎn)擊“顯示濾波器”，或者可以直接點(diǎn)擊“濾波”對(duì)上一個(gè)信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波之后默認(rèn)顯示信號(hào)的時(shí)域和頻域波形。此時(shí)點(diǎn)擊功率譜按鈕可以顯示當(dāng)前功率譜。3.存儲(chǔ)波形如果是非語(yǔ)音信號(hào)，則存儲(chǔ)時(shí)域波形；如果是音頻信號(hào)，就存儲(chǔ)當(dāng)前的音頻。4.其他任何時(shí)候點(diǎn)擊當(dāng)前信號(hào)功率譜、時(shí)域波形、頻譜三個(gè)按鈕，都可以顯示當(dāng)前信號(hào)的相應(yīng)譜形。當(dāng)濾波器參數(shù)不正確時(shí)，顯示“未成功”，只有參數(shù)正確時(shí)，才會(huì)顯示“成功”，所以請(qǐng)看到“成功”再進(jìn)行濾波。純軟件啟動(dòng)時(shí)間較漫長(zhǎng)，是因?yàn)樵诎惭b運(yùn)行環(huán)境；可以直接啟動(dòng)matlab運(yùn)行.m文件。五、學(xué)習(xí)總結(jié)本次課程學(xué)到了dsp相關(guān)知識(shí)。采用研究性學(xué)習(xí)的方法很有創(chuàng)新性，但是也有不少弊端，比如同學(xué)講得不夠透徹。建議調(diào)整到老師比重百分之五十以上。前幾次的大作業(yè)相