《数字信号处理》课程实验题目电子121.docx

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《数字信号处理》课程实验题目电子121

广西大学计电学院《数字信号处理》课程实验

适用专业：

电信和通信工程专业；实验学时：

9学时

一、实验的性质、任务和基本要求

（一）本实验课的性质、任务

数字信号处理课程实验是数字信号处理课程的有效的补充部分，通过实验，使学生巩固和加深数字信号处理的理论知识的理解和掌握，在实验过程中了解简单但是完整的数字信号处理的工程实现方法和流程。

通过实践进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力、实际动手能力、综合设计及创新能力的培养。

（二）基本要求

掌握数字信号处理基本理论知识和滤波器设计及应用。

（三）实验选项

序号

实验项目

实验类型

实验学时

人数

实验1

数字信号处理在音乐信号延时和混响处理中的应用（时域处理）－p278

设计应用性

9

1

实验2

数字信号处理在音乐信号均衡处理中的应用（频域处理）－p281

设计应用性

9

1

实验3

双音多频（DTMF）通信设计的MATLAB仿真

设计应用性

9

1

实验4

DSP开发板实现对信号的滤波处理

设计应用性

9

1

实验5

IIR滤波器相位校正实验

设计应用性

9

1

实验6

用窗函数法设计高通和带通数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验7

用窗函数法设计低通和带阻数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验8

用频率采样法设计一个线性相位FIR低通滤波器，过渡带采样点数为0-2个

设计应用性

9

1

实验9

设计一个数字陷波器，对一段音频信号进行陷波处理

设计应用性

9

1

实验10

设计一个数字谐振器，对一段音频信号进行谐振处理

设计应用性

9

1

实验11

用双线性变换法设计高通和带通数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验12

用双线性变换法设计低通和带阻数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验13

音频信号的采集、采样和分析；

设计一个数字滤波器，对该音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验14

采用MATLAB完成类似p103的例4.3.1

设计应用性

9

1

实验15

对IIR滤波器相同的系统函数不同网络结构对相同的信号进行处理的时间测试实验

验证分析性

9

1

实验16

对FIR滤波器相同的系统函数不同网络结构对相同的信号进行处理的时间测试实验

验证分析性

9

1

实验17

系统函数系数量化效应对系统的极点和频率特性的影响

验证分析性

9

1

实验18

用数字低通滤波、算术平均值滤波和中值滤波的数字滤波算法去噪比较

设计应用性

9

1

实验19

用数字低通滤波、加权平均值滤波和限幅滤波的数字滤波算法去噪比较

设计应用性

9

1

实验20

用数字低通滤波、消抖滤波和递推平均值滤波的数字滤波算法去噪比较

设计应用性

9

1

实验21

非线性相位和线性相位滤波器对一段音频信号处理后的区别测试

验证分析性

9

1

实验22

用窗函数法和等波纹逼近法设计FIR低通，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验23

用不同的模拟原型滤波器设计数字低通滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

设计应用性

9

1

实验24

比较两序列的线性卷积和它们的N点循环卷积，并设计一个小软件

设计应用性

9

1

实验25

用窗函数法、频率采样法和最小二乘法设计FIR带通滤波器

设计应用性

9

1

实验26

用Kaiser窗设计线性相位FIR低通滤波器

设计应用性

9

1

实验27

采用频率采样法设计一个线性相位FIR低通滤波器，并用累试法寻找3个最佳过渡带采样点

基本理论和设计

9

1

实验28

采用MATLAB完成p109例4.5.2截断效应实验，并且设计一个小软件

基本理论和设计

9

1

二、实验教学内容

实验1数字信号处理在音乐信号延时和混响处理中的应用（时域处理）－p278

1、实验目的和内容

掌握数字信号处理方法在音乐信号混响处理中的应用（在时域处理）。

2、实验内容

按照p278的内容要求，采用MATLAB设计相应滤波器及小型应用软件APP，实现对一段音乐信号进行延时和混响处理和输出，能实现混响程度的调节。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验2数字信号处理在音乐信号均衡处理中的应用（频域处理）－p281

1、实验目的

掌握数字信号处理方法在音乐信号均衡处理中的应用（在频域处理）。

2、实验内容

按照p281的内容要求，采用MATLAB设计相应滤波器，及小型应用软件APP,实现对一段音乐信号进行均衡处理和输出，更高要求是能实现均衡程度的调节。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验3双音多频（DTMF）通信设计的MATLAB仿真

1、实验目的

理解和掌握第十章双音多频（DTMF）拨号原理。

2、实验内容

根据双音多频（DTMF）拨号原理，采用MATLAB进行DTMF信号系统拨号、检测和接收仿真设计。

采用MATLAB设计出电话机（或手机）的拨号界面和检测接收界面。

要求能显示发送（无噪声和含不同信噪比）的数字字母（串）、检测和接收到的数字（串）。

并实现简单的问候语、祝福语的短信发送和接收。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验4DSP实现对信号的滤波处理

1、实验目的

掌握MATLAB设计数字滤波器和采用DSP实现数字滤波器并对音频信号滤波的方法。

2、实验内容

采用MATLAB设计数字滤波器获得参数，再用DSP实现该滤波器。

采用DSP实时采集音频信号并进行滤波处理。

3、实验要求

1）提供程序；

2）写实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验5IIR滤波器相位校正实验

1、实验目的

了解全通滤波器的应用。

2、实验内容

1）利用MATLAB设计一个IIR滤波器（滤波器指标可参照实验6和实验7，或根据实际情况作调整）；

2）结合课本关于全通滤波器特性知识（p128），在IIR滤波器后级联一个全通相位滤波器进行相位校正，使此滤波器最终实现线性相位特性；

3）分别使用相位校正前后两滤波器实现对某一信号的处理；

4）画出IIR滤波器、全通滤波器、相位校正后滤波器的幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，信号时域波形、信号的幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线；

5）详述实验设计原理，分析相位校正前后两类滤波器对信号处理后的区别。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写实验报告，包含有对设计过程以及所得结果进行分析和说明。

实验6用窗函数法设计高通和带通数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

1、实验目的

掌握窗函数法设计数字滤波器并对音频滤波处理的方法。

2、实验内容和步骤

1）准备一段3秒长的音频信号，要求如下：

设语音信号最高截止频率4kHz，音乐信号最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，根据此采样频率用MATLAB或其他软件进行音频信号采集或者将现有音频信号转换为该采样频率的音频信号；

2）用窗函数法设计高通和带通2个数字滤波器，设计指标如下（采样频率为1）中Fs）：

高通滤波器性能指标：

fs=4000Hz，fp=5000Hz，As=60dB，Ap=1dB；

带通滤波器性能指标：

fs1=1000Hz，fp1=2000Hz，fp2=5000Hz，fs2=6000Hz，As1=60dB，Ap=1dB，As2=60dB；

3）分别对该段3秒长的音频信号进行滤波处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图效果见文档最后说明；

5）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验7用窗函数法设计低通和带阻数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

1、实验目的

掌握窗函数法设计数字滤波器并对音频滤波处理的方法。

2、实验内容和步骤

1）准备一段3秒长的音频信号，要求如下：

设语音信号最高截止频率4kHz，音乐信号最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，根据此采样频率用MATLAB或其他软件进行音频信号采集或者将现有音频信号转换为该采样频率的音频信号；

2）用窗函数法设计低通和带阻2个数字滤波器，设计指标如下：

数字低通滤波器性能指标：

fp=1000Hz，fs=2000Hz，As=65dB，Ap=1dB；

数字带阻滤波器性能指标：

fp1=1000Hz，fs1=2000Hz，fs2=5000Hz，fp2=6000Hz，Ap1=1dB，As=65dB，Ap2=1dB；

3）分别对该段3秒长的音频信号进行滤波处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

5）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验8用频率采样法设计一个线性相位FIR低通滤波器，过渡带采样点数为0-2个

1、实验目的

掌握频率采样法设计线性相位FIR滤波器。

2、实验内容和步骤

1）利用频率采样法设计三个线性相位FIR低通滤波器，设计指标：

1.采样点数N=33，wc=π/2rad

2.采样点数N=33，wc=π/2rad，设置一个过渡点∣H（k）∣=0.39

3.采样点数N=33，wc=π/2rad，设置两个过渡点∣H1（k）∣=0.5925，∣H2（k）∣=0.1099；

2）画出滤波器幅度采样图A（k）、脉冲响应h（n）、幅度和相位特性曲线；

3）对比三个滤波器性能，分析频率采样法的优缺点及逼近误差；

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验9设计一个数字陷波器，对一段音频信号进行陷波处理

1、实验目的

掌握数字陷波器的设计方法及应用。

2、实验内容和步骤

1）准备一段3秒长的音频信号，要求如下：

设语音信号最高截止频率4kHz，音乐信号最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，根据此采样频率用MATLAB或其他软件进行音频信号采集或者将现有音频信号转换为该采样频率的音频信号；

2）用MATLAB对这段3秒长音频信号加入一个单频噪声（正弦波或余弦波）；

3）设计相应数字陷波器（采样频率为1）中Fs，滤除频率为2）中正余弦波的频率）；

4）对该段3秒长的音频信号进行滤波处理；

5）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

6）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验10设计一个数字谐振器，对一段音频信号进行谐振处理

1、实验目的

掌握数字谐振器设计方法及应用。

2、实验内容和步骤

1）采用MATLAB设计一段三个频率组成的信号（长度为3秒，三个频率为1000Hz，3000Hz，5000Hz，自行选择合适的采样频率Fs）；

2）设计相应数字谐振器并对这一段信号进行滤波处理，保留其中3000Hz信号，滤除其它2个信号；

3）画出处理前后的时域频域图，要求：

信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

4）回放信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验11用双线性变换法设计高通和带通数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

1、实验目的

掌握双线性变换法设计数字滤波器并对音频滤波处理的方法。

2、实验内容和步骤

1）准备一段3秒长的音频信号，要求如下：

设语音信号最高截止频率4kHz，音乐信号最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，根据此采样频率用MATLAB或其他软件进行音频信号采集或者将现有音频信号转换为该采样频率的音频信号；

2）用双线性变换法设计高通和带通2个数字滤波器，设计指标如下（采样频率为1）中Fs）：

高通滤波器性能指标：

fs=5000Hz，fp=6000Hz，As=70dB，Ap=1dB；

带通滤波器性能指标：

fs1=1000Hz，fp1=2000Hz，fp2=4000Hz，fs2=5000Hz，As1=65dB，Ap=1dB，As2=65dB；

3）分别对该段3秒长的音频信号进行滤波处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

5）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验12用双线性变换法设计低通和带阻数字滤波器，并分别对一段音频信号进行处理

1、实验目的

掌握双线性变换法设计数字滤波器并对音频滤波处理的方法。

2、实验内容和步骤

1）准备一段3秒长的音频信号，要求如下：

设语音信号最高截止频率4kHz，音乐信号最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，根据此采样频率用MATLAB或其他软件进行音频信号采集或者将现有音频信号转换为该采样频率的音频信号；

2）用双线性变换法设计低通和带阻2个数字滤波器，设计指标如下（采样频率为1）中Fs）：

低通滤波器性能指标：

fp=2000Hz，fs=4000Hz，As=75dB，Ap=1dB；

带阻滤波器性能指标：

fp1=2000Hz，fs1=3000Hz，fs2=5000Hz，fp2=6000Hz，Ap1=1dB，As=70dB，Ap2=1dB；；

3）分别对该段3秒长的音频信号进行滤波处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

5）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验13音频信号的采集、采样和分析

1、实验目的

通过完成模拟语音信号的采集、采样和分析，加深理解采样定理，掌握对模拟信号的采样方法，以及滤波器设计及滤波处理应用。

2、实验内容和步骤

1）采集一段长3秒音频，要求如下：

设一段语音信号其最高截止频率4kHz，或者一段音乐信号其最高截止频率8kHz，根据采样定理自行选择合适的采样频率Fs，用MATLAB对该段音频信号进行采集；

2）画出该音频信号的频谱，对该音频信号进行频谱分析；

3）设计一个数字滤波器（高通或低通均可，设计指标可参考实验6和实验7），对该段3秒音频信号进行处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz。

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz。

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

5）回放音频信号并对滤波前后的音频信号频谱进行对比、分析

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验14采用MATLAB完成类似p103的例4.3.1

1、实验目的

加深理解采用数字信号处理方法对模拟信号处理的过程、掌握使用MATLAB处理的方法。

2、实验内容和步骤

1）采用MATLAB设计一个类似例4.3.1中的有多个不同频率的音频信号，长度3秒，自行选择合适的采样频率Fs；

2）设计一个IIR或FIR数字滤波器，设定相应的通带截止频率和阻带始点频率，以及通带最大衰减和阻带最小衰减（采样频率为1）中Fs），以满足例4.3.1对前三个音频信号的基本平衡的要求；

3）对该段3秒长的音频信号进行处理；

4）画出处理前后的时域频域图，要求：

音频信号处理前后时域波形图要求横坐标是时间，单位s，频域频谱图横坐标要求是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

滤波器幅度特性画两幅图，分别是纵坐标是dB、横坐标归一化数字频率（范围0-1）和纵坐标是幅度、横坐标是模拟频率（范围0-Fs/2），单位Hz

更高要求是画出相应相位图，画图可参照文档最后说明；

5）回放音频信号并对处理前后的音频信号频谱进行对比、分析。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验15对IIR滤波器相同的系统函数不同网络结构对相同的信号进行处理的时间测试实验

1、实验目的

掌握IIR数字滤波器不同网络结构及其特性。

2、实验内容和步骤

1）在MATLAB环境下，对IIR数字滤波器，拟定一个相同的系统函数H（z），设计直接性和级联型网络结构，可以借助MATLAB滤波器设计工具fdatool设计导出系数来辅助设计；

2）设计对同一段3秒长信号进行处理，测定2个不同网络结构的处理时间，并进行分析说明；

这个信号可以参考前面实验10或者11进行设计；

3）画出系统结构图、系统的H（幅度特性和相位特性图）和h图、输入信号和输出信号时域、频域图，画图参考文档最后说明；

实验中涉及到的MATLAB函数自行查找：

y=filter（b,a,x）;%直接型结构滤波

[sos,G]=tf2sos（b,a）;%传递函数转换为二阶环节

y=casfilter（b0,b,a,x）;%级联型结构滤波

y=parfilter（C,b,a,x）;%并联型结构滤波

等等。

后面两个函数不是MATLAB自带函数，需要网上查找资料，或自行编写。

可以参考陈怀琛编著的《数字信号处理教程——MATLAB释义与实现》（第二版）。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验16对FIR滤波器相同的系统函数不同网络结构对相同的信号进行处理的时间测试实验

1、实验目的

掌握FIR数字滤波器不同网络结构及其特性。

2、实验内容和步骤

1）在MATLAB环境下，对FIR数字滤波器，拟定一个相同的系统函数H（z），设计直接性和级联型网络结构，可以借助MATLAB滤波器设计工具fdatool设计导出系数来辅助设计；

2）设计对同一段3秒长信号进行处理，测定2个不同网络结构的处理时间，并进行分析说明；

这个信号可以参考前面实验10或者11进行设计；

3）画出系统结构图、系统的H（幅度特性和相位特性图）和h图、输入信号和输出信号时域、频域图，画图参考文档最后说明；

实验中涉及到的MATLAB函数自行查找：

y=filter（b,a,x）;%直接型结构滤波

[sos,G]=tf2sos（b,a）;%传递函数转换为二阶环节

y=casfilter（b0,b,a,x）;%级联型结构滤波

y=parfilter（C,b,a,x）;%并联型结构滤波

等等。

后面两个函数不是MATLAB自带函数，需要网上查找资料，或自行编写。

可以参考陈怀琛编著的《数字信号处理教程——MATLAB释义与实现》（第二版）。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验17系统函数系数量化效应对系统的极点和频率特性的影响

1、实验目的

加深理解系统函数系数量化效应，对系统的极点、以至对频率特性的影响。

2、实验内容和步骤

1）完成例8.6.2；

2）另外拟定一个低通滤波器系统函数；

3）对系统函数系数进行量化，二进制量化位数同例8.6.2；

4）要求画出量化前后的极点、频谱图等，并进行比较、分析说明误差影响。

3、实验要求

1）采用MATLAB完成，提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验18用数字低通滤波、算术平均值滤波和中值滤波的数字滤波算法去噪比较

1、实验目的

了解各不同滤波方法的原理和去噪效果。

2、实验内容和步骤

1）采用MATLAB设计一段加噪信号；

2）用以下数字滤波算法，对该含噪信号实现去噪滤波：

1.本课程的数字低通滤波器（自选）

2.算数平均值滤波

3.中值滤波

3）要求画出原始信号和加噪信号，滤波处理前后的时域和频域曲线；

4）分析采用的三种不同滤波去噪方法的结果与异同。

3、实验要求

1）提供MATLAB程序；

2）写出实验报告，对设计的思路和步骤结果进行分析和说明。

实验19用数字低通滤波、加权平均值滤波和限幅滤波的数字滤波算法去噪比较

1、实验目的

了解各不同滤波方法的原理和去噪效果。

2、实验内容和步骤

1）采用MATLAB设计一段加噪信号；

2）用以下数字滤波算法，对同一个含噪信号实现去噪滤波：

1.本课程的数字低通滤波器（自选）

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