数字信号处理实验内容-音频信号分析与处理-2016.10

第1篇一、引言随着科技的不断发展，数字音频技术在各个领域得到了广泛应用。

数字音频处理是音频技术中的一个重要分支，它通过对音频信号进行数字化、压缩、解码、编辑、增强等操作，实现音频信息的存储、传输、播放和再现。

本文将结合实际操作，对数字音频处理技术进行实践报告，以期为相关领域的研究和开发提供参考。

二、实践目的1. 熟悉数字音频处理的基本概念和原理；2. 掌握数字音频处理软件的操作方法；3. 提高音频信号处理和编辑的能力；4. 了解数字音频处理在各个领域的应用。

三、实践内容1. 数字音频采集与转换（1）采集设备：使用笔记本电脑、麦克风等设备进行音频采集。

（2）采集软件：使用Audacity、Adobe Audition等软件进行音频采集。

（3）采集过程：将采集到的音频信号进行数字化处理，包括采样、量化等步骤。

2. 数字音频编辑（1）编辑软件：使用Audacity、Adobe Audition等软件进行音频编辑。

（2）编辑操作：包括剪辑、拼接、删除、复制、粘贴、调整音量等操作。

（3）编辑技巧：学习如何使用软件的特效功能，如降噪、均衡、混响等，对音频信号进行美化。

3. 数字音频压缩与编码（1）压缩算法：学习常用的音频压缩算法，如MP3、AAC、WMA等。

（2）编码软件：使用Audacity、Adobe Audition等软件进行音频编码。

（3）编码过程：对音频信号进行压缩，减小文件大小，提高传输效率。

4. 数字音频增强与修复（1）增强软件：使用Adobe Audition、iZotope RX等软件进行音频增强。

（2）增强操作：包括降噪、均衡、去噪、去抖等操作。

（3）修复技巧：学习如何修复损坏的音频文件，如修复静音、填补空白等。

5. 数字音频分析与处理（1）分析软件：使用MATLAB、Python等软件进行音频分析。

（2）分析过程：对音频信号进行频谱分析、时域分析等，提取有用信息。

（3）处理方法：根据分析结果，对音频信号进行相应的处理，如滤波、降噪等。

数字信号处理实验报告⼀、课程设计(综合实验)的⽬的与要求⽬的与要求：1．掌握《数字信号处理基础》课程的基本理论； 2．掌握应⽤MATLAB 进⾏数字信号处理的程序设计；实验内容：已知低通数字滤波器的性能指标如下：0.26p ωπ=，0.75dB p R =，0.41s ωπ=，50dB s A =要求：1. 选择合适的窗函数，设计满⾜上述指标的数字线性相位FIR 低通滤波器。

⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分析显⽰滤波器的单位冲激响应、相频响应、幅频响应和以dB 为纵坐标的幅频响应曲线。

2. ⽤双线性变换法，设计满⾜上述指标的数字Chebyshev I 型低通滤波器。

⽤⼀个图形窗⼝，包括三个⼦图，分析显⽰滤波器的幅频响应、以dB 为纵坐标的幅频响应和相频响应。

3. 已知模拟信号1234()2sin(2)5sin(2)8cos(2)7.5cos(2)x t f t f t f t f t ππππ=+++其中10.12f kHz =，2 4.98f kHz =，3 3.25f kHz =，4 1.15f kHz =，取采样频率10s f kHz =。

要求：(1) 以10s f kHz =对()x t 进⾏取样，得到()x n 。

⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x t 以及()x n (0511n ≤≤)的波形；(2) ⽤FFT 对()x n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

求出⼀个记录长度中的最少点数x N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x n 以及()X k 的幅值； (3) ⽤要求1中设计的线性相位低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出1()y n ，并⽤FFT 对1()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

求出⼀个记录长度中的最少点数1y N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分别显⽰()x n （01x n N ≤≤-）、()X k 、1()y n （101y n N ≤≤-）和1()Y k 的幅值；(4) ⽤要求2中设计的Chebyshev 低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出2()y n ，并⽤FFT 对2()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。

数字信号处理实验报告实验一：用 FFT 做谱分析 一、 实验目的1、进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解。

2、熟悉 FFT 算法原理和 FFT 子程序的应用。

3、学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用 FFT 。

二、实验原理用FFT 对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。

经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。

对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。

频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是2π/N ≤D 。

可以根据此时选择FFT 的变换区间N 。

误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N 要适当选择大一些。

周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT ，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。

如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。

对模拟信号的频谱时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。

如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期的长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。

三、实验内容和步骤对以下典型信号进行谱分析：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤-=⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤+==其它nn n n n n x 其它nn n n n n x n R n x ,074,330,4)(,074,830,1)()()(32414()cos4x n n π=5()cos(/4)cos(/8)x n n n ππ=+6()cos8cos16cos20x t t t t πππ=++对于以上信号，x1(n)~x5(n) 选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况进行频谱分析。

分别打印其幅频特性曲线。

并进行对比、分析和讨论;；x6(t)为模拟周期信号，选择 采样频率Hz F s 64=，变换区间N=16,32,64 三种情况进行谱分析。

数字信号处理实验报告班级：****姓名：郭**学号：*****联系方式：*****西安电子科技大学电子工程学院绪论数字信号处理起源于十八世纪的数学，随着信息科学和计算机技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到迅速发展，形成一门极其重要的学科。

当今数字信号处理的理论和方法已经得到长足的发展，成为数字化时代的重要支撑，其在各个学科和技术领域中的应用具有悠久的历史，已经渗透到我们生活和工作的各个方面。

数字信号处理相对于模拟信号处理具有许多优点，比如灵活性好，数字信号处理系统的性能取决于系统参数，这些参数很容易修改，并且数字系统可以分时复用，用一套数字系统可以分是处理多路信号；高精度和高稳定性，数字系统的运算字符有足够高的精度，同时数字系统不会随使用环境的变化而变化，尤其使用了超大规模集成的DSP 芯片，简化了设备，更提高了系统稳定性和可靠性；便于开发和升级，由于软件可以方便传送，复制和升级，系统的性能可以得到不断地改善；功能强，数字信号处理不仅能够完成一维信号的处理，还可以试下安多维信号的处理；便于大规模集成，数字部件具有高度的规范性，对电路参数要求不严格，容易大规模集成和生产。

数字信号处理用途广泛，对其进行一系列学习与研究也是非常必要的。

本次通过对几个典型的数字信号实例分析来进一步学习和验证数字信号理论基础。

实验一主要是产生常见的信号序列和对数字信号进行简单处理，如三点滑动平均算法、调幅广播（AM ）调制高频正弦信号和线性卷积。

实验二则是通过编程算法来了解DFT 的运算原理以及了解快速傅里叶变换FFT 的方法。

实验三是应用IRR 和FIR 滤波器对实际音频信号进行处理。

实验一●实验目的加深对序列基本知识的掌握理解●实验原理与方法1.几种常见的典型序列：0()1,00,0(){()()(),()sin()j n n n n u n x n Aex n a u n a x n A n σωωϕ+≥<====+单位阶跃序列：复指数序列：实指数序列：为实数 正弦序列：2.序列运算的应用：数字信号处理中经常需要将被加性噪声污染的信号中移除噪声，假定信号 s(n)被噪声d(n)所污染，得到了一个含噪声的信号()()()x n s n d n =+。

离散时间信号处理实验报告实验一信号的采样与重构班级学号姓名同组者日期实验介绍连续时间信号采样是获得离散时间信号的一种重要方式，但是时域上的离散化会带来信号在频域上发生相应的变化。

在本实验中，我们将分别看到低通信号和带通信号在不同的采样率下得到的离散信号波形与连续信号波形在时域和频域上的对应关系。

同时，离散信号的二次采样在实际的应用中可能是必须的，有时甚至是非常重要的。

在实验的最后，我们也会看到离散信号的抽取和内插所带来的频谱变化。

由于matlab 语言无法表达连续信号，实验中我们采用足够密的采样点来模拟连续信号（远大于奈奎斯特采样的要求），即：t=0:Ts:T （Ts=1/fs<<奈奎斯特采样频率）实验中，为了分析离散信号与连续信号之间的频谱关系，加深对采样定理的理解，了解模拟频谱、数字频谱、以及离散信号被加窗后各自的频谱，从而直观的理解采样频率对频谱的影响和加窗后对频谱的影响。

由此可以掌握数字处理方法对模拟信号进行频谱分析的基本原则，即：如何选择合适的信号长度、采样周期以使得对模拟信号的频谱分析的误差达到分析的要求。

在该实验中，用到的Matlab 函数有:plot(x,y)，其作用是在坐标中以x 为横坐标、y 为纵坐标的曲线，注意x 和y 都是长度相同的离散向量； xlabel(‘xxx ’)，其作用是对x 轴加上坐标轴说明“xxx ”； ylabel(‘yyy ’)，其作用是对y 轴加上坐标轴说明“yyy ”； title(‘ttt ’)，其作用是对坐标系加上坐标轴说明“ttt ”；subplot(m,n,w)，其作用是当需要在同一显示面板中显示多个不同的坐标系时，m 、n分别指明每行和每列的坐标系个数，w 为当前显示坐标系的流水号(1到m*n 之间)。

在实验中我们需要画出信号的频谱，对于连续信号频谱的逼近需要你自己编写，原理如下：连续时间非周期信号()x t 的傅里叶变换对为： ()()j t X j x t e dt ∞-Ω-∞Ω=⎰用DFT 方法对该变换逼近的方法如下：1、将)(t x 在t 轴上等间隔（宽度为T ）分段，每一段用一个矩形脉冲代替，脉冲的幅度为其起始点的抽样值)(()(n x nT x t x nT t ===），然后把所有矩形脉冲的面积相加。

数字信号处理报告IIR数字滤波器上海理工大学教师：苏湛组员：王世豪徐骞刘新2016.1.4一、实验简介Butterworth 和Chebyshev 低通滤波器方法：1) 根据性能参数，先设计一个模拟滤波器，按照一定的算法转换为满足预定指标的数字滤波器。

利用模拟原型滤波器的逼近算法和特性。

2）计算机辅助设计，从统计概念出发，对所要提取的有用信号从时域进行估计，在统计指标最优的意义下，使得估计值最优逼近有用信号，减弱或消除噪声。

1）Butterworth 低通滤波器 1 幅频特性：21|()|1()a NcH j Ω=Ω+Ω，其中N 为滤波器的阶数，c Ω为通带截止频率。

在Ω=0处，有最大值|(0)|1a H =；2）在通带截止频率c Ω=Ω处，不同阶次的幅频量值都相同，即为|()|0.707|(0)|a a H j H Ω=；3）阶数N 增加时，通带幅频特性变平，阻带衰减更快，逐渐趋近于理想滤波器的幅频特性。

幅频特性通常用衰减函数1020log |()/(0)|a a H j H α=-Ω描述。

分贝（dB ） 2 极点一共有2N 个，并且以圆点为对称中心成对的出现。

21()22k j N k c s eππ-+=Ω k=1,2,…,N系统函数：122()()()()N a c N KH s K s s s s s s ==Ω--- …3 通带衰减函数p α、阻带衰减函数s α　和系统幅频特性20log |()|a H j -Ω的关系：10p 20log |()|a p H j α-Ω≤Ω≤Ω p Ω为通带截止频率 10s 20log |()|a s H j α-Ω≥Ω≥Ω s Ω为阻带截止频率4 阶数N 0.10.11010log [(101)/(101)]2log (/)p s p s N αα----≥ΩΩ5 通带截止频率c Ω 0.10.11/21/2(101)(101)ps psc NNαα--ΩΩΩ==--确定了滤波器的阶数N 和通带截止频率c Ω，就可以求出系统的极点，从而求出系统函数()a H s ，这样就完成了Butterworth 低通滤波器的设计。

实验要求1.每个实验进行之前须充分预习准备，实验完成后一周内提交实验报告；2.填写实验报告时，分为实验题目、实验目的、实验内容、实验结果、实验小结五项；3.实验报告要求：实验题目、实验目的、实验内容、实验结果四项都可打印；但每次实验的实验内容中的重要代码（或关键函数）后面要用手工解释其作用。

实验小结必须手写！（针对以前同学书写实验报告时候抄写代码太费时间的现象，本期实验报告进行以上改革）。

实验一信号、系统及系统响应实验目的：1. 掌握使用MATLAB进行函数、子程序、文件编辑等基本操作；2. 编写一些数字信号处理中常用序列的3. 掌握函数调用的方法。

实验内容：1.在数字信号处理的基本理论和MATLAB信号处理工具箱函数的基础上，可以自己编写一些子程序以便调用。

（1）单位抽样序列δ(n-n0)的生成函数impseq.m（2）单位阶跃序列u(n-n0)的生成函数stepseq.m（3）两个信号相加的生成函数sigadd.m（4）两个信号相乘的生成函数sigmult.m（5）序列移位y(n)=x(n-n0)的生成函数sigshift.m（6）序列翻褶y(n)=x(-n)生成函数sigfold.m（7）奇偶综合函数evenodd.m（8）求卷积和2.产生系列序列，并绘出离散图。

（1） x1(n)=3δ(n-2)-δ(n+4) -5≤n≤5（2） x3(n)=cos(0.04πn)+0.2w(n) 0≤n≤50其中：w(n)是均值为0，方差为1 的白噪声序列。

3.设线性移不变系统的抽样响应h(n)=(0.9)^n*u(n),输入序列x(n)=u(n)-u(n-10),求系统的输出y(n).实验二 系统响应及系统稳定性1.实验目的（1）掌握 求系统响应的方法。

（2）掌握时域离散系统的时域特性。

（3）分析、观察及检验系统的稳定性。

2.实验原理与方法在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。

实验三音频信号的分析与处理1一、实验目的1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方法；2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法；3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法；4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理的方法；5.锻炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学生创新能力。

二、实验性质设计性实验三、实验任务1.音频信号的采集音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号，但必须保证音频信号保存为.wav的文件。

2.音频信号的时域、频域分析运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。

3.引入干扰信号在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号的情况而定）。

4.滤波系统的设计运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。

% 音频信号分析与处理%% 打开和读取音频文件clear all; % 清除工作区缓存[y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形clear y; % 清除缓存hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHzT = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度%% 绘制时域分析图hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);t = T: T: (SampLen* T);subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形plot(t, VoiceWav); % 绘制波形title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]);xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题%% 傅里叶变换subplot(2, 1, 2); % 绘制波形myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换title('单声道频谱振幅'); % 显示标题xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('|Y(f)|');play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音pause(3);%% 引入100KHz的噪声干扰t = (0: SampLen-1)* T;noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1VhFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制波形plot(t(1: 1000), noise(1: 1000));title('100KHz噪声信号'); % 显示标题noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayersubplot(2, 1, 2); % 绘制波形[fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot');title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音pause(3);%% 设计RC滤波系统（二阶有源低通滤波器）w = f;Wc = 3000; % wc = 1/(RC)，特征角频率A0 = 1; % A0 = AVF < 3Q = 1/(3 - A0); % 品质因素H = A0* Wc^2 ./ ((j*w).^2 + Wc/Q * (j*w) + Wc^2); %二阶有源低通滤波器公式hFig3 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制波形plot(w, H); % 显示标题title('二阶有源低通滤波器');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');AfterFilter = fftNoiseVoice .* H'; % 滤波% AfterFilter = fftNoiseVoice;%% 傅里叶逆变换subplot(2, 1, 2); % 绘制波形NFFT = 2^nextpow2(SampLen); % 根据采样求傅里叶变换的点f = SampleRate/2 * linspace(0,1,NFFT/2+1); % 计算频率显示范围plot(f, 2*abs(AfterFilter(1:NFFT/2+1))); % 绘制频域分析图title('滤波以后的频谱');xlabel('频率');ylabel('w/Wc');clear Y H;FilterVoice = fftshift(ifft(AfterFilter)); % 傅里叶逆变换FilterVoice = fftshift(FilterVoice);FilterVoice = ((FilterVoice - max(max(FilterVoice)))/( max(max(FilterVoice)) ... - min(min(FilterVoice)) )) + 0.5; % 归一化clear AfterFilter w; % 清除缓存hFig4 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]);subplot(2, 1, 1); % 绘制右声道波形plot(t, FilterVoice(1:size(t,2), 1));title('傅里叶逆变换图');xlabel('时间(ms)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题hAudio = audioplayer(FilterVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音%% 结束% 我的快速傅里叶变换函数function [outFFT, Freq] = myfft(varargin)% 输入参数格式：% 1. 需要FFT变换的向量% 2. 采样率SampleRate% 3. 是否绘图，绘图‘plot‘，不绘图则不传递该参数% 4. 单边显示：'half'，全部显示：'full'% 输出参数格式：% 1. 转换完成的向量% 2. FFT频率范围%% 输出参数判断switch nargincase 0 | 1,error('Less argument in!');case 2,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = 0;case 3,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = varargin{3};plotmode = 'half';case 4,FFTVector = varargin{1};SampleRate = varargin{2};isplot = varargin{3};plotmode = varargin{4};otherwiseerror('So many arguments in!');end%% FFT变换SampLen = size(FFTVector,1); % 获取采样点NFFT = 2^nextpow2(SampLen); % 根据采样求傅里叶变换的点Y = fft(FFTVector, NFFT)/SampLen; % 傅里叶变换f = SampleRate * linspace(0,1,NFFT); % 计算频率显示范围%% 判断输出参数if(nargout == 1)outFFT = Y;elseif(nargout ==2)outFFT = Y;Freq = f;end%% 判断绘图if(strcmp(isplot, 'plot'))if(strcmp(plotmode, 'full'))plot(f, abs(Y(1:NFFT))); % 绘制频域分析图elsef = SampleRate/2 * linspace(0,1,NFFT/2+1); % 计算频率显示范围 plot(f, 2*abs(Y(1:NFFT/2+1))); % 绘制频域分析图endtitle('FFT频谱'); % 显示标题xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('|Y(f)|');end%% 结束00.511.52-0.50.5音频时域波形图时间(s)幅值(V )00.511.522.5x 1040.010.020.030.04单声道频谱振幅Frequency (Hz)|Y (f )|00.0050.010.0150.020.025-1-0.50.51100KHz 噪声信号00.511.522.5x 1040.20.40.60.81音乐和噪声频谱Frequency (Hz)|Y (f )|0.511.522.533.544.5x 104-0.200.20.40.60.811.2二阶有源低通滤波器频率w /W c00.511.522.5x 1040.010.020.030.04滤波以后的频谱频率w /W c00.511.522.5-1.5-1-0.50.5傅里叶逆变换图时间(ms)幅值(V )。

一、实验目的1. 熟悉音频信号的基本概念和特性；2. 掌握音频信号的数字化方法；3. 熟悉音频信号的编辑、处理和效果添加；4. 学习音频信号的压缩编码和传输技术。

二、实验环境1. 硬件：计算机、音频采集卡、耳机、麦克风等；2. 软件：音频处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）、音频编码软件（如FLAC、MP3等）。

三、实验内容1. 音频信号的采集与数字化（1）使用麦克风采集一段语音或音乐信号；（2）将采集到的信号导入音频处理软件；（3）调整采样率、量化位数等参数，完成音频信号的数字化。

2. 音频信号的编辑与处理（1）剪切：将音频信号进行剪切，实现音频片段的提取；（2）拼接：将多个音频片段进行拼接，实现音频信号的组合；（3）调整音量：调整音频信号的音量大小；（4）调整音调：调整音频信号的音调高低；（5）添加静音：在音频信号中添加静音片段；（6）添加效果：为音频信号添加各种效果，如淡入淡出、回声、混响等。

3. 音频信号的压缩编码（1）选择合适的音频编码格式（如MP3、AAC等）；（2）设置编码参数，如比特率、采样率等；（3）对音频信号进行压缩编码，生成压缩后的音频文件。

4. 音频信号的传输技术（1）了解音频信号传输的基本原理；（2）使用网络传输音频信号，如FTP、HTTP等；（3）了解音频信号传输中的常见问题及解决方法。

四、实验步骤1. 准备实验所需的硬件和软件；2. 采集音频信号，并进行数字化处理；3. 对音频信号进行编辑和效果添加；4. 选择合适的音频编码格式，对音频信号进行压缩编码；5. 使用网络传输音频信号，并进行接收与播放。

五、实验结果与分析1. 实验成功采集并数字化了一段音频信号；2. 通过音频处理软件，对音频信号进行了编辑和效果添加，实现了音频片段的提取、组合、音量调整、音调调整等；3. 使用MP3编码格式对音频信号进行了压缩编码，生成了压缩后的音频文件；4. 通过网络成功传输了音频信号，并进行了接收与播放。

数字信号处理课程实验报告实验一 离散时间信号和系统响应一. 实验目的1. 熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解2. 掌握时域离散系统的时域特性3. 利用卷积方法观察分析系统的时域特性4. 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对离散信号及系统响应进行频域分析二、实验原理1. 采样是连续信号数字化处理的第一个关键环节。

对采样过程的研究不仅可以了解采样前后信号时域和频域特性的变化以及信号信息不丢失的条件，而且可以加深对离散傅里叶变换、Z 变换和序列傅里叶变换之间关系式的理解。

对连续信号()a x t 以T 为采样间隔进行时域等间隔理想采样，形成采样信号： 式中()p t 为周期冲激脉冲，()a x t 为()a x t 的理想采样。

()a x t 的傅里叶变换为()a X j Ω：上式表明将连续信号()a x t 采样后其频谱将变为周期的，周期为Ωs=2π/T 。

也即采样信号的频谱()a X j Ω是原连续信号xa(t)的频谱Xa(jΩ)在频率轴上以Ωs 为周期，周期延拓而成的。

因此，若对连续信号()a x t 进行采样，要保证采样频率fs ≥2fm ，fm 为信号的最高频率，才可能由采样信号无失真地恢复出原模拟信号ˆ()()()a a xt x t p t =1()()*()21()n a a a s X j X j P j X j jn T π∞=-∞Ω=ΩΩ=Ω-Ω∑()()n P t t nT δ∞=-∞=-∑计算机实现时，利用计算机计算上式并不方便，因此我们利用采样序列的傅里叶变换来实现，即而()()j j n n X e x n e ωω∞-=-∞=∑为采样序列的傅里叶变换2. 时域中，描述系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，频域中可用系统函数描述系统特性。

已知输入信号，可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应。

1. 原理实验中所需理论包括采样定理、时域信号的FFT 分析及数字滤波器设计原理和方法 采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率s f 大于等于信号最高截止频率h f 的2倍时，即：2s h f f ，则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高截止频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

2. 任务试编制一MATLAB 或LabVIEW 程序，实现语音数字滤波系统的用户界面设计，在所设计的系统界面上完成的功能包括：（1）对于任意的语音信号进行采样并对加入加性噪声的信号作频谱分析；（2）通过频谱分析选择合适的滤波器性能指标，设计合适的数字滤波器，并对含噪音的语音信号进行数字滤波，得出滤波器的时域波形和频谱；（3）对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号，对滤波前后的声音进行比较。

3. 思考题（1）试分析各种不同类型滤波器的性能。

（2）试分析语音信号中的低频、中频和高频成分的特点及适合采用的滤波器类型。

1. 原理实验中所需理论包括采样定理（可参照语音数字滤波系统设计）、时域信号的FFT 分析、AM 调制解调原理及IIR 巴特沃斯滤波器和FIR 窗函数法滤波器设计原理和方法。

调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号；解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。

幅度调制（AM ）是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。

假设调制信号()m t 的平均值为0，将其叠加一个直流偏量0A 后与载波相乘即可形成调幅信号()AM S t 。

其时域表示式为0()[()]cos AM c S t A m t t ω=+式中：cos c t ω为载波信号；0A 为外加的直流分量；()m t 可以是确知信号，也可以是随机信号。

2. 任务试编制MATLAB 或LabVIEW 程序，实现音频信号处理系统的GUI 用户界面设计，在所设计的系统界面上完成的功能包括以下各个实验的输出波形和频谱：（1）利用Windows 下的录音机设备录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号，观察音乐信号的音谱和频谱（要求时间不超过5s ，文件格式为wav 格式）；（2）观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行采样，给出采样后音乐信号的波形和频谱，并解释现象（要求是代表混叠和非混叠的两种采样间隔）；（3）观察音乐信号频率上限，选择适当两种高、低频率对信号进行幅度调制（AM ）；（4）设计IIR 巴特沃斯滤波器和窗函数法的FIR 滤波器，并实现同步解调，并给出输出波形和解释现象；（5）对音乐信号叠加噪声，观察噪声信号的频谱及加噪后音乐信号的音谱及频谱，并设计合适的滤波器去噪，观察去噪后的音谱和频谱；3. 思考题1. 试分析IIR 数字滤波器与FIR 数字滤波器的性能比较。

实验一：用FFT 对信号作频谱分析1．实验目的学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析 误差及其原因，以便正确应用FFT 。

2. 实验原理用FFT 对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。

经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。

对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。

频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是N /2π，因此要求D N ≤/2π。

可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。

误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N 要适当选择大一些。

周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT ，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。

如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。

对模拟信号进行谱分析时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。

如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期的长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。

3．实验步骤及内容（1）对以下序列进行谱分析。

⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤-=⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤+==其它nn n n n n x 其它nn n n n n x n R n x ,074,330,4)(,074,830,1)()()(3241选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况进行频谱分析。

分别打印其幅频特性曲线。

并进行对比、分析和讨论。

（2）对以下周期序列进行谱分析。

4()cos4x n n π=5()cos(/4)cos(/8)x n n n ππ=+选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况分别对以上序列进行频谱分析。

分别打印其幅频特性曲线。

并进行对比、分析和讨论。

（3）对模拟周期信号进行谱分析6()cos8cos16cos20x t t t t πππ=++选择 采样频率Hz F s 64=，变换区间N=16,32,64 三种情况进行谱分析。

数字信号处理实验数字信号处理实验讲义前⾔ (2)实验⼀MATLAB简介 (3)实验⼆⽤FFT实现信号的谱分析 (5)实验三IIR数字巴特沃思滤波器的设计 (8)实验四FIR数字滤波器的设计 (9)前⾔信号处理与计算机的应⽤紧密结合。

⽬前⼴泛应⽤的MA TLAB⼯具软件包，以其强⼤的分析、开发及扩展功能为信号处理提供了强有⼒的⽀持。

在数字信号处理实验中，我们主要应⽤MA TLAB的信号处理⼯具箱及其灵活、便捷的编程⼯具，通过上机实验，帮助学⽣学习、掌握和应⽤MA TLAB软件对信号处理所学的内容加以分析、计算，加深对信号处理基本算法的理解。

实验⼀ MATLAB 简介实验⽬的1．熟悉MATLAB 软件的使⽤⽅法； 2．MA TLAB 的绘图功能；3．⽤MA TLAB 语句实现信号的描述及变换。

实验原理1．在MA TLAB 下编辑和运⾏程序在MA TLAB 中，对于简单问题可以在命令窗（command windows ）直接输⼊命令，得到结果；对于⽐较复杂的问题则可以将多个命令放在⼀个脚本⽂件中，这个脚本⽂件是以m 为扩展名的，所以称之为M ⽂件。

⽤M ⽂件进⾏程序的编辑和运⾏步骤如下：（1）打开MA TLAB ，进⼊其基本界⾯；（2）在菜单栏的File 项中选择新建⼀个M ⽂件；（3）在M ⽂件编辑窗⼝编写程序；（4）完成之后，可以在编辑窗⼝利⽤Debug ⼯具调试运⾏程序，在命令窗⼝查看输出结果；也可以将此⽂件保存在某个⽬录中，在MATLAB 的基本窗⼝中的File 项中选择Run The Script ，然后选择你所要运⾏的脚本⽂件及其路径，即可得出结果；也可以将此⽂件保存在当前⽬录中，在MA TLAB 命令窗⼝，“>>”提⽰符后直接输⼊⽂件名。

2．MA TLAB 的绘图功能plot(x,y) 基本绘图函数，绘制 x 和y 之间的坐标图。

figure(n ) 开设⼀个图形窗⼝nsubplot(m,n,N) 分割图形窗⼝的MATLAB 函数，⽤于在⼀个窗⼝中显⽰多个图形，将图形窗⼝分为m ⾏n 列，在第N 个窗⼝内绘制图形。

1温情提示各位同学：数字信号处理课程设计分基础实验、综合实验和提高实验三部分。

基础实验、综合实验是必做内容，提高实验也为必做内容，但是为六选一，根据你的兴趣选择一个实验完成即可。

由于课程设计内容涉及大量的编程，希望各位同学提前做好实验准备。

在进实验室之前对实验中涉及的原理进行复习，并且，编制好实验程序。

进入实验室后进行程序的调试。

4课程设计准备与检查在进实验室之前完成程序的编制，在实验室完成编制程序的调试。

在进行综合实验的过程中，检查基础实验结果；在做提高实验的过程中，检查综合实验结果；提高实验结果在课程设计最后四个学时中检查。

检查实验结果的过程中随机提问，回答问题计入考核成绩。

5实验报告格式一、实验目的和要求二、实验原理三、实验方法与内容（需求分析、算法设计思路、流程图等）四、实验原始纪录（源程序等）五、实验结果及分析（计算过程与结果、数据曲线、图表等）六、实验总结与思考6课程设计实验报告要求一、实验报告格式如前，ppt 第5页。

二、实验报告质量计10分。

实验报告中涉及的原理性的图表要自己动手画，不可以拷贝；涉及的公式要用公式编辑器编辑。

MATLAB 仿真结果以及编制的程序可以拷贝。

三、如果发现实验报告有明显拷贝现象，拷贝者与被拷贝者课程设计成绩均为零分。

四、实验报告电子版在课程设计结束一周内发送到指导教师的邮箱。

李莉：***************赵晓晖：*****************王本平：**************叶茵：****************梁辉：*******************7基础实验篇实验一离散时间系统及离散卷积实验二离散傅立叶变换与快速傅立叶变换实验三IIR 数字滤波器设计实验四FIR数字滤波器设计8实验一离散时间系统及离散卷积一、实验目的（1）熟悉MATLAB 软件的使用方法。

（2）熟悉系统函数的零极点分布、单位脉冲响应和系统频率响应等概念。

（3）利用MATLAB 绘制系统函数的零极点分布图、系统频率响应和单位脉冲响应。

数字信号处理实训课程学习总结音频信号的滤波与音频处理效果评估在数字信号处理实训课程中，我学习了音频信号的滤波和音频处理效果评估的相关知识和技术。

在本文中，我将对学习过程进行总结，并探讨音频信号的滤波和音频处理效果评估的应用。

一、引言数字信号处理(DSP)是对连续时间信号进行离散化并进行运算处理的技术。

音频信号的滤波和处理是数字信号处理中一个重要的应用领域。

音频信号的滤波可以消除噪音、调整音频频率响应和改善音频质量。

而音频处理效果评估则可以帮助我们评估音频处理算法的效果和性能。

二、音频信号的滤波1. 滤波概述滤波是指通过改变信号的频率响应，实现对信号的频率去除或增强的过程。

音频信号经常受到噪音等干扰，通过滤波可以去除这些噪音，提高音频的质量。

2. 滤波器类型常用的音频滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

低通滤波器可以通过滤除高频信号来实现对低频信号的增强；高通滤波器则是通过滤除低频信号来增强高频信号；带通滤波器可以选择一个频率范围内的信号进行增强；带阻滤波器则是除去某一频率范围内的信号。

3. 滤波算法常用的音频滤波算法包括FIR滤波器和IIR滤波器。

FIR滤波器的特点是相位线性，可以实现精确的频率响应，但计算复杂度较高；而IIR滤波器的特点是计算复杂度较低，但相位响应不是线性的。

4. 滤波效果评估在滤波过程中，我们还需要对滤波效果进行评估。

常用的评估指标包括信噪比(SNR)和频谱分析图。

通过这些评估指标，我们可以判断滤波效果的好坏，进一步调整滤波器参数，以达到理想的音频信号滤波效果。

三、音频处理效果评估1. 音频处理概述音频处理是对音频信号进行调整和改变的过程。

通过音频处理，我们可以实现音频的增强、降噪、混响等效果，以提高音频的质量。

2. 音频处理算法常用的音频处理算法包括均衡器、压缩器、混响器等。

均衡器可以调整音频的频率响应，使音频更加清晰；压缩器可以调整音频的动态范围，使音量更加平稳；混响器可以模拟不同的音频环境，使音频更加丰富。

实验1 利用DFT 分析信号频谱一、实验目的1.加深对DFT 原理的理解。

2.应用DFT 分析信号的频谱。

3.深刻理解利用DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。

二、实验设备与环境 计算机、MATLAB 软件环境 三、实验基础理论1.DFT 与DTFT 的关系有限长序列 的离散时间傅里叶变换 在频率区间 的N 个等间隔分布的点 上的N 个取样值可以由下式表示：212/0()|()()01N jkn j Nk N k X e x n eX k k N πωωπ--====≤≤-∑由上式可知，序列 的N 点DFT ,实际上就是 序列的DTFT 在N 个等间隔频率点 上样本 。

2.利用DFT 求DTFT方法1：由恢复出的方法如下：由图2.1所示流程可知：101()()()N j j nkn j nN n n k X e x n eX k W e N ωωω∞∞----=-∞=-∞=⎡⎤==⎢⎥⎣⎦∑∑∑ 由上式可以得到：IDFTDTFT( )12()()()Nj k kX e X k Nωπφω==-∑ 其中为内插函数12sin(/2)()sin(/2)N j N x eN ωωφω--= 方法2：实际在MATLAB 计算中，上述插值运算不见得是最好的办法。

由于DFT 是DTFT 的取样值，其相邻两个频率样本点的间距为2π/N ，所以如果我们增加数据的长度N ，使得到的DFT 谱线就更加精细，其包络就越接近DTFT 的结果，这样就可以利用DFT 计算DTFT 。

如果没有更多的数据，可以通过补零来增加数据长度。

3.利用DFT 分析连续信号的频谱采用计算机分析连续时间信号的频谱，第一步就是把连续信号离散化，这里需要进行两个操作：一是采样，二是截断。

对于连续时间非周期信号,按采样间隔T 进行采样，阶段长度M ，那么：1()()()M j tj nT a a a n X j x t edt T x nT e ∞--Ω-Ω=-∞Ω==∑⎰对进行N 点频域采样，得到2120()|()()M jkn Na a M kn NTX j T x nT eTX k ππ--Ω==Ω==∑因此，可以将利用DFT 分析连续非周期信号频谱的步骤归纳如下： （1）确定时域采样间隔T ，得到离散序列（2）确定截取长度M ，得到M 点离散序列,这里为窗函数。

基于数字信号处理的音频信号分析技术研究音频信号是一种广泛应用于现代通信和娱乐领域的信号形式。

在数字化时代，数字信号处理技术在音频信号分析中也发挥着非常重要的作用。

一、数字信号处理技术在音频信号处理中的应用数字信号处理技术主要是指通过数字计算机对信号进行采样、量化、编码、计算、滤波等处理的技术。

在音频信号处理中，数字信号处理技术可以用来进行语音识别、音乐分类、音频压缩、混响消除等方面的研究。

例如，语音识别是利用计算机分析声音信号的形状、频率特征等信息，把声音信号转化成文字信息的一种技术。

通过数字信号处理技术，可以将声音信号转化为数字信号进行处理，从而实现语音识别等应用。

二、音频信号分析中常用的数字信号处理方法1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。

在音频信号处理中，傅里叶变换可以将声音信号从时域转换为频率域，从而得出声音信号的频率特征，以便进行音乐分类、音色识别等应用。

傅里叶变换在语音分析、音乐分析、音频压缩等方面都有广泛应用。

2. 离散小波变换离散小波变换是一种基于小波分析的信号处理方法，可以实现对音频信号的时频分析和信号特征提取。

通过离散小波变换，可以得到音频信号的瞬时频率、瞬时幅度等信息，进而实现音频信号的分类、压缩等应用。

3. 自适应滤波自适应滤波是一种利用预测误差对信号进行滤波的方法，可以实现对噪声信号的滤波处理。

在音频信号处理中，自适应滤波可以用来消除混响、去除噪音等。

自适应滤波技术已广泛应用于手机语音通话、音频播放等领域。

三、数字信号处理技术在音频信号处理中的挑战与展望随着音频信号处理技术的不断发展，数字信号处理技术在音频信号处理中的应用越来越广泛。

但在应用过程中，仍然存在一些挑战和问题。

例如，复杂的音频环境、通信信道的不稳定性等环境因素会影响数字信号处理的效果；同时，对计算机硬件性能及算法设计都提出了更高的要求。

未来，随着数字信号处理技术的不断发展和进步，音频信号处理技术将会得到进一步的完善和提高。

实验一 熟悉MATLAB 环境一、实验目的1. 熟悉MATLAB 环境的主要操作命令。

2. 掌握简单的绘图命令。

3. 用MATLAB 编程并学会创建函数。

二、实验仪器装有MATLAB 语言的计算机 三、实验原理MATLAB 的基本命令和函数 四、实验内容和要求1. 序列的产生1）编写MATLAB 程序，产生并绘制一个单位样本（单位冲激或单位阶跃）序列2）编写MATLAB 程序，生成一个实数值的指数序列（例：1508.0)(≤≤=n n x n 或150)()32.0(≤≤=+n e n x nj ）；3）编写MATLAB 程序，产生一个正弦信号；（例：150)1.025.0sin(2)2.0125.0cos(3)(≤≤+++=n n n n x ππππ）实验二离散序列的基本运算一、实验目的（1）进一步了解离散时间序列时域的基本运算。

（2）了解MATLAB语言进行离散序列运算的常用函数，掌握离散序列运算程序的编写方法。

二、实验原理离散序列的时域运算包括信号的相加、相乘，信号的时域变换包括信号的移位、反折、倒相及信号的尺度变换等。

三、实验内容1、x(n)=u(n-2)+u(n+2),(-5<n<5)。

MATLAB程序如下：n1=-5;n2=5;n01=2,n02=-2;n=n1:n2;x1=[(n-n01)>=0];x2=[(n-n02)>=0];x3=x1+x2;subplot(3,1,1);stem(n,x1,'filled');axis([n1,n2,1.1*min(x1),1.1*max(x1)]);ylabel('u(n-2)');subplot(3,1,2);stem(n,x2,'filled');axis([n1,n2,1.1*min(x2),1.1*max(x2)]);ylabel('u(n+2)');subplot(3,1,3);stem(n,x3,'filled');axis([n1,n2,1.1*min(x3),1.1*max(x3)]);ylabel('u(n-2)+u(n+2)');2、已知x(n)=3cos(2πn/10)，试显示x(n-3)和x(n+3)在0<n<20区间的波形。

《数字信号处理》实验指导书实验一 常见离散信号的产生一、实验目的1. 加深对离散信号的理解。

2. 掌握典型离散信号的Matlab 产生和显示。

二、实验原理及方法在MATLAB 中，序列是用矩阵向量表示，但它没有包含采样信息，即序列位置信息，为此，要表示一个序列需要建立两个向量；一是时间序列n,或称位置序列，另一个为取值序列x ，表示如下： n=[…,-3,-2,-1,0,1,2,3,…]x=[…,6,3,5,2,1,7,9,…]一般程序都从0 位置起始，则x= [x(0), x(1), x(2),…]对于多维信号需要建立矩阵来表示，矩阵的每个列向量代表一维信号。

数字信号处理中常用的信号有指数信号、正弦信号、余弦信号、方波信号、锯齿波信号等，在MATLAB 语言中分别由exp, sin, cos, square, sawtooth 等函数来实现。

三、实验内容1. 用MATLAB 编制程序，分别产生长度为N(由输入确定)的序列：①单位冲击响应序列：()n δ可用MATLAB 中zeros 函数来实现； ②单位阶跃序列：u(n)可用MATLAB 中ones 函数来实现； ③正弦序列：()sin()x n n ω=； ④指数序列：(),nx n a n =-∞<<+∞⑤复指数序列：用exp 函数实现()0()a jb nx n K e+=，并给出该复指数序列的实部、虚部、幅值和相位的图形。

(其中00.2,0.5,4,40a b K N =-===.)参考流程图：四、实验报告要求1. 写出实验程序，绘出单位阶跃序列、单位阶跃序列、正弦序列、指数序列的图形以及绘 出复指数序列的实部、虚部、幅值和相位的图形。

2. 序列信号的实现方法。

3. 在计算机上实现正弦序列0()sin(2)x n A fn πϕ=+。

实验二 离散信号的运算一、实验目的1. 掌握离散信号的时域特性。

2. 用MATLAB 实现离散信号的各种运算。