中南大学数字信号处理课程设计报告
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数字信号处理课设
报告
所在学院:信息科学与工程学院
专业班级:通信1302班
学生姓名:陈鑫
学生学号: 08
指导教师:李宏
目录
课程设计目的及要求 (3)
选题及设计思想 (3)
调试结果及分析 (12)
课程设计总结 (24)
参考文献 (25)
源程序 (25)
一、课程设计目的及要求
1.1课程设计目的
1.全面学习课程所学理论知识,巩固所学知识重点和难点,将理论和实践很好地结合起来;
2.提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力;
3.熟练使用一种高级语言进行编程实现。
1.2课程设计要求
1、使用MATLAB(或其它开发工具)编程实现上述内容,写出课程设计报告。
滤波器设计题目应尽量避免使用现成的工具箱函数。为便于分析与观察,设计中所有频谱显示中模拟频率应以实际频率显示,数字频率应对 归一化。
2、课程设计报告的内容包括:
(1)课程设计题目和题目设计要求;
(2)设计思想和系统功能分析;
(3)设计中关键部分的理论分析与计算,参数设置,关键模块的设计思路;(4)测试数据、测试输出结果,及必要的理论分析和比较
(5)总结,包括设计过程中遇到的问题和解决方法,设计心得与体会等;(6)参考文献;
(7)程序源代码清单。
3、演示系统使用GUI界面或混合编程实现集成打包发布。
二、选题及设计思想
2.1 课程设计选做题目
2.1.1 验证时域采样定理与频域采样定理
给定模拟信号:
式中,。
对进行采样,可得采样序列
1)选择采样频率,观测时间,观测所得序列及其幅频特性;
2)改变采样频率,观测此时的变化;
3)令采样频率,观测此时的变化;
要求分析说明原理,绘出相应的序列及其它们对应的幅频特性曲线,指出的变化,说明为什么?
本题的目的在于验证时域采样理论。为了说明时域采样与频域采样的对偶性,我有选做了第二组的第一小题。题目如下:
1)产生一个三角波序列,长度为M=40;
2)计算点的,并画出和的波形
3)对在上进行32点抽样,得到
4)求的32点IDFT,即
5)绘出的波形图,观察和的关系,并加以说明。
2.1.2 DFT的应用
一个连续信号含两个频率分量,经采样得
当时,分别为1/16和1/64时,观察其频谱;当时,不变,其结果有何不同,为什么?绘出相应的时域与频域特性曲线,分析说明如何选择DFT 参数才能在频谱分析中分辨出两个不同的频率分量。
2.1.3 线性相位带通滤波器的设计
1),。用Hanning 窗设计一线性相位带通
滤波器,观察它的实际3dB 和20dB 带宽。
,重复这一设计,观察幅频和相位特性的变化,注意长度N 变化的影响;
2)分别改用矩形窗和Blackman 窗,设计:1)中的带通滤波器,观察并记录窗函数对滤波器幅频特性的影响,比较三种窗的特点;(要求:应尽量避免使用现成的工具箱函数)
2.1.4 图像信号处理
1)读入一幅彩色图像
2)将彩色图像进行三原色分解,分解出R 、G 、B 分量,并用图像显示出来
3)将彩色图像灰度化,转换为灰度图像并显示
4)对灰度图像用几种典型的边缘检测算子进行边缘检测,显示检测出的边缘。
2.1.5 音频信号处理
1) 读入给定的CEG 和弦音音频信号(CEG .wav ),对其进行离散傅立叶变换,分析信号频谱。给出信号的时域及频域波形。
2) 分析CEG 和弦音信号的频谱特点,对该信号频谱能量相对较为集中的频带(分低、中、高频)进行滤波(分别使用低通,带通及高通),分离出三个能量最集中的频带,画出滤波后信号的时域和频域波形,并对滤波后的信号与原信号的音频进行声音回放比较。
3) 任意选择几个滤出的频带进行信号重建(合成),与原信号的音频进行声音回放比较。
2.1.6 倒频系统实现
倒频是目前对讲机采用的一种语音保密技术。它是将信号的高频和低频进行交换,即将信号的高频部分搬到低频段,而将低频部分搬到高频段。倒频后的信号和原始信号具有相同的频带范围。由于原始语音信号的频率成分被置乱从而降低了可懂度,起到语音保密作用。在接受端采用同样的倒频器再将信号恢复。
倒频系统的工作原理如图所示,设输入信号的最高角频率为m ω。图中HP 是理
想高通滤波器,其截止角频率为b ω,LP 为理想低通滤波器,其截止角频率为m ω,
图1 倒频系统原理框图
根据倒频系统的原理框图,要求:
1)读入或录制一段语音信号
2)利用FFT分析语音信号频谱分布特性。
3)选择角频率bω和mω,设计相应的低通、高通滤波器,画出滤波器的幅频特性图
4)利用倒频系统对语音信号进行加密和解密,画出语音信号在加密前和加密后的时域和频域波形图,并通过语音回放验证加密和解密的效果。
2.2 各题的设计思想
2.2.1 第一题:验证时域采样定理与频域采样定理
时域采样理论和频域采样理论是数字信号处理中的重要理论。
验证时域采样定理
时域采样定理的主要内容为:
(1)对模拟信号以T进行时域等间隔理想采样,形成的采样信号的频率会以角频率为周期进行周期延拓。公式为:
(2)采样频率必须大于等于模拟信号最高频率的两倍或两倍以上,才能使采样信号的频谱不会产生频谱混叠。
题目中给定了模拟信号,模拟信号的频谱特性曲线如下图所示。
图2 模拟信号幅频特性曲线图
从模拟信号的幅频特性曲线中可以看出,模拟信号的最高频率为500Hz.
为了使用DFT得到信号的频谱特性,首先要用下面的公式产生时域离散信号,对于三种不同的采样频率,采样序列按顺序用表示。
因为采样频率不同,得到的的长度不同,长度(点数)用公式
得到。其中,为观测时间,题中所给的,为采样频率,分别为1000Hz、500Hz和300Hz。
然后对得到的进行DFT变换,得到响应的频域响应
。
然后调用MATLAB函数plot绘制的图像,并比较三者的区别即可验证时域采样定理。
验证频域采样定理