数字信号处理课设报告

课程设计报告

课程名称数字信号处理课程设计

课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用

专业通信工程

班级

学号

姓名

指导教师

2012年9 月10日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称数字信号处理课程设计

课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用

专业通信工程

班级

学号

姓名

指导教师

审批

任务书下达日期2012 年9月 1 日任务完成日期2012 年9月10日

《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

课程设计题目分为2个方向，每班选做方向一的同学约占2/3,选做方向二的约占1/3。

方向一：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。

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。

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,完成以下题目中的一个

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。

题目（1）：采用窗函数法与等波纹法分别设计各型FIR滤波器（低通、高通、带通、带阻中的至少3种类型）来对叠加噪声前后的语音信号进行滤波处理，绘出滤波器的频域响应，绘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；在相同的性能指标下比较各方法的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。

题目（2）：采用双线性变换法与脉冲响应不变法，分别利用不同的原型低通滤波器（Butterworth型与切比雪夫I型）来设计各型IIR滤波器（低通、高通、带通、带阻中的至少3种类型），绘出滤波器的频域响应；并用这些数字滤波器对含噪语音信号分别进行滤波处理，比较不同方法下设计出来的数字滤波器的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。

5、回放语音信号

对滤波后的语音信号进行回放，感觉滤波前后语音信号的变化。

6、设计一个语音信号分析与处理系统界面(选作)

利用MATLAB的界面设计功能，设计一个MATLAB环境下的人机交互界面，完成上述滤波器的设计及滤波过程，要求能够接收输入的设计参数，查看设计结果及滤波结果。

三、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。

四、设计进度安排

通信工程1001/1002:

1周周一上午，E-412, 任务讲解与布置，学生分组选题，查找相关资料，准备课程设计，学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；

1周周二上午，E-412,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；

1周周三上午，E-412,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；

1周周四上午，E-412,学生任务完成，答辩并提交课程设计报告。

附：

课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。

正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。

正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分；三、主要功能的实现；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。

1 课程设计的目的

《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。

综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概

2 课程设计的原理

2.1采样频率、位数及采样定理

采样频率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）表示。采样频率的倒数是采样周期，她是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样体，是描述生音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。

采样位数，可以理解为声卡处理声音的解析度。采样位数数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。

采样定理，在进行模拟、数字信号的转换过程中，当采样频率fs不小于信号中最高频率Fm的2倍时，采样之后的数字信号完整的保留了原始信号中的信息。