数字信号处理课程设计指导书(2010)
《数字信号处理》实验指导书(完整)
《数字信号处理》实验指导书通信教研室安阳工学院二零零九年三月第1章 系统响应及系统稳定性1.1 实验目的● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的零状态响应；● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的单位取样响应；● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的卷积和。
1.2 实验原理及实例分析1.2.1 离散时间系统的响应离散时间LTI 系统可用线性常系数差分方程来描述，即∑∑==-=-Mj jN i i j n x b i n y a 00)()( （1-1） 其中，i a （0=i ，1，…，N ）和j b （0=j ，1，…，M ）为实常数。
MATLAB 中函数filter 可对式（13-1）的差分方程在指定时间范围内的输入序列所产生的响应进行求解。
函数filter 的语句格式为y=filter(b,a,x)其中，x 为输入的离散序列；y 为输出的离散序列；y 的长度与x 的长度一样；b 与a 分别为差分方程右端与左端的系数向量。
【实例1-1】 已知某LTI 系统的差分方程为)1(2)()2(2)1(4)(3-+=-+--n x n x n y n y n y试用MATLAB 命令绘出当激励信号为)()2/1()(n u n x n=时，该系统的零状态响应。
解：MATLAB 源程序为>>a=[3 -4 2];>>b=[1 2];>>n=0:30;>>x=(1/2).^n;>>y=filter(b,a,x);>>stem(n,y,'fill'),grid on>>xlabel('n'),title('系统响应y(n)')程序运行结果如图1-1所示。
1.2.2 离散时间系统的单位取样响应系统的单位取样响应定义为系统在)(n 激励下系统的零状态响应，用)(n h 表示。
数字信号处理课程设计指导书
数字信号处理课程设计指导书一、课程设计目的及要求数字信号处理是一门理论性和实践性都很强的学科，通过课程设计可以加深理解掌握基本理论，培养学生分析问题和解决问题的综合能力，为将来走向工作岗位奠定坚实的基础，因此做好课程设计是学好本课程的重要教学辅助环节。
本指导书结合教材《数字信号处理教程》的内容，基于MATLAB程序语言提出课程设计的题目及要求，在做课程设计之前要求学生要尽快熟悉MATLAB语言，充分预习相关理论知识，独立编写程序，以便顺利完成课程设计。
二、课程设计任务课程设计的过程是综合运用所学知识的过程。
课程设计主要任务是围绕数字信号的频谱分析、特征提取和数字滤波器的设计来安排的。
根据设计题目的具体要求，运用MATLAB语言完成题目所规定的任务及功能。
设计任务包括：查阅专业资料、工具书或参考文献，了解设计课题的原理及算法、编写程序并在计算机上调试，最后写出完整、规范的课程设计报告书。
课程设计地点在信息学院机房，一人一机，在教师统一安排下独立完成规定的设计任务。
三、课程设计题目根据大纲要求提供以下三个课程设计题目供学生选择，根据实际情况也可做其它相关课题。
1. DFT在信号频谱分析中的应用2. 有噪声情况下信号幅度谱的研究3. 取样信号的混叠现象研究注：以上课程设计题目具体要求可参考本指导书附录一四、课程设计的内容及主要步骤1. 熟练掌握MATLAB语言。
2. 根据所选题目查阅专业资料,掌握设计原理，确定设计方案。
3. 编写程序并调试。
4. 撰写设计报告书。
注：课程设计详细内容和步骤可参考本指导书附录一五、课程设计的考核方法及成绩评定课程设计的考核依据学生的学习态度、方案合理性、资料完备性、创造性、报告撰写规范性和书面表达能力等为考核点，对学生进行综合考核。
成绩评定采用优秀、良好、中等、及格和不及格五级记分制。
评定细则如下：1.遵守纪律（10%）：根据设计出勤情况、遵守纪律情况及设计态度等因素评定；2.设计报告（80%）：根据课程设计报告书内容要求和实际完成情况评定；3.设计效果（10%）：根据设计实际完成的质量及设计中的创造性评定；对设计任务理解透彻，能够全面、正确、独立地完成设计内容所规定的任务，得出正确的设计结果，并按时提交完整、规范的设计报告，可评为优秀；按照设计任务要求能够顺利地完成任务，得出结果，按时提交较完整的、符合要求的设计报告，可评定为良好；按照设计要求完成了软件的编程与调试，基本完成了任务要求，提交符合要求的设计报告，可评为中等；基本完成设计目标，但不够完善，存在缺陷，在帮助指导下能够完成任务要求，提交设计报告，可评为及格；不能完成规定的任务和要求，未提交设计报告的，或抄袭他人设计报告的评为不及格。
百度版——数字信号处理课程设计
课程设计报告( 2009 -- 2010年度第2 学期)名称：数字信号处理题目：使用Matlab工具进行数字信号处理院系班级：学号：学生姓名指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2010年7 月8日《数字信号处理（自）》课程设计任务书一、目的与要求是使学生通过上机使用Matlab工具进行数字信号处理技术的仿真练习，加深对《数字信号处理（自）》课程所学基本理论和概念的理解，培养学生应用Matlab等工具进行数字信号处理的基本技能和实践能力，为工程应用打下良好基础。
二、主要内容1．了解Matlab基本使用方法，掌握Matlab数字信号处理的基本编程技术。
掌握数字信号的基本概念。
1）使用Matlab（生成几种典型数字信号（正弦信号、周期信号、高斯随机信号等））。
2）编程计算离散信号的特征值（均值、方差等）。
3）进行信号加减运算。
2．Matlab编程实现典型离散信号（正弦信号、周期信号、随机信号）的离散傅立叶变换，显示时域信号和频谱图形（幅值谱和相位谱）；以周期信号为例，观察讨论基本概念（混叠、泄漏、整周期截取、频率分辨率等）。
3．设计任意数字滤波器，并对某类型信号进行滤波，并对结果进行显示和分析。
三、进度计划四、设计成果要求1．提交完成设计内容的程序2．提交设计报告五、考核方式课程设计报告、设计内容演示和答辩相结合。
考核内容：考勤、纪律、课程设计报告、实际编程能力和基本概念掌握程度等。
学生姓名：指导教师2010 年7 月2日一、课程设计的目的与要求通过上机使用Matlab工具进行数字信号处理技术的仿真练习，加深对《数字信号处理（自）》课程所学基本理论和概念的理解，培养学生应用Matlab等工具进行数字信号处理的基本技能和实践能力，为工程应用打下良好基础。
二、设计正文1.了解Matlab基本使用方法，掌握Matlab数字信号处理的基本编程技术。
掌握数字信号的基本概念。
1.1使用Matlab（生成几种典型数字信号（正弦信号、周期信号、高斯随机信号等））。
数字信号处理课程设计说明书
长沙学院《数字信号处理课程设计》课程设计说明书系 (部) 电子与通信工程系专业(班级) 08通信1班姓名于升升学号 2008043103指导教师王路露、刘光灿、黄飞江、陈威兵、冯璐、张刚林起止日期 2011.4.18—2010.4.29目录一、任务与要求 (1)二、程序设计与实验仿真结果图 (3)1．语音信号的采集 (3)2.程序设计与实验仿真结果 (3)2.1原始信号和加噪信号时域跟频率分析 (3)2.2用双线性变化法设计滤波器： (4)三、工作原理与仿真结果分析 (7)四、结论与心得 (9)五、参考文献 (10)摘要本次DSP课程设计通过利用Matlab软件对信号进行分析和处理。
MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。
本次DSP课程设计的主要内容是通过对语音信号的采集，熟悉数字信号滤波器的工作原理，然后对语音信号分别进行低通、高通、带通数字滤波器的设计，并画出了各个滤波器频率响应幅度；然后对所得的不同的频谱图进行总结，分析得到这样结果的不同原因！通过本次课程设计又熟悉了利用双线性法设计各种滤波器。
关键字：MATLAB、滤波器、语音信号、双线性法一、任务与要求数字信号处理课程设计任务书系(部):电信系专业: 08通信指导教师: 王路露、刘光灿、黄飞江、陈威兵、冯璐、张刚林2011-4长沙学院课程设计鉴定表原始语音时域信号时间 n音量 n加噪声之后时域语音信号时间 n音量 n50010001500原始信号傅里叶变换后波形050010001500加噪声信号傅里叶变换波形二、程序设计与实验仿真结果图1．语音信号的采集在windows 下录制一段语音，并保存为8000KHz ，8位，单声道 wav 格式，时间控制在3秒左右。
然后在MATLAB 软件平台下，利用函数wavread 对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
数字信号处理课程设计指导书
数字信号处理上机指导设计一 正余弦信号的谱分析【一】 设计目的1. 用DFT 实现对正余弦信号的谱分析；2. 观察DFT 长度和窗函数长度对频谱的影响；3. 对DFT 进行谱分析中的误差现象获得感性认识。
【二】 设计原理一、谱分析原理数字信号处理方法的一个重要用途是在离散时间域中确定一个连续时间信号的频谱，通常称为频谱分析，更具体地说，它也包括确定能量谱和功率谱。
数字频谱分析可以应用在很广阔领域，频谱分析方法是基于以下的观测：如果连续时间信号)(t g a 是带限的，那么它的离散时间等效信号)(n g 的DFT 进行谱分析。
然而，在大多数情况下，)(t g a 是在∞<<∞-t 范围内定义的，因此)(n g 也就定义在∞<<∞-n 的无线范围内，要估计一个无限长信号的频谱是不可能的。
实用的方法是：先让模拟连续信号)(t g a 通过一个抗混叠的模拟滤波器，然后把它采样成一个离散序列)(n g 。
假定反混叠滤波器的设计是正确的，则混叠效应可以忽略，又假设A/D 变换器的字长足够长，则A/D 变换中的量化噪声也可忽略。
假定表征正余弦信号的基本参数，如振幅、频率和相位不随时间改变，则此信号的傅立叶变换)(ωj e G 可以用计算它的DTFT 得到∑∞-∞=-=n n j j e n g e G ωω)()( （1.1）实际上无限长序列)(n g 首先乘以一个长度为M 的窗函数)(n w ，使它变成一个长为M 的有限长序列，)()()(1n w n g n g =，对)(1n g 求出的DTFT )(1ωj eG 应该可以作为原连续模拟信号)(t g a 的频谱估计，然后求出)(1ωj e G 在πω20≤≤区间等分为N 点的离散傅立叶变换DFT 。
为保证足够的分辨率，DFT 的长度N 选的比窗长度M 大，其方法是在截断了的序列后面补上N －M 个零。
计算采用FFT 算法。
二、MATLAB 函数介绍1. 输入函数input( )格式：R=input(string)功能：在屏幕上显示input 括号后的’string ’内容，提示用户从键盘输入某值，并将输入的值赋给R 。
数字信号处理实验指导书V2010
习题： Q1.4 运行程序 P1.2，以产生复指数序列并记录它。 Q1.5 哪个参数控制该序列的增长或衰减率？哪个参数控制该序列的振幅？ Q1.6 若参数 c 改为 1/12+(pi/6)*i，将会发生什么情况？
第 3 页 共 18 页
Q1.7 Q1.8 Q1.9 Q1.10 Q1.11 例1.3
散时间系统的冲激响应的前 N 个样本。
% 程序 P2.1 % 计算冲激响应 y clf; N = 40; num = [1 -1]; den = [1 0.75 0.125]; y = impz(num,den,N); % 画出冲激响应 stem(y); xlabel('时间序号 n'); ylabel('振幅'); title('冲激响应'); grid;
第 4 页 共 18 页
实验 2 离散时间系统的时域分析
一、实验目的：加深对线性时不变离散时间系统的冲激响应、阶跃响应和卷积的理解。 二、实验原理：
1、基础知识
R2.1 数字滤波器对单位样本序列 [n] 的响应称为单位样本响应，简称冲激响应，用
h [n] 表示。相应的，离散时间系统对单位阶跃序列 [n] 的响应用 [n] 表示，
zeros
title
xlabel
ylabel
stairs
三、实验内容及要求：
编制程序产生信号，并绘出其图形。 例1.1 单位样本和单位阶跃序列
% 程序 P1.1 第 2 页 共 18 页
% 一个单位样本序列的产生 clf; % 产生一个从－10到20的向量 n = -10:20; % 产生单位样本序列 u = [zeros(1,10) 1 zeros(1,20)]; % 绘制单位样本序列 stem(n,u); xlabel('时间序号 n');ylabel('振幅'); title('单位样本序列'); axis([-10 20 0 1.2]);
数字信号处理实验指导书(2010)v1.001
数字信号处理 实验指导书（V1.001版）成都理工大学信息工程学院2010年9月目录第一部分实验基础 (3)第一章序列的产生 (3)1.1 单位采样序列 (3)1.2 单位阶跃序列 (4)1.3 指数序列 (5)1.4 实正弦序列 (6)1.5 斜坡序列 (7)1.6 复正弦序列 (8)1.7 随机序列 (9)第二章序列的基本运算 (10)2.1 信号的延迟 (10)2.2 信号相加 (11)2.3 信号相乘 (12)2.4 信号乘以标量值 (14)2.5 信号翻转 (14)2.6 信号和 (15)2.7 信号积 (16)2.8 信号能量 (16)第三章序列的变换 (18)3.1 Z变换 (18)3.2 Chirp Z变换 (19)3.3 DFT (21)3.4 FFT (22)3.5 DCT (23)3.6 Hilbert变换 (25)第四章 IIR数字滤波器设计 (28)4.1 Butterworth低通滤波器 (29)4.2 Chebyshev I型低通滤波器 (31)4.3 Chebyshev I型高通滤波器 (32)4.4 Chebyshev I型带通滤波器 (33)4.5 Chebyshev I型带阻滤波器 (34)4.6 基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器 (35)第五章 FIR数字滤波器设计 (38)5.1 基于频率抽样法的FIR数字滤波器设计 (38)5.2 基于Chebyshev逼近法的FIR数字滤波器设计 (40)第二部分实验内容 (42)实验一信号、系统及系统响应 (42)实验二使用FFT作谱分析 (42)实验三使用双线性Z变换法设计IIR滤波器 (42)实验四使用窗函数法设计FIR滤波器 (43)第一部分实验基础第一章序列的产生1.1 单位采样序列（1）例程% 程序1.1-1% 一个单位采样序列的产生clf; % 清屏n = 0:20; % 产生从0到20的一个向量u = [1, zeros(1,20)]; % 产生单位采样序列stem(n,u); % 绘制单位采样序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’);axis([0 20 0 1.2]);% 程序1.1-2% 一个移位单位采样序列的产生clf; % 清屏n = -10:20; % 产生从-10到20的一个向量u = [zeros(1,10), 1, zeros(1,20)]; % 产生单位采样序列stem(n,u); % 绘制单位采样序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’);axis([-10 20 0 1.2]);（2）程序运行结果时间序号(n)振幅单位采样序列时间序号(n)振幅单位采样序列图1.1-1 例程1.1-1运行结果 图1.1-2 例程1.1-2运行结果1.2 单位阶跃序列（1）例程% 程序1.2-1% 一个单位阶跃序列的产生clf; % 清屏n = 0:20; % 产生从0到20的一个向量 s = [ones(1,20)]; % 产生单位阶跃序列stem(n,u);% 绘制单位采样序列 xlabel(‘时间序号(n)’); ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’); axis([0 20 0 1.2]);（2）程序运行结果时间序号(n)振幅单位阶跃序列图1.2-1 例程1.2-1的运行结果1.3 指数序列（1）例程% 程序1.3-1% 一个复指数序列的产生clf; % 清屏c = -(1/12) + (pi/6)*I;K = 2;n = 0:40;x = K*exp(c*n);subplot(2,1,1);stem(n, real(x)); % 绘制复指数序列实部xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘实部’);subplot(2,1,2);stem(n, imag(x)); % 绘制复指数序列虚部xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘虚部’);% 程序1.3-2% 一个实指数序列的产生clf; % 清屏n = 0:35;a = 1.2;K = 0.2;x = K*a.^n;stem(n,x); % 绘制实指数序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);（2）程序运行结果时间序号(n)振幅时间序号(n)振幅虚部时间序号(n)振幅图1.3-1 例程1.3-1的运行结果 图1.3-2 例程1.3-2的运行结果1.4 实正弦序列（1）例程% 程序1.4-1% 一个实正弦序列的产生clf; % 清屏 n = 0:40; f = 0.1; phase = 0; A = 1.5;arg = 2*pi*f*n – phase; x = A * cos(arg);stem(n, x); % 绘制正弦序列 xlabel(‘时间序号(n)’); ylabel(‘振幅’); title(‘正弦序列’); grid;axis([0 40 -2 2]);（2）程序运行结果时间序号(n)振幅正弦序列图1.4-1 例程1.4-1的运行结果1.5 斜坡序列（1）例程% 程序1.5-1% 一个斜坡序列的产生clear all ; N = 32; k = 4; B = 3;x = [zeros(1,k),ones(1,N-k)]; for i=1:N x(i) = B*x(i)*(i-k); endxn = 0:N-1; stem(xn,x);axis([-1 32 0 90]);（2）程序运行结果图1.5-1 例程1.5-1的运行结果1.6 复正弦序列（1）例程% 程序1.6-1% 一个复正弦序列的产生clear all;N = 32;A = 3;w = 314;xn = 0:N-1;x = A*exp(j*w*xn);stem(xn,x);axis([-1 32 -3.2 3.2]);（2）程序运行结果图1.6-1 例程1.6-1的运行结果1.7 随机序列（1）例程% 程序1.7-1% 一个随机序列的产生lear all;N = 8;x = zeros(1,N);x(1) = 8.0;x(2) = 3.4;x(3) = 1.8;x(4) = 5.6;x(5) = 2.9;x(6) = 0.7;xn = 0:N-1;stem(xn,x);axis([-1 8 0 8.2]);（2）程序运行结果图1.7-1 例程1.7-1的运行结果第二章 序列的基本运算在数字信号处理中，信号的基本运算包括移位、相加、相乘和翻转等。
《数字信号处理》实验指导书v0.3
i
实验一 时域采样与频域采样
1. 实验目的
(1) 进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解。 (2) 熟悉 FFT 算法原理和 FFT 子程序的应用。 (3) 学习用 FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误 差及其原因。
2.实验原理
(1) 复习 DFT 的定义、性质和用 DFT 作谱分析的有关内容。 (2) 复习 FFT 算法原理与编程思想。 (3) 查询 Matlab 中 fft 函数的用法，学会通过改变 fft 的参数计算不同 DFT。 (4) 编制信号产生子程序，产生以下典型信号供谱分析用：
画图时，用 20 lg | H (k ) | 打印幅度特性。第 k 点对应的频率
ωk =
2π k N 。为使曲线包络
jω DFT 变换区间要选大些。 例如窗口长度 N = 33 时， 线更接近 H (e ) 的幅度特性曲线，
可通过在 h(n) 末尾补零的方法，使长度变为 64，再进行 64 点 DFT，则可得到更精 确的幅度衰减特性曲线。
《数字信号处理》实验指导
浙江工业大学信息工程学院通信工程系 2010.4
目录
目录 ........................................................................................................................ i 实验一 时域采样与频域采样 ............................................................................. 1 实验二 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 ................................................... 4 实验三 用窗函数法设计FIR数字滤波器........................................................... 6 附录：部分Matlab函数........................................................................................ 9
数字信号处理 课程设计指导书(部分供参考)
数字信号处理课程设计指导书计算机系通信教研室一、课程设计目的《数字信号处理》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科, 他的理论性和实践性都很强,学生在学习这门课程时, 普遍感到数字信号处理的概念抽象, 对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握.因此, 如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力, 是本课程教学中所要解决的关键问题.为了巩固所学的数字信号处理理论知识, 使学生对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解, 安排了该课程的课程设计. 通过课程设计,应能加强学生如下能力的培养:独立工作能力和创造力;综合运用专业及基础知识,解决实际工程技术问题的能力;查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力;编写技术报告和编制技术资料的能力.二、一般设计要求独立完成设计任务.按照设计任务写出设计工作小结.对设计过程所进行的有关步骤作出说明,并对完成的设计作出评价,总结自己整个设计工作中的经验教训,收获和今后研究方向.编写课程设计说明书,说明书必须按统一格式打印,装订成册,字数一般不少于三千字.三、进度安排本次课程设计时间1 周(第19周)1、第19周一、二分析问题、查阅资料、方案确定2、第19周三、四上机调试3、第19周五编写文件、答辩四、设计课题题目一:语音信号的采集与处理(一)内容录制一段个人自己的语音信号, 并对录制的信号进行采样;画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;给定滤波器的性能指标, 采用窗函数法和双线性变换设计滤波器, 并画出滤波器的频率响应;然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波, 画出滤波后信号的时域波形和频谱, 并对滤波前后的信号进行对比, 分析信号的变化;回放语音信号; 最后, 设计一个信号处理系统界面.(二)步骤与要求1.语音信号的采集利用Windows 下的录音机, 录制一段自己的话音, 时间在1 s 内.然后在Matlab 软件平台下, 利用函数wavread 对语音信号进行采样, 记住采样频率和采样点数.2.语音信号的频谱分析在M at lab 中, 可以利用函数fft 对信号进行快速傅里叶变换, 得到信号的频谱特性, 要求学生首先画出语音信号的时域波形; 然后对语音信号进行频谱分析.3.设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标:(1) 低通滤波器性能指标fb= 1000Hz, fc=1200 Hz, As=100dB, Ap= 1 dB.(2) 高通滤波器性能指标fc= 4800 Hz, fb=5 000 Hz As= 100 dB, Ap= 1 dB.(3) 带通滤波器性能指标fb1=1200 Hz, fb2=3 000 Hz, fc1= 1 000 Hz, fc2= 3 200 Hz, As=100 dB,Ap= 1dB.要求用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的 3 种滤波器.在Matlab中, 可以利用函数fir1设计FIR滤波器, 可以利用函数butte, cheby1 和ellip 设计IIR 滤波器; 利用Matlab中的函数freqz 画出各滤波器的频率响应.4.用滤波器对信号进行滤波要求用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波, 在M at lab 中, FIR 滤波器利用函数fftfilt 对信号进行滤波, IIR 滤波器利用函数filter 对信号进行滤波.5.比较滤波前后语音信号的波形及频谱要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱.6.回放语音信号在Matlab 中, 函数sound 可以对声音进行回放.其调用格式: sound (x, fs, bit s) ; 可以感觉滤波前后的声音有变化.7.设计系统界面为了使编制的程序操作方便, 要求有能力的学生, 设计处理系统的用户界面.在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型, 输入滤波器的参数, 显示滤波器的频率响应, 选择信号等. 课程设计说明书的要求1.写出各步骤的MA TLAB的程序代码;2.分析采集的语音信号的时域波形与频谱;分析滤波前后语音信号的波形与频谱;3.课程设计说明书必须按统一格式书写或打印,装订成册,字数一般不少于三千字.题目二:IIR数字滤波器的设计与仿真设计要求:。
数字信号处理课程设计说明书
广西科技大学数字信号处理课程设计说明书题目：编程实现任意确定信号的频谱分析算法（0.9）系别：计算机学院专业：通信工程班级：通信102班学号：201000402049姓名：黄绍耕指导教师：周坚和日期：2012年6月14日目录摘要 (2)一、设计内容 (2)二、设计原理 (2)三、设计目的 (4)四、实现过程 (4)4.1.CEG和弦音音频文件的频谱分析 (4)4.2.对该信号频谱能量较集中的频带滤波 (5)4.3.对滤波后的音频信号再滤出三个能量最集中的频簇 (9)4.4.重建信号与原信号的音频进行声音回放比较 (21)4.5.分析什么是和弦音 (22)五、课程设计总结 (23)六、参考文献 (23)摘要：MATLAB主要是一种应用软件，可以运用高级语言编程思想，解决电子信息中的问题，可以做出仿真结果。
如信号处理，电路分析等。
本次课程设计主要是用MATLAB作为工具平台对给定的CEG和弦音音频文件进行分析处理，编程实现任意确定信号的频谱分析算法。
设计内容（1）对给定的CEG和弦音音频文件取合适长度的采样记录点，然后进行频谱分析（信号的时域及幅频特性曲线要画出）。
（2）分析CEG和弦音频谱特点，对该信号频谱能量相对较为集中的频带（分低、中、高频）实现滤波（分别使用低通，带通及高通），显示滤波后信号的时域和频域曲线，并对滤波后的信号与原信号的音频进行声音回放比较。
（3）在低、中、高三个频带中，各滤出三个能量最集中的频簇，显示滤波后信号的时域和频域曲线。
（4）任意选择几个滤出的频带（或频簇）进行时域信号重建（合成），与原信号的音频进行声音回放比较。
讨论：根据上述结果，分析什么是和弦音。
二、设计原理1、采用双线性变换法设计滤波器，其原理如下：S平面与z平面之间满足以下映射关系：s平面的虚轴单值地映射于z平面的单位圆上，s平面的左半平面完全映射到z平面的单位圆内。
双线性变换不存在混叠问题。
双线性变换时一种非线性变换，这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。
数字信号处理课程设计
数字信号处理 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字信号处理的基本概念、原理和方法，掌握其数学表达和物理意义；2. 掌握数字信号处理中的关键算法，如傅里叶变换、快速傅里叶变换、滤波器设计等；3. 了解数字信号处理技术在通信、语音、图像等领域的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析数字信号处理问题，提出合理的解决方案；2. 能够运用编程工具（如MATLAB）实现基本的数字信号处理算法，解决实际问题；3. 能够对数字信号处理系统的性能进行分析和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字信号处理学科的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，提高沟通与表达能力；3. 增强学生对我国在数字信号处理领域取得成就的自豪感，树立为国家和民族发展贡献力量的信心。
课程性质：本课程为专业选修课，旨在使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法，培养其解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础和编程能力，对数字信号处理有一定了解，但缺乏系统学习和实践经验。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，采用案例教学、互动讨论等教学方法，提高学生的参与度和实践能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 数字信号处理基础：包括数字信号、离散时间信号与系统、信号的采样与恢复等基本概念，使学生建立数字信号处理的基本理论框架。
教材章节：第一章 数字信号处理概述2. 傅里叶变换及其应用：介绍傅里叶变换的原理、性质和应用，以及快速傅里叶变换算法。
教材章节：第二章 傅里叶变换及其应用3. 数字滤波器设计：讲解数字滤波器的基本原理、设计方法和性能评价，包括IIR和FIR滤波器。
教材章节：第三章 数字滤波器设计4. 数字信号处理应用案例分析：通过通信、语音、图像等领域的实际案例，使学生了解数字信号处理技术的应用。
《数字信号处理》课程设计指导13
《数字信号处理》课程设计指导一、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。
二、课程设计题目题目1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。
1、设计步骤：（1）语音信号采集录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。
然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
（2）语音信号分析使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。
根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。
（3）含噪语音信号合成在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：①白噪声；②单频噪色（正弦干扰）；③多频噪声（多正弦干扰）；④其它干扰，可设置为低频、高频、带限噪声，或Chirp干扰、冲激干扰。
绘出叠加噪声后的语音信号时域和频谱图，在视觉上与原始语音信号图形对比，也可通过Windows播放软件从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。
（4）数字滤波器设计及滤波给定滤波器的规一化性能指标（参考指标,实际中依据每个同学所叠加噪声情况而定）例如：通带截止频率wp=0.25*pi, 阻通带截止频率ws=0.3*pi; 通带最大衰减Rp=1 dB; 阻带最小衰减Rs=15 dB，每个题目至少设计出5个用不同方法的不同类型滤波器。
数字信号处理指导书
实验一 信号、系统及系统响应一、 实验目的：1、 熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定的理解。
2、 熟悉时域离散系统的时域特性。
3、 利用卷积方法观察分析系统的时域特性。
4、 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对连续信号、离散信号及系统响应进行频域分析。
二、实验内容及步骤：1、 认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的傅里叶变换及性质等有内容，阅读本实验原理与方法。
2、 了解要使用到的MA TLAB 命令：1）基于DTFT 离散时间信号分析函数：freqz ，real ，imag ，abs ，angle ，unwrap 。
函数freqz 可以用来计算一个以ωj e的有理分式形式给出的序列的DTFT 值。
freqz 的形式多样，常见的有H=freqz(num,den,w),其中num 表示序列有理分式DTFT 的分子多项式系数，den 表示分母多项式系数（均按z 的降幂排列），矢量w 表示在0～π2中给定的一系列频率点集合。
freqz 函数的其他形式参见帮助。
在求出DTFT 值后，可以使用函数real, imag, abs 和angle 分别求出并绘出其实部，虚部，幅度和相位谱。
如果需要，还可以用unwrap 函数消除相位中的跳变。
2）函数fft(x)可以计算R 点序列的R 点DFT 值；而fft(x,N)则计算R 点序列的N 点DFT ，若R>N ，则直接截取R 点DFT 的前N 点，若R<N ，则x 先进行补零扩展为N 点序列再求N 点DFT 。
函数ifft(X)可以计算R 点的谱序列的R 点IDFT 值；而ifft(X,N)同fft(x,N)的情况。
卷积函数2）conv 用求于两个有限长度序列的卷积。
3、 实验准备工作：1）产生实验中要用到的下列信号序列： a ．采样信号序列：对下面连续信号：)()s i n ()(0t u t Aet x ata Ω=- 进行采样，可得到采样序列)()sin()()(0n u nT AenT x n x anta a Ω==-，500<≤n其中A 为幅度因子，a 为衰减因子，0Ω是模拟角频幸，T 为采样间隔。
数字信号处理实验指导书课案
前言数字信号处理是一门理论和工程实践密切结合的课程。
为了加深对教学内容的理解，应在学习理论的同时，加强上机实验，深入理解和消化基本理论，锻炼初学者独立解决问题的能力。
本课程实验要求学生运用MA TLAB编程完成一些数字信号处理的基本功能。
MATLAB是一高效的工程计算语言，它将计算、可视化和编程等功能集于一个易于使用的环境。
在MATLAB环境中描述问题计编制求解问题的程序时，用户可以按照符合人们科学思维的方式和数学表达习惯的语言形式来书写程序。
MATLAB广泛应用于工业，电子，医疗和建筑等众多领域。
其典型应用主要包括以下几个方面：数学计算；算法开发；数据采集；系统建模和仿真；数据分析和可视化科学和工程绘图；应用软件开发（包括用户界面）。
；实验1 用MATLAB 产生时域离散信号一、.实验目的：1、了解常用时域离散信号及其特点2、掌握用MA TLAB 产生时域离散信号的方法 二、.实验原理： 1、时域离散信号的概念在时间轴的离散点上取值的信号，称为离散时间信号。
通常，离散时间信号用x(n)表示，其幅度可以在某一范围内连续取值。
由于信号处理设备或装置（如计算机、专用的信号处理芯片等）均以有限位的二进制数来表示信号的幅度，因此，信号的幅度也必须离散化。
我们把时间和幅度均取离散值的信号称为时域离散信号或数字信号。
在MA TLAB 语言中，时域离散信号可以通过编写程序直接产生。
2、常用时域离散信号的生成 1) 单位抽样序列 单位抽样序列的表示式为⎩⎨⎧=01)(n δ00≠=n n 或 ⎩⎨⎧=-01)(k n δ 0≠=n kn 以下三段程序分别用不同的方法来产生单位抽样序列。
例1-1 用MA TLAB 的关系运算式来产生单位抽样序列。
n1= -5;n2=5;n0=0; n=n1:n2; x=[n==n0]; stem(n,x,'filled');axis([n1,n2,0,1.1*max(x)]); xlabel('时间(n)');ylabel('幅度x(n)');title('单位脉冲序列');运行结果如图1-1所示：时间(n)幅度x (n )单位脉冲序列图1-1例1-2 用zeros 函数和抽样点直接赋值来产生单位抽样序列。
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数字信号处理课程设计指导书李远征闫红梅西安科技大学通信与信息工程学院电子信息工程系2010.10设计一 正余弦信号的谱分析【一】 设计目的1. 用DFT 实现对正余弦信号的谱分析；2. 观察DFT 长度和窗函数长度对频谱的影响；3. 对DFT 进行谱分析中的误差现象获得感性认识。
【二】 设计原理一、谱分析原理数字信号处理方法的一个重要用途是在离散时间域中确定一个连续时间信号的频谱，通常称为频谱分析，更具体地说，它也包括确定能量谱和功率谱。
数字频谱分析可以应用在很广阔领域，频谱分析方法是基于以下的观测：如果连续时间信号)(t g a 是频带有限的，那么对其离散时间等效信号)(n g 的DFT 进行谱分析。
然而，在大多数情况下，)(t g a 是在∞<<∞-t 范围内定义的，因此)(n g 也就定义在∞<<∞-n 的无线范围内，要估计一个无限长信号的频谱是不可能的。
实用的方法是：先让模拟连续信号)(t g a 通过一个抗混叠的模拟滤波器，然后把它采样成一个离散序列)(n g 。
假定反混叠滤波器的设计是正确的，则混叠效应可以忽略，又假设A/D 变换器的字长足够长，则A/D 变换中的量化噪声也可忽略。
假定表征正余弦信号的基本参数，如振幅、频率和相位不随时间改变，则此信号的傅立叶变换)(ωj eG 可以用计算它的DTFT 得到∑∞-∞=-=n nj j en g e G ωω)()( （1.1）实际上无限长序列)(n g 首先乘以一个长度为M 的窗函数)(n w ，使它变成一个长为M 的有限长序列，)()()(1n w n g n g =，对)(1n g 求出的DTFT )(1ωj e G 应该可以作为原连续模拟信号)(t g a 的频谱估计，然后求出)(1ωj eG 在πω20≤≤区间等分为N 点的离散傅立叶变换DFT 。
为保证足够的分辨率，DFT 的长度N 选的比窗长度M 大，其方法是在截断了的序列后面补上N －M 个零。
计算采用FFT 算法。
二、MATLAB 函数介绍1. 输入函数input( ) 格式：R=input(string)功能：在屏幕上显示input 括号后的‟string ‟内容，提示用户从键盘输入某值，并将输入的值赋给R 。
例如，在命令窗口输入R=input(…How many apples ‟) 会显示How many apples 从键盘输入 3会显示R=32. 一维快速傅里叶变换函数fft( )格式：y=fft(x)y=fft(x,n)说明：fft函数用于计算矢量或矩阵的傅里叶变换。
３．幅度函数abs()格式：abs（X）功能：对X取绝对值，当X是复数时，得到X的复模值。
例1-1 对余弦序列)4/xπ=进行8点谱分析，绘出序列和幅频特性曲线。
n(ncos()MATLAB命令如下：N=input('输入谱分析的长度')n=0:N-1;x=cos(pi*n/4);subplot(1,2,1),stem(n,x) %绘制序列的波形xlabel('n');ylabel('x1(n)');title('余弦序列');X=abs(fft(x,N)); %求余弦序列的N点FFTsubplot(1,2,2)k=0:N-1;stem(k,X) %绘制序列的幅频特性曲线xlabel('k');ylabel('X(k)');string=[num2str(N),'点FFT幅频曲线'];title(string);程序运行结果如图1.1所示。
图1.1 例1-1的运行结果【三】 设计内容1. 对一个频率为10Hz ，采样频率为64Hz 的32点余弦序列进行谱分析，画出其频谱图；若将频率改为11Hz ，其他参数不变，重新画出该序列的频谱图，观察频率泄漏现象，分析原因。
2. 考察DFT 的长度对双频率信号频谱分析的影响。
设待分析的信号为 150)2sin()2sin(5.0)(21≤≤+=n n f n f n x ππ （1.2）令两个长度为16的正余弦序列的数字频率为22.01=f 及34.02=f 。
取N 为四个不同值16，32，64，128。
画出四个DFT 幅频图，分析DFT 长度对频谱分辨率的影响。
3. 在上题中若把两个正弦波的频率取得较近，令22.01=f ，25.02=f ，试问怎样选择FFT 参数才能在频谱分析中分辨出这两个分量？【四】课程设计报告要求完成课程设计任务后，应按要求提交课程设计报告。
设计报告应包含如下几个方面的内容。
1. 课程设计目的2. 课程设计要求。
3. 详细设计过程。
4. 调试分析。
5. 结果分析与体会。
6. 附录或参考资料。
设计二 数字滤波器的设计及实现【一】设计目的1. 熟悉IIR 数字滤波器和FIR 数字滤波器的设计原理和方法；2. 学会调用MATLAB 信号处理工具箱中的滤波器设计函数设计各种IIR 和FIR 数字滤波器，学会根据滤波要求确定滤波器指标参数；3. 掌握用IIR 和FIR 数字滤波器的MA TLAB 实现方法，并能绘制滤波器的幅频特性、相频特性；4. 通过观察滤波器的输入、输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。
【二】设计原理抑制载波单频调幅信号的数学表达式为[]))(2cos())(2cos(21)2cos()2cos()(000t f f t f f t f t f t s c cc ++-==ππππ（2.1）其中，)2cos(t f c π称为载波，cf 为载波频率，)2cos(0t f π称为单频调制信号，0f 为调制正弦波信号频率，且满足cf >f 。
由（2.1）式可见，所谓抑制载波单频调制信号，就是两个正弦信号相乘，它有2个频率成分：和频cf +f ，差频cf -f ，这两个频率成分关于载波频率cf 对称。
所以，1路抑制载波单频调幅信号的频谱图是关于载波频率cf 对称的两根谱线。
显然，当调制频率f 和（或）载波频率cf 不同时，可以得到包含不同频率成分的单频调幅信号，将几路不同频率成分的单频调幅信号相加后形成混合信号，产生复合信号的函数mstg 程序范例如下：function st=mstg%产生信号序列st ，并显示st 的时域波形和频谱%st=mstg 返回三路调幅信号相加形成的混合信号，长度N=800 N=800; %信号长度N 为800Fs=10000;T=1/Fs;Tp=N*T; %采样频率Fs=10kHz ，Tp 为采样时间 t=0:T:(N-1)*T;k=0:N-1;f=k/Tp;fc1=Fs/10; %第1路调幅信号载波频率fc1=1000Hz fm1=fc1/10; %第1路调幅信号的调制信号频率fm1=100Hz fc2=Fs/20; %第2路调幅信号载波频率fc2=500Hz fm2=fc2/10; %第2路调幅信号的调制信号频率fm2=50Hz fc3=Fs/40; %第3路调幅信号载波频率fc3=250Hz fm3=fc3/10; %第3路调幅信号的调制信号频率fm3=25Hz xt1=cos(2*pi*fm1*t).*cos(2*pi*fc1*t); %产生第1路调幅信号 xt2=cos(2*pi*fm2*t).*cos(2*pi*fc2*t); %产生第2路调幅信号 xt3=cos(2*pi*fm3*t).*cos(2*pi*fc3*t); %产生第3路调幅信号 st=xt1+xt2+xt3; %三路信号相加，得到复合信号 fxt=fft(st,N); %计算信号st 的频谱 %以下为绘图命令 subplot(2,1,1);plot(t,st);grid;xlabel('t/s');ylabel('s(t)');axis([0,Tp,min(st),max(st)]);title('(a)s(t)的波形') subplot(2,1,2);stem(f,abs(fxt)/max(abs(fxt)),'.');grid;title('(b)s(t)的频谱') axis([0,Fs/8,0,1.2]); xlabel('f/Hz');ylabel('幅度');该函数产生由三路已知载波调幅信号相加构成的复合信号st ，并绘图显示st 的时域波形和幅频特性曲线如图2.1所示。
(a) s(t)的波形(b)s(t)的频谱图2.1 三路调幅信号st的时域波形和幅频特性曲线由图2.1可见，三路信号时域混叠无法在时域进行分离，但频域是分离的。
容易看出，这三路调幅信号的载波频率分别为250Hz、500Hz和1000Hz，因此可以通过设计合适的滤波器的方法在频域分离，这就是本设计的目的。
【三】设计内容1.调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，观察st的时域波形和幅频特性曲线；2.通过观察st的幅频特性曲线，分别确定可以分离st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率；假定要求滤波器的通带最大衰减为0.1dB，阻带最小衰减为60dB，编程调用MATLAB滤波器设计函数分别设计这三个数字滤波器，并绘图显示其幅频特性曲线。
3.用所设计的三个滤波器分别对复合信号st进行滤波，分离出st中的三路不同载波频率的调幅信号，并绘图显示滤波后信号的时域波形和频谱，观察分离效果。
【四】课程设计报告要求完成课程设计任务后，应按要求提交课程设计报告。
设计报告应包含如下几个方面的内容。
1. 课程设计目的2. 课程设计要求。
3. 详细设计过程。
4. 调试分析。
5. 结果分析与体会。
6. 附录或参考资料。
设计三 语音信号滤波处理【一】设计目的1. 了解语音信号的产生、采集，能绘制语音信号的频率响应曲线及频谱图；2. 学会用MA TLAB 对语音信号进行分析和处理；3. 掌握用滤波器去除语音信号噪声的方法，观察去噪前后的语音信号。
【二】设计原理1. 语音信号的采集在MA TLAB 软件平台下，利用函数wavread （ ）对语音信号采集，并记录采样频率和采样点数。
将语音信号转换成计算机能够运算的有限长序列。
wavread 函数的调用格式如下：y=wavread(file)读取file 所规定的wav 文件，返回采样值放在向量y 中。
[y,fs]=wavread(file)采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率（Hz ）。
2. 用FFT 作谱分析FFT 即快速傅立叶变换，它是从DFT 运算中发展起来的，利用系数nkN W 的对称性和周期性减少运算量。