音乐信号处理1Word格式.docx

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3、通过信息处理实践的课程设计,掌握设计信息处理系统的思维方法和基本开发过程。

2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):

一、学习Matlab软件

1、熟悉Matlab的运行环境;

2、学会并掌握m语言编程;

3、根据所设计系统的需要会合理设定需完成系统的各项参数;

4、根据所设计系统的需要,优化程序设计最优系统。

二、实践设计要求:

1、根据所选题目,设计实现系统的原理框图。

2、编写m语言程序,给出系统不同节点输出波形。

3、每人一组,写出设计报告。

三、参考题目

题目1:

音乐信号的滤波处理

(1)

1、在windows下录制自己的一段语音信号或选取一段MP3文件;

2、在语音信号上分别叠加均匀白噪声和高斯白噪声,使信噪比为(学号)dB;

3、对叠加噪声前后的信号进行频谱分析,确定降噪的滤波器指标;

4、根据滤波器指标利用双线性变换法设计滤波器,在Matlab平台下编写程序,并观察分析滤波器的幅频特性、相频特性和群延时,以及滤波前后信号时域特性和频域特性。

题目2:

音乐信号的滤波处理

(2)

2、在语音信号上分别叠加均匀白噪声和高斯白噪声,使信噪比为(学号)dB;

4、根据滤波器指标利用冲激响应不变法设计滤波器,在Matlab平台下编写程序,并观察分析滤波器的幅频特性、相频特性和群延时,以及滤波前后信号时域特性和频域特性。

题目3:

数字基带传输系统眼图分析仿真

1、根据数字基带传输系统原理,建立数字基带传输系统原理框图;

2、生成任意二进制信号作为数字基带信号的信源,设信道为高斯白噪声,观察并分析(学号)dB信噪比条件下系统的输出结果,并利用眼图分析方法给出眼图分析结果;

3、对数字基带信号进行M序列加扰,在接收端对其进行解扰,其余条件同2。

根据要求,在Matlab平台下编写程序。

题目4:

音乐信号的滤波处理(3)

4、根据滤波器指标利用窗函数法设计滤波器,在Matlab平台下编写程序,并观察分析滤波器的幅频特性、相频特性和群延时,以及滤波前后信号时域特性和频域特性。

题目5:

音乐信号的滤波处理(4)

4、根据滤波器指标利用频率抽样法设计滤波器,在Matlab平台下编写程序,并观察分析滤波器的幅频特性、相频特性和群延时,以及滤波前后信号时域特性和频域特性。

题目6:

平顶抽样与自然抽样仿真

1、生成任一高斯白噪声信号f(t);

2、将高斯白噪声信号的带宽限制在(学号)kHz,形成信号x(t);

3、根据平顶抽样和自然抽样的原理框图,对x(t)信号分别进行平顶抽样和自然抽样。

在Matlab平台下编写程序,观察并分析抽样前后信号的时域与频域结果;

4、对抽样后的信号进行恢复,比较分析抽样前与恢复后的信号。

注:

以上6个题目中学号为班级学号的后两位,如0705094123,学号为23

选题要求:

学号对6取余,余数为1,选择题目1;

余数为2,选择题目2;

余数为3,选择题目3;

余数为4,选择题目4;

余数为5,选择题目5;

余数为0,选择题目6。

3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:

每个同学独立完成自己的任务,每人写一份设计报告,在课程设计论文中写明自己设计的部分,给出设计的matlab的程序与仿真波形图。

4.主要参考文献:

1.南利平等.通信原理简明教程(第2版).北京:

清华大学出版社.2009

2.郑君里等.信号与系统(第二版).北京:

高等教育出版社.2000

3.matlab相关书籍

5.设计成果形式及要求:

设计的程序;

课程设计说明书。

6.工作计划及进度:

6月12日~6月13日相关资料查阅;

6月17日~6月18日相关软件的学习;

6月21日~6月23日方案设计,建立模型并实现;

6月24日书写课程设计说明书;

6月25日答辩、成绩考核。

系主任审查意见:

签字:

年月日

目录

一、设计目的……………………………………………………………

二、设计要求……………………………………………………………

三、设计原理……………………………………………………………

四、设计步骤……………………………………………………………

1、设计方案……………………………………………………………………

2、设计过程……………………………………………………………………

3、设计结果……………………………………………………………………

五、设计总结……………………………………………………………

六、参考资料……………………………………………………………

一、设计目的

二、设计要求

三、设计原理

双线性变换法原理:

为了克服脉冲响应不变法所存在的缺点,提出采用双线性变换法。

该法的基本思想是首先按给定的指标设计一个模拟滤波器,其次将这个模拟滤波器的系统函数H(s),通过适当的数学变换方法把无限宽的频带,变换成频带受限的系统函数H(s~)。

最后再将H(s~)进行常规z变换,求得数字滤波器的系统函数H(z)。

这样由于在数字化以前已经对频带进行了压缩,所以数字化以后的频响可以做到无混叠效应。

显然,这里寻找压缩频带而又能满足上述映射条件的变换式是个关键。

设将s平面映射到s~平面存在下列的关系式

(1)

式中s~=σ~+jω~,C为变换常数,在式的右边是以ω~表示的周期函数,其周期为2π/T。

如果考虑频率特性则分别以s=jω,s~=jω~代入式

(1)故得:

 

(2)

现以ω为纵坐标,Ω~=ω~T为横坐标,则模拟与数字频率变量间的关系将如图所示。

结合式

(1)不难看出;

s的左半平面与s~的左半平面相对应;

s的右半平面与s~的右半平面相对应;

s平面的虚轴与s~平面的虚轴相对应。

它们之间主要的区别在于s平面-∞<

ω<

∞的无限频率范围,被映射到s~平面的主值范围内,即:

也就是说,通过变换式

(1)把整个 

s平面映射到s~平面以+-ωs/2为边界的水平窄区内。

这避免数字化后可能出现的频谱混叠提供了必要条件。

为了求出数字滤波器的系统函数,最后还得通过常规z变换将s~平面变换到z平面上来,其关系式为:

(3)

显见,这时在s~左半平面的窄区就被映射到z平面的单位圆内。

现将式(3代入式(1最后求得:

(4)

该式是两个线性函数之比,称为线性分式变换,若把它展开求z,则得:

(5)

可见,其反变换也是线性分式函数,所以这种变换是双向的,因此叫做双线性变换。

双线性变换仍然具有将s的左半平面映射到z平面单位圆内;

jω轴映射到单位圆上的基本性质。

因为当σ=0时,│z│=1,说明s平面jω轴映射到z平面单位圆上。

当σ<

0时,上式中的分母大于分子│z│<

1,说明s左半平面映射到z平面单位圆内。

因而它们一一对应,有着单值关系,是一种保角交换。

因此一个稳定的模拟滤波器,通过双线性变换只能得到一个(唯一)稳定的数字滤波器。

它不象脉冲响应不变法那样,由于在z平面与s平面之间的映射存在着多值关系,以至在s平面上许多不同的ω值,映射到z平面后都重叠在一个点子上,造成频谱混叠。

由此可见,双线性变换法将;

频带严格限制在ωs/2范围内,从根本上消除了频谱混叠。

四、设计步骤

(一)、设计方案

2、在语音信号上分别叠加均匀白噪声和高斯白噪声,使信噪比为13dB;

(二)、设计过程

所选语音信号为aplacenearby.wav

1、读取声音信号并画出频谱图

[y,fs,bits]=wavread('

aplacenearby.wav'

);

%读取声音信号

sound(y,fs,bits);

%播放

N=length(y);

%求出声音信号长度

M=length(fs);

Y=fft(y,N);

%进行傅里叶变换

figure

(1);

subplot(311);

plot(y)

title('

声音信号的波形'

gridon

subplot(312);

plot(abs(Y));

%axis([-5000,185000,-1.2,1.2]);

声音信号的幅频响应曲线'

xlabel('

\omega/\pi'

ylabel('

|H(e^j^\omega)|'

subplot(313)

plot(angle(Y));

%axis([-200,4500,-10,600]);

声音信号的相频响应曲线'

\phi(\omega)'

2、在音频信号上加入均匀白噪声和高斯白噪声,画出加入白噪声后的频谱图

I=1;

%噪声强度

y1=y+1*rand(M,1);

%加均匀白噪声

sound(y1,fs,bits);

y2=awgn(y,13);

%加高斯白噪声,信噪比为学号13

sound(y2,fs,bits);

Y1=fft(y1,N);

Y2=fft(y2,N);

figure

(2);

plot(y1)

加均匀白噪声后的声音信号波形'

plot(abs(Y1));

y1声音信号的幅频响应曲线'

plot(angle(Y1));

y1声音信号的相频响应曲线'

plot(y2)

加高斯白噪声后的声音信号波形'

plot(abs(Y2));

y2声音信号的幅频响应曲线'

plot(angle(Y2));

y2声音信号的相频响应曲线'

3、对比信号的频谱

figure(3);

原始声音信号的幅频响应曲线'

加均匀白噪声后的幅频响应曲线'

subplot(313);

加高斯白噪声后的幅频响应曲线'

4、确定滤波器的设计参数并对加噪声信号去噪处理

Ft=8000;

Fp=1000;

Fs=1200;

T=1;

Ap=1;

As=50;

%衰减系数

wp=(2/T)*pi*Fp/Ft;

ws=(2/T)*pi*Fs/Ft;

fp=2*Ft*tan(wp/2);

fs=2*Fs*tan(wp/2);

[bLP,aLP]=buttord(wp,ws,Ap,As,'

s'

%求带通滤波器的阶数和截止频率

[bBP,aBP]=butter(bLP,aLP,'

%求s域的频率响应参数

[b,a]=bilinear(bBP,aBP,0.5);

%利用双线性变换法实现s域到z域的变换

figure(5);

subplot(211);

plot(abs(b));

%axis([0,7,-0.2,1.2]);

gridon

xlabel('

w(rad)'

|H(jw)|'

title('

Æ

µ

×

º

¯

Ê

ý

'

subplot(212);

plot(20*log10(abs(b)));

%axis([0,2*pi,-120,20]);

20*lg|H(jw)|(db)'

20*lg|H(jw)|--w'

yy1=filter(b,a,y1);

%滤波函数

yy2=filter(b,a,y2);

%%%%%%%%%%%%%%%%

YY1=fft(yy1);

%求滤波后的信号

YY2=fft(yy2);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

figure(4);

subplot(221);

plot(yy1);

yy1Â

Ë

²

¨

ó

Ð

Î

subplot(222);

plot(abs(YY1),'

r'

subplot(223);

plot(yy2);

yy2Â

subplot(224);

plot(abs(YY2),'

(三)、设计结果

五、设计总结

本次课程设计我是用双线性变换法设计滤波器,用matlab进行仿真,这次可程设计是数字信号处理和matlab软件的一次结合,让我更深的理解了理论和实践相结合的重要性,我将会继续努力,多多实践,理论和实践最好的联系起来,将自己的实力进行提高。

六、参考资料

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