“信号与信息处理”课程设计讲义
信号、系统与信号处理课程设计指导书(2013)
信号、系统与信号处理课程设计指导书信息工程学院一、信号、系统与信号处理课程设计目的通过课程设计，主要达到以下目的：1、使学生进一步掌握信号处理课程的基本理论、基本方法和基本技术。
2、使学生增进对MATLAB的认识，利用MATLAB加深对理论知识的理解。
3、使学生了解和掌握使用MATLAB的应用过程和方法，为以后的设计打下良好基础。
4、通过课程设计，培养学生能根据设计要求，进行理论知识分析、设计方法总结、典型实例设计等方面的设计综合能力。
二、信号、系统与信号处理课程设计说明及要求1、课程设计选题方面，学生可以从老师的命题参考中任选一题进行课程设计；也可自已命题，但必须符合指导书要求。
2、课程设计以MATLAB软件为设计工具，要求学生能熟练掌握MATLAB软件的使用方法。
3、课程设计主要包括理论分析、方法总结、典型实例设计等三方面内容。
要求学生根据设计要求，进行理论知识分析，归纳设计方法，选择好典型实例并进行设计。
实例设计要求有源程序，对设计结果或数据波形要进行分析论证。
4、要写出详细的设计报告。
要求学生能独立写出文理通顺的、有理论根据的、实事求是的、科学严谨的课程设计报告。
字数不少于三千字，发现雷同或类同现象的各方都一律重做，且成绩不能评定为良好及以上等级。
三、信号、系统与信号处理课程设计过程课程设计包括理论和实践两个方面。
学生对设计任务进行分析、设计、制作与调试等工作是课程设计的实践部分；撰写课程设计的总结报告，即将分析、设计、制作和调试过程进行全面总结，是把实践内容提升到理论高度的过程，是课程设计的理论部分。
通过课程设计报告，可以培养学生的理论学习能力、资料查阅能力、技术归纳能力、结论分析能力、论文撰写能力和工作总结能力。
课程设计大致包括以下几个环节：1、选择题目：根据自己掌握的知识和具备的能力，选择合适的题目。
2、明确任务：根据选择的题目，进一步明确设计任务或技术指标。
3、理论分析：从理论方面分析和解决设计任务。
信号和信号处理的基本概念课件
信号处理面临的挑战
01
实时性挑战
对于许多实时信号处理应用， 如语音识别、视频跟踪等，需 要快速、实时的处理能力，如 何保证实时性是信号处理面临 的重要挑战。
02
噪声和干扰挑战
在实际应用中，信号常常受到 各种噪声和干扰的影响，如何 有效去除这些干扰、提取出真 实信号是信号处理面临的另一 个挑战。
03
02
信号处理的基本概念
信号处理的目的
提取有用的信息
通过分析和处理信号，提取出有用的 信息，如语音、图像、视频中的内容 。
增强信号质量
实现信号的传输和存储
将信号转换为适合传输和存储的格式 ，以便在不同介质上传输和存储。
对信号进行滤波、去噪等处理，提高 信号的质量，使其更清晰、准确。
信号处理的方法
时域分析
在时间域上对信号进行 分析和处理，如滤波、
卷积等。
频域分析
将信号转换为频域进行 分析和处理，如傅里叶
变换、频谱分析等。空间域源自析在二维或三维空间中对 信号进行分析和处理， 如图像处理中的滤波、
边缘检测等。
小波分析
利用小波变换对信号进 行多尺度分析，能够同 时获得信号在时间和频
率域的信息。
数字信号处理的优势
可重复性和可编程性
精度高
数字信号处理是通过程序实现的，因此可 以重复执行相同的操作，且可以通过编程 实现各种复杂的信号处理算法。
数字信号处理的精度取决于计算机的字长 ，可以获得很高的精度。
灵活性好
可实现复杂信号处理
数字信号处理可以通过编程实现各种不同 的算法，具有很好的灵活性。
数字信号处理可以利用计算机的高速运算 能力，实现各种复杂的信号处理算法，如 频谱分析、滤波器设计等。
信号与信息处理综合应用设计(讲稿)
信号与信息处理综合应用设计（讲稿）一、目的、任务和基本要求本课程设计是学生在完成电子信息类基础课和专业技术课学习后的一个综合性实践教学环节，培养学生应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次实训，设计完成具有一定功能和规模的电子系统。
通过综合应用课程设计使学生加深对所学知识的认识和理解，掌握典型的电子系统的设计方法，提高分析问题和解决实际问题的能力，初步培养学生的工程素质，培养学生熟练运用手册和参考资料的能力。
为今后的实际应用打下良好的基础。
基本要求：掌握电子技术、EDA技术、电子测量和计算机接口等综合性应用技术；熟悉控制系统、嵌入式系统和可编程片上系统的设计方法；能设计出具有一定功能和规模的电子应用电路。
二、本课程的教学内容根据学生所学过的电子技术、EDA术、电子测量和计算机技术等知识设计具有一定功能和规模的数字信号处理、电子设备系统项目。
完成该项目的方案设计、硬件电路设计、应用软件系统设计及系统调试。
主要是利用EDA/SOPC实验开发工具，设计数字系统和其它控制系统，并能进行演示该综合应用设计课题也可以由学生自行确定设计目标，经全体指导教师审核同意后，给出设计方案，完成设计任务。
以下给出设计课题的参考题目：1、VGA图像显示的设计及应用2、串行通信接口UART设计3、基于FPGA的乒乓球游戏系统设计4、数字密码锁设计5、多功能数字钟及跑表设计6、1-Wire数字温度的测量7、PS/2键盘接口设计与VGA显示控制8、基于FPGA的音乐播放9、基于FPGA的视频检测10、直流电机的调速控制11、液晶显示屏LCD显示12、数字式频率合成器DDS的设计三、评分细则：四、时间安排及分组要求此综合设计安排三周：第一周资料查阅和方案确定，第二周各功能模块设计调试，第三周整体调试、进一步完善，报告编写，成绩评定。
每课题组的人数不超过3人，分为第一设计、第二设计和第三设计者。
五、报告编写要求：A4纸，页面设置：页边距上下左右为1.5厘米。
《信号处理专题设计》课程设计的教学大纲
一、课程名称：信号处理专题设计二、课程性质：选修课三、课程学时：48学时四、课程对象：电子信息科学与技术、通信工程等相关专业的本科生五、课程简介：信号处理专题设计课程是电子信息类专业中的重要课程之一，旨在培养学生对信号处理理论和技术的深入理解，同时提高学生的工程实践能力。
通过本课程的学习，学生将能够掌握信号处理领域的基本理论和方法，具备解决实际问题的能力。
六、课程目标：1. 了解信号处理的基本概念和技术，理解信号处理在实际应用中的重要性；2. 掌握信号处理的基本原理和常用算法，能够运用这些知识进行实际工程设计和问题解决；3. 培养学生的创新意识和团队合作精神，能够独立或协作完成信号处理相关课题的实践设计与研究。
七、教学内容：1. 信号处理基础知识1.1 信号的基本概念1.2 时域分析与频域分析1.3 离散信号与连续信号2. 信号处理算法与技术2.1 傅里叶变换及其应用2.2 时域滤波与频域滤波2.3 自适应信号处理3. 信号处理系统设计3.1 数据采集与预处理3.2 数据压缩与传输3.3 实时信号处理系统设计4. 课设项目4.1 选题与任务分配4.2 调研与方案设计4.3 实施与验证4.4 报告撰写与成果展示八、教学方法：1. 理论讲解：通过课堂讲授，系统地介绍信号处理的基本理论、算法和技术，引导学生建立起完整的知识体系；2. 实践操作：通过实验课或课程设计，指导学生利用MATLAB等工具进行实际数据处理和系统设计，培养学生的动手能力；3. 导师指导：每个课设项目配备一名教师作为指导老师，负责对学生进行项目管理与成果评定；4. 论文撰写：要求学生撰写课设论文，对课程设计过程进行总结和归纳，提高学生的论文写作能力。
九、教材与参考书：主教材：《数字信号处理（第四版）》著者：Proakis J G参考书：1. 《数字信号处理与应用》著者：Zhang S B2. 《MATLAB信号处理技术及应用》著者：Wang L十、成绩评定：1. 平时成绩：包括课堂表现、实验报告、作业等；2. 课程设计成绩：包括课程设计的过程管理、设计成果质量等；3. 期末考试：对学生的整体学习情况进行综合考核；4. 考核比例：平时成绩占30，课程设计成绩占30，期末考试成绩占40。
信号处理与系统课程设计
信号处理与系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信号处理与系统的基本概念、原理及方法；2. 掌握信号的分类、时域与频域分析、滤波器设计等基本技能；3. 了解数字信号处理技术在现实生活中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学的信号处理方法对实际问题进行分析与解决；2. 熟练使用信号处理软件（如MATLAB）进行信号处理与系统仿真；3. 能够设计简单的数字滤波器，并进行性能评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信号处理与系统领域的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队合作精神，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的创新意识，敢于尝试新方法，勇于面对挑战。
课程性质：本课程为专业选修课，旨在帮助学生掌握信号处理与系统领域的基本知识和技能，提高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电路原理知识，具有较强的逻辑思维能力和动手实践能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力和实践能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决，达到预期的学习成果。
1. 信号与系统基本概念：信号分类、系统分类、线性时不变系统；2. 时域分析：卷积积分、差分方程、单位脉冲响应；3. 频域分析：傅里叶级数、傅里叶变换、频率响应；4. 数字滤波器设计：IIR滤波器、FIR滤波器、滤波器性能评价；5. 信号处理应用：采样与重建、正交变换、数字信号处理实际应用案例；6. 实践环节：MATLAB软件应用、滤波器设计及性能测试。
教学大纲安排：第1周：信号与系统基本概念第2周：时域分析第3周：频域分析第4周：数字滤波器设计第5周：信号处理应用第6周：实践环节教材章节关联：1. 第1章 信号与系统基本概念2. 第2章 时域分析3. 第3章 频域分析4. 第4章 数字滤波器设计5. 第5章 信号处理应用教学内容按照教学大纲和教材章节进行组织，确保学生能够逐步掌握信号处理与系统领域的基本知识和技能，培养解决实际问题的能力。
信号分析与处理课程设计大纲
《信号分析与处理课程设计》教学大纲课程编码：060251005 学时/学分： 2周/4学分一、大纲使用说明本大纲根据自动化专业2017版教学计划制订（一）适用专业测控技术及仪器专业（二）课程设计性质必修课（三）主要先修课程和后续课程1、先修课程：电路、信号与系统、数字信号处理。
2、后续课程：毕业设计（四）适用教学计划版本2017版教学计划二、课程设计目的及基本要求通过本课程设计使学生进一步巩固《信号与系统》《数字信号处理》的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使学生掌握的基本理论和分析方法方面的知识得到进一步扩展；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。
课程设计不仅是对程序设计能力的综合锻炼,更是对团队合作,软件开发与项目管理过程的训练。
因此,课程设计综合题目可以根据题目的难度不同由小组合作完成,每个小组1—3人。
三、课程设计内容及安排课程设计要求学生学习LabVIEW软件及应用，学习并研究信号分析与处理课题有关理论，利用LABVIEW编程，完成相应的信号分析与处理课题，写出课程设计报告,打印程序，给出运行结果。
（1）信号发生器的设计（2）连续时间系统的时域分析（3）离散时间系统的时域分析（4）信号的频谱分析（5）连续时间信号的抽样及频谱分析（6）卷积积分与离散卷积（7）数字滤波器设计（8）网络的频响特性分析（9）连续时间系统的变换域分析（10）离散时间系统的变换域分析（11）快速傅立叶变换（12）系统的状态变量分析（13）虚拟小波消噪仪的设计（14）虚拟模糊热点温度分析仪设计（15）自拟课题（需经老师核准2、安排整个课程设计分为以下几个阶段进行:开题,系统设计,系统编码实现,系统测试,系统评价与验收。
开题:题目可来自教师指定的参考题目,也可自由选题,特别是鼓励有创新性的题目或是在已知题目的基础上进行创新。
系统设计:系统设计的任务是对所确定的题目从问题需求,数据结构,程序结构,难点及关键技术等方面进行分析,形成的系统设计方案,并进行详细的分工。
《信号与系统》课程讲义课件
这份课程讲义课件为大家提供了关于《信号与系统》的详细介绍，让您轻松 了解这一重要学科。
课程简介
这门课程涵盖了数字信号处理和系统分析的基础知识，旨在让学生了解信号的特性、表示和处理 方法，以及在实际应用中的相关工具和技能。
1 信号分析
了解不同类型的信号及其特性，如周期信号、离散信号和非周期信号等
1
分析总结
对意见和反馈进行深入分析和总结
3
改进课程
针对性改进课程和教学方法
作业和考核方式
为了评估学生对课程知识的掌握程度，我们采用以下方式进行作业和考核：
作业
• 每周一次作业 • 包括习题集、实验和项目作业等 • 占总评成绩的30%
考试
• 期中、期末闭卷考试 • 包括理论和实践题目 • 占总评成绩的70%
课程反馈和改进
我们非常重视您的反馈，它将帮助我们不断改进课程和教学方法。请通过学校邮件系统或班级论坛，随 时提出您的意见和建议。
数字信号处理应用
掌握数字信号处理相关的技 术和应用，如音频处理和图 像处理等
课程大纲
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
信号与系统的基本概念 时域分析方法 傅里叶分析方法 滤波器 离散信号的频域分析 离散信号的滤波器设计
教学方法
为了帮助学生更好的掌握课程内容，我们采用了以下教学方法：
小组讨论
2 系统分析
掌握系统的基本概念，如线性时不变系统、滤波器和傅立叶变换等
3 信号处理方法
学会数字信号处理的基本方法，如离散傅立叶变换、数字滤波器和采样等
课程目标
通过本课程，学生将获得以下核心能力:
分析信号
了解信号的特性并进行分析， 从而为实际应用提供解决方 案
信号分析与处理课程设计
信号分析与处理课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解并掌握信号分析与处理的基本概念、原理及方法。
2. 使学生能够运用数学工具，对信号进行分析、处理和识别。
3. 帮助学生了解信号分析与处理技术在现实生活中的应用。
技能目标：1. 培养学生运用傅里叶变换、拉普拉斯变换等方法对信号进行分析的能力。
2. 提高学生运用数字信号处理技术对信号进行处理的能力。
3. 培养学生运用信号分析与处理软件进行实践操作的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对信号分析与处理学科的兴趣，培养其主动学习的热情。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同解决问题。
3. 使学生认识到信号分析与处理技术在我国经济社会发展中的重要作用，增强其社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为专业基础课，旨在让学生掌握信号分析与处理的基本理论、方法及其在实际工程中的应用。
学生特点：学生具备一定的数学基础和电路基础知识，但对信号分析与处理的概念和方法尚不熟悉。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 通过案例教学，使学生了解信号分析与处理技术在现实生活中的应用。
3. 引导学生通过小组讨论、课堂展示等形式，培养其沟通表达能力和团队合作精神。
4. 定期进行课程评估，确保学生达到预定的学习目标。
二、教学内容1. 信号分析与处理的基本概念：包括信号的分类、信号的时域分析、信号的频域分析等。
教材章节：第一章 信号与系统概述2. 傅里叶变换及其应用：介绍傅里叶级数、连续傅里叶变换、离散傅里叶变换等。
教材章节：第二章 傅里叶变换3. 拉普拉斯变换与z变换：讲解拉普拉斯变换的基本概念、性质和应用，以及z变换的原理和应用。
教材章节：第三章 拉普拉斯变换与z变换4. 数字信号处理技术：包括数字滤波器设计、快速傅里叶变换（FFT）、数字信号处理算法等。
教材章节：第四章 数字信号处理5. 信号分析与处理应用案例：分析实际生活中的信号分析与处理技术应用，如语音识别、图像处理等。
信号与信息处理课程
信号与信息处理课程
“信号与信息处理”是电子信息类专业的核心课程之一，涵盖了信号与系统分析的基本理论和信息处理的基本技术。
以下是该课程的一些主要内容和特点：
课程内容：
1.信号与系统基本概念：介绍信号和系统的分类、描述和基本性质。
2.信号与系统的时域分析：包括卷积和相关运算，系统的时域描述（微分方程和差分方程），以及系统的时域响应（零输入响应和零状态响应）。
3.信号的频域分析：介绍周期信号的傅里叶级数，非周期信号的傅里叶变换，以及信号的频谱分析。
4.系统的频域分析：包括系统的频率响应，滤波器的设计和应用，以及信号的频域处理。
5.离散时间信号与系统：介绍离散时间信号与系统的基本概念，离散时间傅里叶变换（DTFT），以及Z变换。
6.数字信号处理：包括数字滤波器的设计，快速傅里叶变换（FFT），以及数字信号处理的应用。
课程特点：
1.理论性强：课程涉及较多的数学知识和理论推导，需要学生具备一定的数学基础。
2.实践性强：课程内容与实际工程应用密切相关，通过实验和项目实践可以加深对理论知识的理解和掌握。
3.应用广泛：信号与信息处理技术在通信、雷达、声纳、图像处理、生物医学工程等领域有广泛的应用。
在学习“信号与信息处理”课程时，建议学生注重理论与实践相结合，通过实验和项目实践来加深对理论知识的理解和掌握。
同时，也需要关注课程的前沿动态和应用领域，了解最新的技术发展和应用趋势。
《信号与系统讲义》课件
信号与系统是理解和分析信号处理的基础。本课件将介绍信号与系统的基本 概念、时域信号与频域信号、连续信号与离散信号、线性时不变系统、卷积 运算、采样与重构，以及系统的频率响应和频率特性。
信号与系统的基本概念
了解信号与系统的基本概念是理解信号处理的关键。本节将介绍信号的定义、 分类以及常见的信号类型，以及系统的定义和特性。
卷积运算
卷积运算是信号处理中常用的操作。本节将介绍卷积运算的定义和性质，并 通过实例演示如何使用卷积运算来处理信号。
采样与重构
采样是将连续信号转换为离散信号的过程，而重构则是将离散信号还原为连续信号的过程。本节将介绍 采样和重构的原理和方法。
பைடு நூலகம்
系统的频率响应和频率特性
系统的频率响应和频率特性描述了系统对不同频率的信号的响应情况。本节 将介绍频率响应和频率特性的概念，以及它们在信号处理中的应用。
时域信号与频域信号
在信号处理中，时域信号和频域信号是两种常见的表示方式。本节将解释时 域和频域的概念，以及如何在两个域中相互转换。
连续信号与离散信号
信号可以是连续的，也可以是离散的。本节将讨论连续信号和离散信号的区别，以及在信号处理中如何 处理这两种类型的信号。
线性时不变系统
线性时不变系统是信号处理中常用的模型。本节将介绍线性时不变系统的基本概念和特性，以及如何利 用系统的响应来分析信号的处理过程。
信号处理课程设计
信号处理 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信号处理的基本概念，掌握信号的分类和特性；2. 学会运用傅里叶变换对信号进行频域分析，掌握信号的频谱表示方法；3. 掌握数字信号处理的基本原理，了解采样、量化和内插的概念；4. 了解滤波器的基本原理和分类，学会设计简单的数字滤波器。
技能目标：1. 能够使用信号处理软件（如MATLAB）进行信号的采集、分析和处理；2. 能够运用傅里叶变换对实际信号进行频域分析，并绘制频谱图；3. 能够根据实际需求设计简单的数字滤波器，并验证其性能；4. 能够运用所学知识解决实际信号处理问题，提高问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信号处理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实践相结合；3. 增强学生的团队协作意识，提高沟通与表达能力；4. 引导学生关注信号处理技术在现实生活中的应用，培养创新意识和实践能力。
课程性质：本课程为电子信息类专业的基础课程，旨在使学生掌握信号处理的基本原理和实用技术。
学生特点：学生已具备一定的数学基础和编程能力，具有较强的学习兴趣和探索精神。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作和问题解决能力的培养。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际信号处理问题，提高其专业技能。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 信号与系统基本概念：信号分类、信号特性、线性时不变系统。
教材章节：第一章 信号与系统基本概念2. 傅里叶变换及其应用：连续时间信号傅里叶变换、离散时间信号傅里叶变换、频谱分析。
教材章节：第二章 傅里叶变换及其应用3. 数字信号处理基础：采样、量化、内插、离散傅里叶变换（DFT）。
教材章节：第三章 数字信号处理基础4. 数字滤波器设计：滤波器原理、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
教材章节：第四章 数字滤波器设计5. 信号处理应用实例：音频处理、图像处理、通信系统。
信息与信号处理课程设计
信息与信号处理课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解信息与信号处理的基本概念，掌握信号分类、采样与恢复等理论知识。
2. 学生能运用数学工具对信号进行处理，解决实际问题，如信号的时域分析、频域分析等。
3. 学生了解通信系统中信息与信号处理的应用，理解其重要性。
技能目标：1. 学生具备运用编程软件（如MATLAB）进行信号处理的能力，能完成信号的采集、处理和分析。
2. 学生能运用所学知识设计简单的信号处理算法，解决实际问题。
3. 学生具备一定的团队协作能力，能在小组讨论中发挥自己的作用，共同完成项目任务。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对信息与信号处理学科的兴趣，激发学习热情。
2. 学生认识到信息与信号处理在科技发展和国防建设中的重要作用，增强国家意识和社会责任感。
3. 学生在学习过程中，培养勇于探索、善于思考、严谨治学的科学态度。
课程性质：本课程为高中信息技术课程，旨在让学生了解信息与信号处理的基本原理和方法，培养实际操作能力。
学生特点：高中学生具有一定的数学基础和逻辑思维能力，对新技术和新知识充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手操作能力和解决问题的能力。
通过项目式教学，培养学生的团队协作能力和创新精神。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使每位学生都能达到课程目标。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 信号与系统概述：信号分类、信号的基本运算、线性时不变系统。
2. 信号的采样与恢复：采样定理、信号恢复、离散信号处理。
3. 信号的时域分析：信号的时域表示、信号的能量和功率、信号的时域特性。
4. 信号的频域分析：傅里叶变换、频谱、频率分辨率。
5. 数字信号处理：数字滤波器、快速傅里叶变换（FFT）、数字信号处理应用。
6. 通信系统中信息与信号处理的应用：调制与解调、信道编码、误码检测。
教学大纲安排：第一周：信号与系统概述，信号分类和基本运算。
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2010~2011学年第一学期“信号与信息处理”课程设计讲义——语音处理杨顺辽李永全一、设计目的语音处理是信号与信息处理的重要内容之一，通过本课程设计，使学生理解数字信号处理的有关理论和方法在语音处理中的具体应用。
课程设计的目的归纳如下：1、掌握语音信号的特点；2、掌握语音处理的基本理论和方法；3、掌握基于Matlab编程实现语音的获取、显示、频谱分析、短时能量、短时自相关以及倒谱复倒谱的分析方法；4、掌握语音基音频率及共振峰频率的检测方法。
二、设计任务在课程设计中，学生应该完成以下任务：1、语音的录制，包括采样率、量化参数的确定；2、语音数据的读取显示；3、数字滤波器的设计及对语音的滤波处理；4、语音数据的频谱分析；5、语音的短时能量和短时自相关的计算；6、语音倒谱及复倒谱的计算；7、语音基音频率及共振峰频率的检测。
三、设计内容1、语音的特点语音信号从语音形成的机理上来看，可以分为两大类。
一类是发声时声带周期性地开启和闭合，在声门处产生一个准周期的脉冲序列空气流，这种语音叫“浊音”（如声音“啊”）。
还有一类是在发声时，声门是开启的，气流在声道中摩擦或口唇的爆破而发生，这类语音叫做“清音”（如声音“咝”）。
显然，浊音具有周期性，这个周期称为基音周期，而清音不具有周期性。
气流通过声道时，在声道中会产生共振，共振谐振频率称为共振峰。
在语音处理中，一个很重要的任务就是对基音周期的检测和共振峰频率的确定。
人耳能够听到的声音频率范围为20Hz～20KHz，按照采样定理，采样率应该不低于40KHz。
但是在语音中，对语音可懂度和语音特性有重要影响的信号频率一般在5KHz以内，因此，实际语音信号处理中，采样率往往取8KHz和10KHz，在对语音质量要求较高时，采样率常常取11.025KHz、22.05KHz和44.1KHz。
量化的过程就是将采样后的样点数据用有限的二进制码表示的过程，量化必然会产生量化误差。
语音信号在量化时，如果采用8位二进制码量化，则信噪比在40dB左右。
语音波形的动态范围往往能达到55dB，因此量化位数应该在10位以上，实际常用12位。
语音信号是随时间变化的，是一个非平稳的随机过程，即具有时变特性，不能直接采用数字信号处理的方法来进行处理。
但是语音信号在较短的时间范围内可以看作是特性保持不变的，即具有短时平稳性。
因此在语音处理中，“短时分析”贯穿始终。
所谓短时分析，就是将语音分成一段一段，然后对每一段进行分析，分段的过程其实就是第4章介绍的加窗处理，每一段称为一“帧”。
语音通常在10～30ms内保持相对平稳，所以语音帧时长一般取10～30ms。
如采样率为8KHz时，语音帧长度在80～240点之间。
2、语音的录制语音的录制过程中，需要确定的两个参数是采样率和量化位数。
在本设计中，采样率取8KHz，采用8bit量化。
Matlab中语音录制函数为wavrecord，调用格式如下：x=wavrecord(n*Fs,Fs,uint8)%用采样率Fs对语音采样，录制n秒的语音信号，8bit量化，语音数据存放在变量x中，变量x的长度为n*Fs。
显示语音波形可用plot函数，比较简单，可查看Matlab的帮助文件。
(a) 浊音 (b) 清音图6-1 语音时域波形图1为两段语音的时域波形，图1(a) 为发浊音“啊”时的语音波形。
从波形中可以看出，该语音具有明显的周期性，周期为44个样点，由于语音采样率为8KHz，所以该语音的基音周期为44/8000＝0.0055s，即基音频率为181.8Hz。
图1(b)为发清音“丝”时的时域波形，从波形可以看出，该语音不具有周期性，类似于随机噪声的特性。
所以，语音的基音周期检测，都是针对浊音语音的，而清音是不能从中检测出基音周期的。
3、语音的短时能量即计算一帧语音数据的能量，能量即样点值的平方和。
注意语音处理采用短时处理技术，短时能量是依次计算每帧数据的能量。
分帧时为了保证前后帧之间的连续性，往往帧间重叠帧长的一半长度。
分帧的程序如下：nx=length(x);%x为语音数据nwin=200;%每帧长200点ninc=100;%帧间重叠100点nf = fix((nx-nwin+ninc)/ninc);frame=zeros(nf,nwin);indf= ninc*(0:(nf-1)).';inds = (1:nwin);frame(:) = x(indf(:,ones(1,nwin))+inds(ones(nf,1),:));w =ones(nwin)';frame= frame.* w(ones(nf,1),:);%frame为分帧结果图2是对一段语音的时域波形和短时能量波形。
从语音的时域波形可看出，该语音中既包含浊音（幅度值较大的部分），也包含清音（幅度值近似为0的部分）。
为了提取基音周期，必须区分出浊音段语音数据。
从短时能量处理结果来看，短时能量处理的结果对浊音和清音的区分更加明显，能够更好的确定浊音语音的起始点和终止点，即具有端点的检测的功能。
图2 语音的时域波形和短时能量波形4、语音的滤波处理在提取基音频率时，一般基音频率在1000Hz以内，为了便于使提取的基音频率较准确，往往在提取之前进行截止频率为900Hz的低通滤波处理。
滤波器可以采用IIR数字滤波器，也可以采用FIR数字滤波器。
滤波器的指标为：f p=900Hz；f s=1200；A p=3dB；A s=40dB。
设计出滤波器后再对语音进行滤波处理。
在Matlab中滤波可由filter函数来实现，调用格式如下：y=filter(b,a,x)%用分子分母多项式系数为b和a滤波器来对信号x进行滤波，滤波后的输出结果放在y 中。
本函数既可用于IIR滤波器，也可用于FIR滤波器，当滤波器为FIR滤波器时，a为1图3 滤波前后的语音波形对比图3为滤波前后浊音语音的对比，滤波前的语音变化较剧烈，即具有一定的高频成分，滤波后的语音波形变化较平缓，表明高频部分已被滤除。
要详细地看出哪些频率成分被滤除，需要通过下一步的频谱分析。
5、语音的频谱分析语音是时变的信号，不能对语音数据直接进行频谱分析，需要采用短时处理技术。
所谓短时处理，就是对语音加窗阶截短，长度为200点左右，然后再对每段进行快速傅里叶变换进行频谱分析。
在Matlab中快速傅里叶变换的函数为fft，调用格式如下：y=fft(x,N)%对信号x进行N点的快速傅里叶变换（N可以省略）变换后的数据为复数，如显示其幅度，即为幅度谱。
注意横坐标与频率之间的对应关系。
最好将横坐标转换为频率。
如对图1(a)的浊音和图1(b)的清音进行傅里叶变换，来观察两个语音的频谱，结果如图4所示。
在语音信号处理中，傅里叶变换也是对语音的每帧进行傅里叶变换，称为短时傅里叶变换。
从图4(a)可以看出，浊音语音信号中包含了离散频率为5、9、13、18、23、27、32、36及68的谱线，也就表明该浊音中包含了这些频率的正弦周期信号。
语音采样率为8KHz，离散傅里叶变换的点数即数据长度，为200，根据离散频率与模拟频率的关系可知，第k个点对应的模拟频率为k×8000/200＝40k。
因此，在浊音的频谱中，第一个谱线，即k ＝5对应的频率为200Hz。
这与在时域中观察结果不一致，原因是傅里叶变换的点数太小，为200，导致其频率分辨率为40Hz，也就是两个点之间的最小间隔为40Hz，显然频率分辨率太低。
要提高频率分辨率，就必须增加傅里叶变换的点数，当频率点数增加10倍时，其频率分辩率为4Hz，如要进一步提高频率分辨率，就要进一步增加傅里叶变换的点数。
4(b)清音的频谱表明，该清音除了有较大的直流分量(对应k＝0处的谱线)外，再也没有明显的、幅度较大的谱线，类似于随机噪声的频谱。
(a) 浊音的频谱 (b) 清音的频谱图4 语音的频谱图5为滤波前后语音频谱图，即图3波形的频谱图。
显然，从其频谱图中可以明显的看出滤波的效果。
滤波前的语音中包含的频率成分最大达到了1400Hz左右，而滤波后的语音中，最高频率成分为900Hz，即采用的是截止频率为900Hz低通滤波的处理结果。
而900Hz 以内的信号保持不变，即低通滤波后对低频分量基本没有影响，仅仅是滤除了高频成分的信号。
这里，将傅里叶变换的结果进行了平移，调用了fftshift函数，调用格式如下：fftshift(x)%将x的前后对调该函数一般在fft函数后调用，使得fft的结果包含正、负频率成分。
当然还得与横坐标一起进行控制。
图5 滤波前后语音频谱的对比6、语音的短时自相关自相关运算具有以下一些特点：① 自相关在延时为0处具有最大值，即r xx (0)为自相关的最大值，为序列的能量； ② 周期序列的自相关也具有周期性，其周期与序列的周期相同，除了r xx (0)外与r xx (0)最近的极大值对应时间即为信号的周期；③ 非周期序列的自相关不具有周期性，但r xx (0)仍为最大值。
自相关的第2个特点可以用来检测周期信号的周期。
图6为浊音和清音的自相关结果。
(a) 浊音的自相关 (b) 清音的自相关图6 语音的自相关波形图6表明，浊音的自相关具有周期性，而清音的自相关近似为幅度很小的直流。
从图6(a)可以看出，该语音的自相关最大值出现在n ＝0处，由自相关的特点可知，n ＝0时的自相关为该序列的能量。
而除了n ＝0后的第一个极大值出现在n ＝±44处，这个间隔就是语音的基音周期，与时域观察结果完全相同。
显然，对语音进行自相关处理，不仅能较精确地估计出基音周期，而且也能够用来检测语音帧是浊音还是清音帧，这在语音处理中具有重要意义。
在Matlab 中计算自相关的函数为xcorr ，调用格式如下：r=xcorr(x)%计算x 的自相关，结果存放在r 中7、语音的倒谱及复倒谱计算语音的产生可以看作是声门激励信号和声道响应系统的卷积，最后所得的语音信号是声门激励信号和声道响应系统的共同作用。
为了能分别分析激励信号和声道系统的特性，我们常常希望能将两者区分开。
所谓复倒谱，是对序列x (n )的傅里叶变换)(ωj e X 取对数()[]ωωj j e X e Xln )(ˆ= (1) 然后再进行傅里叶逆变换所得序列)(ˆn x即为序列x (n )的复倒谱。
显然，如果将)(ωj e X 表示成幅度和相位的形式，则有 ()()[]ωωωj j j e X j e X e Xarg ln )(ˆ+= (2) 即包含了实部和虚部，实部为对数幅度谱，虚部为相位。
注意，复倒谱只是为了和下面要介绍的倒谱概念相区别，并不意味着它必为复数，当序列x (n )为实序列时，其复倒谱也为实数。
所谓倒谱是对序列x (n )的傅里叶变换)(ωj e X 的幅度取对数，即 ()ωωj j e X e Xln )(ˆ= (3) 然后再进行傅里叶逆变换所得序列c x (n )即为序列x (n )的倒谱。