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数字信号处理课程设计
一、概述
本次信号处理课程设计主要对常见的数字信号处理算法进行实现。
主要内容包括数字信号滤波器、傅立叶变换和数字信号检测算法。
通过实验，学生将学习主要处理手段；同时了解数字信号处理的基本原理和应用。
二、主要内容
（1）数字信号滤波器：实现简单的数字滤波器，同时计算滤波器的频率响应；
（2）傅立叶变换：实现常用的傅立叶变换，并利用变换后的信号图像进行频率分析；
（3）数字信号检测算法：实现基本的一阶和二阶差分算法，并利用此算法进行实时信号检测；
三、实验步骤
（1）准备实验材料：将数字信号的原始信号数据以文件的形式存储，使用MATLAB等软件进行处理；
（2）实现数字滤波器：实现一阶以及多阶低通、高通和带通滤波器，
并计算响应的频谱；
（3）实现傅立叶变换：实现Fourier变换后的信号图像处理，如二维DFT等；
（4）实现数字信号检测算法：实现一阶和二阶差分算法，并利用此算法进行实时信号检测；
（5）数字信号处理综合应用实验：针对实际的数字信号，分析信号的特征，并基于实验结果进行信号处理算法的比较。
四、实验结果
完成本次实验后，可以实现对不同数字信号的处理，掌握其中滤波器、傅立叶变换等数字信号处理理论，并掌握常规的算法，学会运用算法实现实际信号处理工程。
数字信号处理基于计算机的方法第四版课程设计一、前言数字信号处理是现代信号处理学科中的重要分支之一，是测量、分析、运算、处理信号的数字技术的应用。
数字信号处理技术已经广泛的应用到无线通信、音频、视频、图像、地震勘探等领域。
本文介绍了数字信号处理基于计算机的方法第四版课程设计的要求、内容和实施方法。
二、课程设计要求2.1 设计目的数字信号处理课程设计的目的是为了让学生掌握数字信号处理相关的知识和技能，培养学生的实际应用能力，对数字信号处理技术有一个全面而深入的了解。
2.2 设计内容设计内容主要包括以下几个方面：1.综合运用MATLAB等软件进行数字信号处理算法分析，并实现基于MATLAB的信号处理程序。
2.理解数字信号处理的基本概念，数学模型和相关的数学工具。
3.分析各种数字滤波器的设计和性能评估方法。
4.探讨快速傅里叶变换(FFT)和傅里叶变换(FT)的基本原理和应用。
5.理解数字信号处理在实际应用中所需解决的问题及其解决方法。
2.3 设计形式课程设计采用小组合作形式，每个小组人数在3-4人范围内，进行课题研究。
三、课程设计实施方法3.1 课程设计分步骤3.1.1 第一步：主题选择小组负责人选取主题，并向指导教师提出初步方案，交流确定课题。
3.1.2 第二步：文献查阅小组按照确定的主题、方案进行文献查阅和综述，主要内容有：1.数字信号处理的基本概念、数学模型和相关的数学工具。
2.各种数字滤波器的设计和性能评估方法。
3.快速傅里叶变换(FFT)和傅里叶变换(FT)的基本原理和应用。
4.数字信号处理的实际应用领域及解决方法。
3.1.3 第三步：方案设计小组负责人制定详细的方案，确定实验方法和实验步骤，包括MATLAB算法的实现和程序编写，实现过程中需要考虑音频、视频、图像等方面。
3.1.4 第四步：软件实现根据方案设计实现算法，对程序进行编写、调试和优化以达到良好的运行效果。
需进行数值模拟和实验验证。
目录第1章需求分析----------------------------------------------------- 3 1.1设计题目------------------------------------------------------------------ 3 1.2设计要求------------------------------------------------------------------ 3 1.3系统功能分析-------------------------------------------------------------- 3第2章原理分析和设计-------------------------------------------- 4 2.1理论分析和计算------------------------------------------------------------ 4第3章详细设计----------------------------------------------------- 5 3.1算法设计思路-------------------------------------------------------------- 5 3.2对应的详细程序清单及程序注释说明------------------------------------------ 6第4章调试分析过程描述---------------------------------------- 10 4.1测试数据、测试输出结果--------------------------------------------------- 10 4.2程序调试过程中存在的问题以及对问题的思考--------------------------------- 13第5章总结-------------------------------------------------------- 15第1章需求分析1.1设计题目在Matlab 环境中，利用编程方法对FDMA通信模型进行仿真研究1.2设计要求1.2.1 Matlab支持麦克风，可直接进行声音的录制，要求至少获取3路语音信号。
数字信号教案高中生物
教学目标：
1. 了解数字信号的定义和特点。
2. 能够区分模拟信号和数字信号。
3. 掌握数字信号的传输方式和原理。
4. 能够应用数字信号在生活中的具体示例。
教学重点和难点：
重点：数字信号的特点和传输方式。
难点：区分模拟信号和数字信号的差异。
教学准备：
1. 准备幻灯片和课件。
2. 准备数字信号和模拟信号的示例。
3. 准备实物展示数字信号的设备。
4. 检查教室的设备是否齐全。
教学步骤：
一、导入新课
1. 利用实物展示数字信号的设备，引起学生的兴趣和好奇心。
2. 提出问题：你知道数字信号和模拟信号有什么区别吗？
二、讲解数字信号的概念和特点
1. 通过幻灯片介绍数字信号的定义和特点。
2. 分析数字信号和模拟信号的区别，包括精确度、传输方式等方面。
三、讲解数字信号的传输方式和原理
1. 通过实例说明数字信号的传输方式和传输原理。
2. 解释数字信号的编码和解码过程。
四、数字信号在生活中的应用
1. 展示数字信号在通讯、计算机等领域的应用案例。
2. 与学生一起讨论数字信号在生活中的重要性和作用。
五、巩固与拓展
1. 组织学生讨论数字信号和模拟信号的应用场景。
2. 布置作业：寻找生活中的数字信号和模拟信号的例子，并总结它们的特点。
教学反思：
通过本节课的学习，学生应该对数字信号有较为清晰的认识，并能够应用这些知识解决实际问题。
同时，教师需要引导学生积极思考和探索数字信号在生活中的广泛应用，以激发学生对科技的兴趣和热情。
题目一: 采样定理的验证1.课程设计目的及要求:1).掌握利用MATLAB分析系统频率响应的方法, 增加对仿真软件MATLAB的感性认识, 学会该软件的操作和使用方法。
2). 掌握利用MATLAB实现连续信号采用与重构的方法, 加深理解采样与重构的概念。
.).初步掌握线性系统的设计方法, 培养独立工作能力。
2.4).学习MATLAB中信号表示的基本方法及绘图函数的调用, 实现对常用连续时间信号的可视化表示, 加深对各种电信号的理解。
3.5).验证信号与系统的基本概念、基本理论，掌握信号与系统的分析方法。
4.6).加深对采样定理的理解和掌握，以及对信号恢复的必要性；掌握对连续信号在时域的采样与重构的方法。
详细设计过程及调试结果:1）．设, 利用filter函数求出的源程序：n=0:49;xn=0.8.^nsubplot(1,2,1);stem(n,xn,'.');axis([0 49 0 1]);title('输入xn图');xlabel('n');ylabel('xn');grid on;B=1;A=[1,-0.8];yn=filter(B,A,xn);n=0:length(yn)-1;subplot(1,2,2);stem(n,yn,'.');axis([0 49 0 2.5]); title('输出yn图');xlabel('n');ylabel('yn');grid on; 本题验结果及分析:2）: 模拟信号, 间隔采样得到:a.每一个画出的源程序:t=0:0.01:1;T1=0:0.01:1;T2=0:0.05:1;T3=0:0.1:1;xt=sin(20*pi*t);xn1=sin(20*pi*T1);xn2=sin(20*pi*T2);xn3=sin(20*pi*T3);subplot(4,1,1);plot(t,xt);title('模拟信号xt图');xlabel('t');ylabel('xt');grid on;subplot(4,1,2);stem(T1,xn1,'.');title('0.01s采样图');xlabel('n');ylabel('xn1');grid on;subplot(4,1,3);stem(T2,xn2,'.');axis([0 1 -1 1]);title('0.05s采样图');xlabel('n');ylabel('xn2');grid on;subplot(4,1,4);stem(T3,xn3,'.');axis([0 1 -1 1]);title('0.1s采样图');xlabel('n');ylabel('xn3');grid on;调试结果分析:b.采用内插从样本重建模拟信号的源程序:t=0:0.01:1;T0=0.1;xt=sin(20*pi*t);T1=0.01;n1=0:100;T2=0.05;n2=0:20;T3=0.1;n3=0:10;xt=sin(20*pi*t);subplot(4,1,1);plot(t,xt);title('原信号xt模拟图');xlabel('t');ylabel('xt');grid on; xn1=sin(20*pi*n1*T1);xn2=sin(20*pi*n2*T2);xn3=sin(20*pi*n3*T3);t1=0:T1:1;t2=0:T2:1;t3=0:T3:1;tn1=ones(length(n1),1)*t1-n1'*T1*ones(1,length(t1));tn2=ones(length(n2),1)*t2-n2'*T2*ones(1,length(t2));tn3=ones(length(n3),1)*t3-n3'*T3*ones(1,length(t3));yt1=xn1*sinc(tn1*pi/T1);subplot(4,1,2);plot(t1,yt1);axis([ 0 1 -1 1]); title('sinc内插0.01恢复的xt1图');xlabel('n');ylabel('xt1');grid on; yt2=xn2*sinc(tn2*pi/T2);subplot(4,1,3);plot(t2,yt2);axis([ 0 1 -1 1]); title('sinc内插0.05恢复的xt2图');xlabel('n');ylabel('xt2');grid on; yt3=xn3*sinc(tn3*pi/T3);subplot(4,1,4);plot(t3,yt3);axis([ 0 1 -1 1]); title('sinc内插0.1恢复的xt3图');xlabel('n');ylabel('xt3');grid on; 调试结果分析:c.采用三次样条内插从样本重建模拟信号源程序: t=0:0.01:1;xt=sin(20*pi*t);T1=0.01;n1=0:100;T2=0.05;n2=0:20;T3=0.1;n3=0:10;T1=0:T1:1;T2=0:T2:1;T3=0:T3:1;xt=sin(20*pi*t);xn1=sin(20*pi*T1);xn2=sin(20*pi*T2);xn3=sin(20*pi*T3);yt1=spline(T1,xn1,t);yt2=spline(T2,xn2,t);yt3=spline(T3,xn3,t);subplot(4,1,1);plot(t,xt);title('原信号xt模拟图');xlabel('t');ylabel('xt');grid on;subplot(4,1,2);plot(t,yt1);axis([ 0 1 -1 1]);title('三次样条0.01恢复的xt1图');xlabel('n');ylabel('xt1');grid on; subplot(4,1,3);plot(t,yt2);axis([ 0 1 -1 1]);title('三次样条0.05恢复的xt2图');xlabel('n');ylabel('xt2');grid on; subplot(4,1,4);plot(t,yt3);axis([ 0 1 -1 1]);title('三次样条0.1恢复的xt3图');xlabel('n');ylabel('xt3');grid on; 调试结果分析:总结体会:连续信号是指自变量的取值范围是连续的, 且对于一切自变量的取值, 除了有若干个不连续点以外, 信号都有确定的值与之对应。
《数字信号处理》教学大纲课程编码：英文名称：Digital Signal Processing学分/学时：3/48适用专业：光电信息科学与工程开课院系：先修课程：数电、模电、应用工程数学；后续课程：一、课程目标目标1：了解采样定理、离散序列的变换方法，熟悉离散信号的特性，掌握其分析方法。
能够绘制离散系统的传递函数、频率响应曲线，进行离散系统的传递函数与信号流图的分析转换。
目标2：掌握Z变换、离散信号的傅里叶变换理论与分析，熟悉快速傅里叶变换方法的原理与应用范围。
目标3：掌握数字滤波器的设计理论和方法，能够按照要求的参数指标，进行FIR、IIR两种不同类型滤波器的设计分析。
二、课程内容（一）数字信号与系统模块的基本要求和基本内容（6课时）1.1数字信号处理的基本概念、方法与特点；（2 学时）1.2时域离散信号与系统、输入输出描述法——线性常系数差分方程；（2 学时）1.3模拟信号数字处理方法。
（2 学时）（二）数字变换模块的基本要求和基本内容（24课时）2.1 Z变换与离散傅里叶变换（2 学时）2.2序列的Z变换及与傅里叶变换的定义及性质；（4 学时）2.3周期序列的Z变换与离散傅里叶级数及傅里叶变换表示式；时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系；（4 学时）2.4利用Z变换分析信号和系统的频域特性。
（4 学时）2.5离散傅里叶级数（DFS）的定义与性质；抽样Z变换-频率域采样；（4 学时）2.6计算DFT的问题及改进的途径:基2 FFT算法与进一步减少运算量的措施；（4 学时）2.7离散傅里叶反变换（IDFT）的快速方法（2 学时）（三）数字滤波器模块的基本要求和基本内容（18课时）3.1数字滤波器的基本概念、基本结构；（2 学时）3.2 FIR数字滤波器的基本结构；数字滤波器的格形结构（4 学时）3.3数字滤波器的基本概念、原理与结构；（1 学时）3.4用脉冲响应不变法、冲激响应法设计IIR数字滤波器；（2 学时）3.5用双线性变换法设计IIR数字滤波器；（2 学时）3.6数字高通、带通和带阻滤波器的设计；（1 学时）3.7线性相位FIR数字滤波器的条件和特点；（2 学时）3.8利用窗函数法设计FIR滤波器；（2 学时）3.9IIR数字滤波器的直接设计方法。
中南大学数字信号处理课程设计报告专业班级: 电信1303指导老师：姓名:学号:目录一、课程设计要求二、设计过程（1）设计题目（2）设计源代码（3）设计结果（4）结果分析三、设计总结与心得体会四、课程设计指导书一、课程设计要求1、课程设计指导书①《数字信号处理（第二版）》，丁玉美等，西安电子科技大学出版社；②《MATLAB 及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。
2、课程设计题目⑴、信号发生器用户根据测试需要，可任选以下两种方式之一生成测试信号：①、直接输入（或从文件读取）测试序列；②、输入由多个不同频率正弦信号叠加组合而成的模拟信号公式（如式1-1 所示）、采样频率（Hz）、采样点数，动态生成该信号的采样序列，作为测试信号。
⑵、频谱分析使用FFT 对产生的测试信号进行频谱分析并展示其幅频特性与相频特性，指定需要滤除的频带，通过选择滤波器类型（IIR / FIR），确定对应的滤波器（低通、高通）技术指标。
⑶、滤波器设计根据以上技术指标（通带截止频率、通带最大衰减、阻带截止频率、阻带最小衰减），设计数字滤波器，生成相应的滤波器系数，并画出对应的滤波器幅频特性与相频特性。
①IIR DF 设计：可选择滤波器基型（巴特沃斯或切比雪夫型）；②FIR DF 设计：使用窗口法（可选择窗口类型，并比较分析基于不同窗口、不同阶数所设计数字滤波器的特点）。
⑷、数字滤波根据设计的滤波器系数，对测试信号进行数字滤波，展示滤波后信号的幅频特性与相频特性，分析是否满足滤波要求（对同一滤波要求，对比分析各类滤波器的差异）。
①IIR DF：要求通过差分方程迭代实现滤波（未知初值置零处理）；②FIR DF：要求通过快速卷积实现滤波（对于长序列，可以选择使用重叠相加或重叠保留法进行卷积运算）。
⑸、选做内容将一段语音作为测试信号，通过频谱展示和语音播放，对比分析滤波前后语音信号的变化，进一步加深对数字信号处理的理解。
3、具体要求⑴、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。
数字信号处理及应用课程设计一、设计目的1、掌握数字滤波器的设计过程；2、了解IIR的原理和特性；3、熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法；4、学习II R滤波器的DSP实现原理；5、通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。
二、设计内容用DSP汇编语言编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤除信号中高频成分，观察滤波前后的波形变化。
三、设计原理（1）IIR滤波器的基本结构IIR滤波器广泛应用于数字信号处理中。
IIR滤波器差分方程的一般表达式为:式中x(n)为输入序列;y(n)为输出序列;和为滤波器系数.若所有系数等于0,则为FIR 滤波器.IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应,在结构上存在反馈回路,具有递归性,即IIR滤波器的输出不仅与输入有关,而且与过去的输出有关.将上式展开得出y(n)表达式为:在零初始条件下,对上式进行z变换,得到:设N=M,则传递函数为:上式可写成:该传输函数既有极点又有零点。
输出既依赖于输入又依赖于过去输出。
IIR所需计算比FIR少。
但是IIR具有稳定性问题。
对滤波系数的量化特别敏感。
上式具有N个零点和N个极点.若有极点位于单位圆外将导致系统不稳定.由于FIR滤波器所有的系数均为0,不存在极点,不会造成系数的不稳定.对于IIR滤波器,系统稳定的条件如下: 若|pi|<1,当n→时,h(n)→0,系统稳定;若|pi|>1,当n→时,h(n)→,系统不稳定.IIR滤波器具有多种形式,主要有:直接型(也称直接I型)、标准型(也称直接II型)、变换型、级联型和并联型.二阶IIR滤波器,又称为二阶基本节,分为直接型、标准型和变换型.对于一个二阶IIR滤波器,其输出可以写成:直接型(直接I型)根据上式可以得到直接二型IIR滤波器的结构图.如图1所示.共使用了4个延迟单元().图1 直接I型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器还可以用图2的结构实现.图2 直接I型二阶IIR滤波器此时,延时变量变成了w(n).可以证明上图的结构仍满足二阶IIR滤波器输出方程.前向通道:反馈通道:将1.2式代入1.1式可得:标准型(直接II型)从图2可以看出,左右两组延迟单元可以重叠,从而得到标准二阶IIR滤波器的结构图,如图3所示.由于这种结构所使用的延迟单元最少(只有2个),得到了广泛地应用,因此称之为标准型IIR滤波器.图3 标准型二阶IIR滤波器（2）二阶IIR滤波器的DSP实现标准型二阶IIR滤波器的实现在二阶IIR滤波器结构中,标准型结构是最常见的滤波器结构,其结构如图4所示:图4 标准型二阶IIR滤波器由结构图可以写出反馈通道和前向通道的差分方程:反馈通道:前向通道:由以上两式对二阶IIR滤波器进行编程，其中乘法-累加运算可采用单操作数指令或双操作数指令,数据和系数可存放在DARAM中,如图5所示:直接型二阶IIR滤波器的实现二阶IIR滤波器可以用直接型结构来实现.在迭代运算中,先衰减后增益,系统的动态范围和鲁棒性要好些.直接型二阶IIR滤波器的结构如图6所示:图6 直接型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器的脉冲传递函数为:差分方程为：为了实现直接型滤波,可在DARAM中开辟4个循环缓冲区,用来存放变量和系数,并采用循环缓冲区方式寻址.这4个循环缓冲区的结构如图7所示:四、源程序1、链接命令文件（.cmd文件）：-stack 0x0500-sysstack 0x0500-heap 0x1000-c-u _Reset-l rts55.libMEMORY{PAGE 0:RAM(RWIX): origin=0x000100, length=0x01ff00ROM(RIX): origin=0x020100, length=0x01ff00VECS(RIX): origin=0xffff00, length=0x000200PAGE 2:IOPORT(RWI):origin=0x000000, length=0x020000}SECTIONS{.text >ROM PAGE 0.data >ROM PAGE 0.bss>RAM PAGE 0.const>RAM PAGE 0.sysmem>RAM PAGE 0.stack >RAM PAGE 0.cio>RAM PAGE 0.sysstack>RAM PAGE 0.switch >RAM PAGE 0.cinit>RAM PAGE 0.pinit>RAM PAGE 0.vectors >VECS PAGE 0.ioport>IOPORT PAGE 2}2、C程序#include "math.h"#define signal_1_f 500#define signal_2_f 10000#define signal_sample_f 25000#define pi 3.1415926#define IIRNUMBER_L 2#define bufer_L 256int N_L=IIRNUMBER_L;intdata_in[bufer_L];int out[bufer_L] ;int x[IIRNUMBER_L+1];int y[IIRNUMBER_L+1];int k=0;intbufer=bufer_L;intfBn[IIRNUMBER_L]={0,0x634a};intfAn[IIRNUMBER_L]={0xe5c,0xe5c};externintiir(int *x,int *y,int *fAn,int *fBn,int N_L);externintinit(int *,int *,int);externintoutdata(int *,int,int);voidinputwave();void main(){intiirout;inputwave();init(x,y,N_L);while(1){x[0]=data_in[k];iirout=iir(x,y,fAn,fBn,N_L);outdata(out,iirout,bufer);k++;if(k>=bufer_L){k=0;}voidinputwave(){float wt1;float wt2;inti;for(i=0;i<=bufer_L;i++){wt1=2*pi*i*signal_1_f;wt1=wt1/signal_sample_f;wt2=2*pi*i*signal_2_f;wt2=wt2/signal_sample_f;data_in[i]=(cos(wt1)+cos(wt2))/2*32768;}}在CCS内编写以上程序通过加载运行等操作得到输入，输出的时域与频域波形图。
数字信号教案高中数学
【教学目标】
1. 了解数字信号的概念和特点；
2. 掌握数字信号的表示方法；
3. 学会数字信号的采样、量化和编码方法；
4. 了解数字信号在通信领域的应用。
【教学重点】
1. 数字信号的概念和特点；
2. 数字信号的表示方法；
3. 数字信号的采样、量化和编码方法。
【教学难点】
1. 数字信号的采样、量化和编码方法；
2. 数字信号在通信领域的应用。
【教学过程】
一、导入新课
老师介绍数字信号的概念和特点，引导学生思考数字信号与模拟信号的区别和联系。
二、数字信号表示方法
1. 二进制表示法：介绍二进制数的表示方法，并讲解二进制数与信号之间的关系；
2. 信号的采样、量化和编码：分别介绍信号的采样、量化和编码方法，并进行示范操作。
三、数字信号应用领域
1. 通信领域：介绍数字信号在通信领域的应用，如数字通信技术和数字电视等；
2. 其他领域：讨论数字信号在其他领域的应用，如数字信号处理和数字音乐等。
四、课堂练习
老师出示几道与数字信号相关的练习题，让学生巩固所学知识。
五、总结归纳
老师对本节课的重点知识进行总结，并鼓励学生对数字信号的学习继续深入思考。
【教学反思】
通过本节课的教学，学生能够初步了解数字信号的基本概念和特点，掌握数字信号的表示方法，以及了解数字信号在通信领域的应用。
在教学过程中，老师应该注重引导学生思考和独立思考能力的培养，激发学生学习数字信号知识的兴趣。
数字信号处理教程第五版教学设计课程简介本课程是数字信号处理教程的第五版，旨在教授数字信号处理的基础理论、算法和应用。
通过本课程的学习，学生将了解如何在数字领域中进行信号处理，包括滤波、采样、功率谱估计和谱分析等。
课程目标本课程的目标是：1.掌握数字信号处理的基本理论和概念。
2.熟悉数字信号处理中的常用算法和技术。
3.能够在实际应用中运用所学知识进行数字信号处理。
4.培养学生的理论研究和实践能力。
教学安排本课程将分为以下几个模块：第一模块：信号与系统基础本模块将讲解信号与系统的基础知识，包括信号的分类、信号的时域和频域表示、系统的线性性和时不变性等内容。
第二模块：离散信号与系统本模块将介绍离散信号和离散系统的基础知识，包括离散时间信号和连续时间信号的转换、离散时间系统和连续时间系统的转换、离散时间卷积和相关等内容。
第三模块：数字滤波器本模块将讲解数字滤波的基本概念和分类、实现数字滤波的不同方法、数字滤波器的设计和优化等内容。
第四模块：数字信号的采样和重构本模块将讲解数字信号的采样和重构，包括采样定理、插值和抽样等内容。
第五模块：功率谱估计和谱分析本模块将讲解数字信号的功率谱估计和谱分析，包括周期图和谱密度函数、特征值分解和Prony方法等内容。
教学方法本课程的教学方法主要采用讲授和实践相结合的方式。
其中，讲授部分将使用教材和辅助课件进行，包括教授基本概念、算法和应用；实践部分将开展编程实验和课程设计，引导学生解决实际问题，提高学生的独立思考和实践能力。
评估方式本课程的评估方式包括以下几个方面：1.考试成绩：占总成绩的50%。
2.实验成绩：占总成绩的30%。
3.课程设计成绩：占总成绩的20%。
总结本课程是一门重要的基础课程，对于数字信号处理及其应用的学习具有重要的意义。
希望学生通过本课程的学习，能够掌握数字信号处理的基本概念和方法，并在实际应用中发挥出所学知识的价值。
吉林工程技术师范学院信息工程学院《数字信号处理》课程设计报告题目：语音数字信号处理与分析及Matlab实现专业：电子信息工程班级：电子信息姓名：学号：指导教师：时间：目录第一章绪论 (1)1.1 设计的目的及意义 (1)1.2 设计要求 (1)1.3 设计内容 (2)第二章信号频谱分析 (4)2.1原始信号及频谱分析 (4)2.2加入干扰噪声后的信号及频谱分析 (6)第三章数字滤波器的设计与实现 (7)3.1 高通滤波器的设计 (7)3.2 低通滤波器的设计 (8)3.3 带通滤波器的设计 (9)3.4 带阻滤波器的设计 (11)第四章GUI用户图形界面设计 (13)4.1 图形用户界面概念 (13)4.2 图形用户界面设计 (13)4.3 图形用户界面制作 (15)4.4 利用GUI对数字滤波器的设计 (17)第五章课程设计总结 (20)参考文献 (I)附录 (I)第一章绪论1.1 设计的目的及意义目的:通过MATLAB可以对数字化的语音信号进行时频域分析。
MATLAB可以方便的展现语音信号的时域与频域曲线，并且根据语音的特性对语音进行分析。
例如，清浊音的幅度差别、语音信号的端点、信号在频域中的共振频率、加不同窗和不同窗长对信号的影响、LPC分析、频谱分析等。
MATLAB可以对数字化的语音信号进行处理。
由于MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级语言，允许用数字形式的语言编程，又有大量的库函数，所以编程简单、编程效率高、易学易懂。
我们可以对信号进行加噪和去噪、滤波、截取语音等。
意义: 语音是人类交换信息最方便、最快捷的一种方式，在高度发达的信息社会中，用数字化的方法进行语言的传送、存储、识别、合成和增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的组成部分之一。
数字电话通信、高音质的窄带语音系统、语音学习机、声控打字机、自动翻译机、智能机器人、新一代计算机语音智能终端及许多军事上的应用等，都要用到语音信号处理技术，随着集成电路和微电子技术的飞速发展，语音信号处理系统逐步走向实用化。
1.2 设计要求本次课程设计的目的是利用MATLAB对语音信号进行数字信号处理和分析，要求学生采集语音信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。
要求利用MATLAB来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。
再将该向量看作一个普通的信号，对其进行频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波。
然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。
1.3 设计内容1．理论依据根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理；时域信号的FFT分析；数字滤波器设计原理和方法，各种不同类型滤波器的性能比较），阐明设计原理。
2．信号采集采集语音信号，并对其进行FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。
3．构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析对所采集的语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放，感觉加噪前后声音的变化，分析原因，得出结论。
并对其进行FFT 频谱分析，比较加噪前后语音信号的波形及频谱，对所得结果进行分析，阐明原因，得出结论。
4．数字滤波器设计根据待处理信号特点，设计合适数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。
5．信号处理用所设计的滤波器对含噪语音信号进行滤波。
对滤波后的语音信号进行FFT频谱分析。
画出处理过程中所得各种波形及频谱图。
对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。
比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行频谱分析，阐明原因，得出结论。
6．设计图形用户界面设计处理系统的用户界面,在所设计的系统界面上可以选择滤波器的参数,显示滤波器的频率响应,选择信号等。
第二章信号频谱分析2.1原始信号及频谱分析FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。
在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。
函数FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若x为一向量，y是x的FFT且和x相同长度；若x 为一矩阵，则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。
如果x长度是2的幂次方，函数fft执行高速基－2FFT算法，否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。
函数FFT的另一种调用格式为y=fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。
函数执行N点的FFT，若x为向量且长度小于N，则函数将x补零至长度N；若向量x的长度大于N，则函数截短x使之长度为N；若x 为矩阵，按相同方法对x进行处理。
结果如图2-1所示。
图2-1 原始信号的图形图2-2（a）、(b)为N=128点幅频谱图，(c)、(d)为N=1024点幅频谱图。
由于采样频率f=100Hz，故Nyquist频率为50Hz，（a）、(c)是0～100Hz频谱图，(b) 、(d)是0～50Hz频谱图。
由（a）或(c)可见，整个频谱图是以Nyquist频率为轴对称的。
因此利用fft对信号做频谱分析，只要考察0～Nyquist频率（采样频率一半）范围的幅频特性。
比较（a）和(c)或(b)和 (d)可见，幅值大小与fft选用点数N有关，但只要点数N足够不影响研究结果。
从上图幅频谱可见，信号中包括15Hz和40Hz的正弦分量。
如图2-2所示。
图2-2 N=128点DFT的幅频图和N=1024点DFT幅频图2.2加入干扰噪声后的信号及频谱分析若信号长度T=25.6s，即抽样后x(n)点数为T/Ts=256，所得频率分辨率为Hz，以此观察数据长度N的变化对DTFT分辨率的影响，结果如图2-3所示。
图2-3 加入干扰噪声后的信号及频谱分析第三章数字滤波器的设计与实现3.1 高通滤波器的设计高通滤波器（英语：High-pass filter）是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。
对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。
它有时被称为低频剪切滤波器；在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。
高通滤波器与低通滤波器特性恰恰相反。
另外请参见带通滤波器。
一个滤波器滤除一个复杂信号中不想要的低频成份同时让高频信号通过是很有用的。
当然，'低'和'高'频率的含义是相对于滤波器设计者所选择的截止频率而言的。
高通滤波器是一个使高频率比较容易通过而阻止低频率通过的系统。
它去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。
其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。
后者是用以频率为自变量的函数表示，一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数，以H（jω）表示。
它的模H（ω）和幅角φ（ω）为角频率ω的函数，分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”，它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和相位变化。
可以证明，系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的傅里叶变换。
当线性无源系统可以用一个N阶线性微分方程表示时，频率响应H（jω）为一个有理分式，它的分子和分母分别与微分方程的右边和左边相对应。
最简单的高通滤波器称之为"一阶高通滤波器"，它的的特性一般用一阶线性微分方程表示，它的左边与一阶低通滤波器完全相同，仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。
如果激励源通过一个电阻给电容器构成一个充电回路，并以电阻两端的电压作为响应，就构成了一个以一阶微分方程描述的“一阶高通滤波器”，它的幅频响应在零频率处及其附近等于或接近于零，随着频率的增加，这个系统的幅频响应逐渐平滑地增加到趋近于1。
也就是说，较低的频率通过该系统时，没有或几乎没有什么输出，而当较高的频率通过该系统时，将会受到较小的衰减。
实际上，对于极高的频率而言，电容器相当于“短路”一样，这些频率，基本上都可以在电阻两端获得输出。
换言之，这个系统适宜于通过高频率而对低频率有较大的阻碍作用，是一个最简单的“高通滤波器”。
3.2 低通滤波器的设计低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
对于不同滤波器而言，每个频率的信号的强弱程度不同。
当使用在音频应用时，它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。
低通滤波器（英语：Low-pass filter）容许低频信号通过, 但减弱（或减少）频率高于截止频率的信号的通过。
对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。
当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。
低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss 滤波器）、平滑数据的数字算法、音障（acoustic barriers）、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。
低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数（moving average)所起的作用；低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
低通滤波器允许从直流到某个截止频率(FCUTOFF) 的信号通过。
将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零，即得到一个二阶低通滤波器传递公式：对于高于f0的频率，信号按该频率平方的速率下降。
在频率f0处，阻尼值使输出信号衰减。
您可以级联多个这样的滤波器部分来得到一个更高阶的（更陡峭的转降）滤波器。
假定设计要求一个截止频率为10kHz的四阶贝塞尔(Bessel) 低通滤波器。
根据参考文献1，每部分的转降频率分别为16.13及18.19 kHz，阻尼值分别为1.775及0.821，并且这两个滤波器分区的高通、带通和低通系数分别为0、0与1。
您可以使用这两个带有上述参数的滤波器部分来实现所要求的滤波器。
截止频率为输出信号衰减 3 dB的频率点。
3.3 带通滤波器的设计带通滤波器（英语：Band-pass filter）是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
