数字信号处理课程设计报告.docx
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数字信号处理课程设计报告
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设计一正余弦信号的谱分析
【一】设计要求
1.对一个频率为10Hz的连续余弦信号，以采样频率为64Hz得到离散余弦序列，对此余弦序列进行32点进行谱分析，画出其频谱图；若将信号频率改为11Hz，其他参数不变，重新画出该序列的频谱图，观察频谱泄漏现象，分析原因。
2．考察DFT的长度对双频率信号频谱分析的影响。
设待分析的信号为
（1.2）
令两个长度为16的正余弦序列的数字频率为
及
。
取N为四个不同值16，32，64，128。
画出四个DFT幅频图，分析DFT长度对频谱分辨率的影响。
3.在上题中若把两个正弦波的频率取得较近，令
，
，试问怎样选择FFT参数才能在频谱分析中分辨出这两个分量？
【二】设计原理
【三】源程序清单
1
N=input（'输入谱分析的长度'）
n=0:
N-1;
T=1/64;
x1=cos（20*pi*n*T）;
subplot（2,2,1）;
stem（n,x1）;xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;%绘制序列的波形
title（'余弦序列'）;
X1=abs（fft（x1,N））;%求余弦序列的N点FFT
subplot（2,2,2）
k=0:
N-1;
stem（k,X1）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（N）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
x2=cos（22*pi*n*T）;
subplot（2,2,3）;
stem（n,x2）;xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;%绘制序列的波形
title（'余弦序列'）;
X2=abs（fft（x2,N））;%求余弦序列的N点FFT
subplot（2,2,4）
k=0:
N-1;
stem（k,X2）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（N）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
2.
f1=0.22;
f2=0.34;
n=0:
16;
x=0.5*sin（2*pi*f1*n）+sin（2*pi*f2*n）;
X1=abs（fft（x,16））;
subplot（2,2,1）,stem（n,x）,xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;
k=0:
15;
stem（k,X1）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（16）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
X2=abs（fft（x,32））;
subplot（2,2,2）,stem（n,x）,xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;
k=0:
31;
stem（k,X2）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（32）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
X3=abs（fft（x,64））;
subplot（2,2,3）,stem（n,x）,xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;
k=0:
63;
stem（k,X3）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（64）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
X4=abs（fft（x,128））;
subplot（2,2,4）,stem（n,x）,xlabel（'n'）;ylabel（'x1（n）'）;
k=0:
127;
stem（k,X4）%绘制序列的幅频特性曲线
xlabel（'k'）;ylabel（'X（k）'）;
string=[num2str（128）,'点FFT幅频曲线'];
title（string）;
【四】设计结果
1.
2.
【五】结果分析
设计二数字滤波器的设计及实现
【一】设计要求
1调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，观察st的时域波形和幅频特性曲线；
2要求将st中的三路调幅信号分离，通过观察st的幅频特性曲线，分别确定可以分离st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率，要求滤波器的通带最大衰减为0.1dB，阻带最小衰减为60dB；
3编程调用MATLAB滤波器设计函数分别设计这三个数字滤波器，并绘图显示其幅频特性曲线；
4调用滤波函数filter，用所设计的三个滤波器分别对复合信号st进行滤波，分离出st中的三路不同载波频率的调幅信号，并绘图显示滤波后信号的时域波形和频谱，观察分离效果。
【二】设计原理
【三】源程序清单
%产生信号序列st，并显示st的时域波形和频谱
%st=mstg返回三路调幅信号相加形成的混合信号，长度N=800
N=800;%信号长度N为800
Fs=10000;T=1/Fs;Tp=N*T;%采样频率Fs=10kHz，Tp为采样时间
t=0:
T:
（N-1）*T;k=0:
N-1;f=k/Tp;
fc1=Fs/10;%第1路调幅信号载波频率fc1=1000Hz
fm1=fc1/10;%第1路调幅信号的调制信号频率fm1=100Hz
fc2=Fs/20;%第2路调幅信号载波频率fc2=500Hz
fm2=fc2/10;%第2路调幅信号的调制信号频率fm2=50Hz
fc3=Fs/40;%第3路调幅信号载波频率fc3=250Hz
fm3=fc3/10;%第3路调幅信号的调制信号频率fm3=25Hz
xt1=cos（2*pi*fm1*t）.*cos（2*pi*fc1*t）;%产生第1路调幅信号
xt2=cos（2*pi*fm2*t）.*cos（2*pi*fc2*t）;%产生第2路调幅信号
xt3=cos（2*pi*fm3*t）.*cos（2*pi*fc3*t）;%产生第3路调幅信号
st=xt1+xt2+xt3;%三路信号相加，得到复合信号
fxt=fft（st,N）;%计算信号st的频谱
%以下为绘图命令
figure
（1）
subplot（4,2,1）;
plot（t,st）;grid;xlabel（'t/s'）;ylabel（'s（t）'）;
axis（[0,Tp,min（st）,max（st）]）;title（'（a）s（t）的波形'）
figure
（1）
subplot（4,2,2）;
stem（f,abs（fxt）/max（abs（fxt））,'.'）;grid;title（'（b）s（t）的频谱'）
axis（[0,Fs/8,0,1.2]）;
xlabel（'f/Hz'）;ylabel（'幅度'）;
%低通滤波器
fp=300;fs=320;
wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60;%DF指标（低通滤波器的通、阻带边界频）
[N,wp]=ellipord（wp,ws,rp,rs）;%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp
[B,A]=ellip（N,rp,rs,wp）;%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和A
y1t=filter（B,A,st）;%滤波器软件实现
y1=fft（y1t）;
%绘图部分
figure
（2）
subplot（311）
[H,W]=freqz（B,A,800）;
plot（W*Fs/2/pi,abs（H））;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'H（w）'）;
title（'低通滤波器'）;
axis（[0,2000,0,1.2]）;
grid;
figure
（1）
subplot（4,2,3）;
plot（t,y1t）;
xlabel（'t'）;
ylabel（'y（t）'）;
title（'分离出的250Hz的波形'）;
figure
（1）
subplot（4,2,4）;
stem（f,abs（y1）/max（abs（y1））,'.'）;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'|H|'）;
title（'250Hz的频谱'）;
axis（[0,1200,0,1]）;
grid;
%带通滤波器
fpl=400;fpu=580;fsl=300;fsu=700;
wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=0.1;rs=60;
[N,wp]=ellipord（wp,ws,rp,rs）;%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp
[B,A]=ellip（N,rp,rs,wp）;%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和A
y2t=filter（B,A,st）;%滤波器软件实现
y2=fft（y2t）;
%绘图部分
figure
（2）
subplot（312）
[H,W]=freqz（B,A,800）;
plot（W*Fs/2/pi,abs（H））;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'H（w）'）;
title（'带通滤波器'）;
axis（[0,2000,0,1.2]）;
grid;
figure
（1）
subplot（4,2,5）;
plot（t,y2t）;
xlabel（'t'）;
ylabel（'y（t）'）;
title（'分离出的500Hz的波形'）;
figure
（1）
subplot（4,2,6）;
stem（f,abs（y2）/max（abs（y2））,'.'）;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'|H|'）;
title（'频谱'）;
axis（[0,1200,0,1]）;
grid;
%高通滤波器
fp=800;fs=780;
wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60;%DF指标（低通滤波器的通、阻带边界频）
[N,wp]=ellipord（wp,ws,rp,rs）;%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp
[B,A]=ellip（N,rp,rs,wp,'high'）;%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和A
y3t=filter（B,A,st）;%滤波器软件实现
y3=fft（y3t）;
%绘图部分
figure
（2）
subplot（313）
[H,W]=freqz（B,A,800）;
plot（W*Fs/2/pi,abs（H））;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'H（w）'）;
title（'高通滤波器'）;
axis（[0,2000,0,1.2]）;
grid;
figure
（1）
subplot（4,2,7）;
plot（t,y3t）;
xlabel（'t'）;
ylabel（'y（t）'）;
title（'分离出的1000Hz的波形'）;
figure
（1）
subplot（4,2,8）;
stem（f,abs（y3）/max（abs（y3））,'.'）;
xlabel（'Hz'）;
ylabel（'|H|'）;
title（'频谱'）;
axis（[0,1200,0,1]）;grid;
【四】设计结果
设计三语音信号滤波处理
【一】设计要求
1利用Windows下的录音机录制一段自己的话音，时间在1s内。
然后在Matlab软件平台下，利用wavread函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数；
2画出语音信号的时域波形，对采样后的语音信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，画出采样信号的时域波形和频谱图；
3根据对语音信号谱分析的结果，确定滤除噪声所需滤波器的技术指标，设计合适的数字滤波器，并画出滤波器的频域响应；
4用所设计的滤波器对采集的信号进行滤波，在同一个窗口画出滤波前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；
5回放语音信号；sound（x）
6为使编制的程序操作方便，设计一个信号处理用户界面。
在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。
【二】设计原理
【三】源程序清单
Fs=20000;%采样频率
[x,Fs]=wavread（'m1.wav'）;
figure
（1）
subplot（2,2,1）
plot（x,'r'）;%做原始语音信号的时域图形
title（'原语音信号'）;gridon;
%sound（x,Fs）;
subplot（2,2,2）
plot（abs（fft（x）））;%画出原始语音信号的频谱图
title（'原语音信号的频谱'）;gridon;
y=rand（size（x））/5;
y=x+y;
subplot（2,2,3）;
plot（y）;%做噪声语音信号的时域图形
title（'加噪后语音信号'）;
xlabel（'时间n'）;ylabel（'音量n'）;
%sound（y,Fs）;
subplot（2,2,4）;
y5=fft（y,length（y））;%做length（y）点的FFT
plot（abs（y5））;%画出噪声语音信号的频谱图
title（'加噪后语音信号的频谱'）;gridon;
fs=20000;
fc2=5000;
wc2=2*pi*fc2/fs;
wp2=2*pi*4800/fs;ws2=2*pi*5000/fs;
N2=ceil（6.6*pi/（ws2-wp2））+1;%确定窗的长度
Window=（hamming（N2））;
b2=fir1（N2-1,1/pi,0,Window）;%利用窗函数法设计FIR滤波器
[H,W]=freqz（b2,1,512）;%数字滤波器频率响应
H_db=20*log10（abs（H））;
figure
（2）;
subplot（3,1,1）
plot（W,H_db）;
title（'低通滤波器'）;gridon;
y_high=filter（b2,1,y）;%对信号进行高通滤波
subplot（3,1,2）
plot（y_high）;title（'信号经过低通滤波器（时域）'）;
subplot（3,1,3）
plot（abs（fft（y_high）））;
title（'信号经过低通滤波器（频域）'）;gridon;
sound（y_high,Fs）;
【四】设计结果
【五】结果分析
【六】收获、体会和建议
【七】参考资料
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