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数字信号处理课程设计报告(打印版)

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数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

一、试验题目：IIR数字滤波器设计(Ⅰ)

二、试验内容： 设计一个数字巴特沃斯低通滤波器，设计指标如下： Wp=0.2Π, RP=1dB Ws=0.3Π, As=15dB 采样时间间隔ST1。

三、试验要求： （1）用单位冲激响应不变变换法进行设计。 （2）给出详细的滤波器设计说明书。 （3）给出经过运行是正确的程序清单并加上详细的注释。 （4）画出所设计滤波器的幅度特性和相位特性。

四．程序与试验说明： 1．利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器方法 （1）根据所给出的数字滤波器性能指标计算出相应的模拟滤波器的设计指标。 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

（2）根据得出的滤波器性能指标设计出相应的模拟

滤波器的系统函数H(S)。 （3）根据得出的模拟滤波器的系统函数H(S)，经某种变换得到对该模拟滤波器相应的数字仿真系统——数字滤波器。 将模拟滤波器转换成数字滤波器的实质是，用一种从s平面到z平面的映射函数将Ha(s)转换成H(z)。对这种映射函数的要求是：(1) 因果稳定的模拟滤波器转换成数字滤波器，仍是因果稳定的。 (2)数字滤波器的频率响应模仿模拟滤波器的频响，s平面的虚轴映射z平面的单位圆，相应的频率之间成线性关系。脉冲响应不变法和双线性变换法都满足如上要求。

2．脉冲响应不变法 用数字滤波器的单位脉冲响应序列h(n)模仿模拟滤波器的冲激响应ha(t),让h(n)正好等于ha(t)的采样值，即h(n)=ha(nT)，其中T为采样间隔。 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

3．双线性变换法

s平面与z平面之间满足以下映射关系：

1111zz

s

s平面的虚轴单值地映射于z平面的单位圆上，s平面的左半平面完全映射到z平面的单位圆内。双线性变换不存在混叠问题。 双线性变换时一种非线性变换)2/(tg，这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。

以低通数字滤波器为例，将设计步骤归纳如下： （1） 把数字频率转换为模拟频率：Tpp，Tss。 （2） 计算巴特沃斯模拟滤波器的截止频率c

和阶数N。 （3） 设计巴特沃斯模拟低通滤波器，给出参数b和a（此处使用了MATLAB中的buttap(N)函数。 （4） 把模拟滤波器用单位冲激响应不变变换数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

法转换成数字滤波器（此处使用了

MATLAB中的residuez函数）。 （5） 变直接形式为并联形式，并给出结构图。 （6） 画出幅度特性和相位特性。 数字滤波器的设计步骤如图1所示

图1 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

五、程序清单 %主程序 wp=0.2*pi;

ws=0.3*pi; Rp=1;%通带波动; As=15;%阻带衰减 T=1;%采样周期 Omigrp=wp*T; Omigrs=ws*T; t1=[1,2*0.2588,0.2588^2+0.9659^2]; b=1; a=conv(conv(t1,t1),t1); [N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s')%计算巴特沃斯数字滤波器的阶数N和截止频率wc 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

[B,A]=butter(N,wc,'s')

[z,p,k]=buttap(N)%模拟低通原型零、极点系数和增益因子 [bz,az]=impinvar(b,a)%用冲激响应不变法将模拟滤波器转化为数字滤波器,采样频率默认1Hz

wz=[0:pi/512:pi]; hz1=freqz(bz,az,wz);%巴特沃斯模拟低通滤波器频率响应 [C,B,A]=dir2par(b,a)%直接型转换成并联型

%绘图 subplot(1,2,1); plot(wz/pi,abs(hz1)/hz1(1)); title('幅度响应') xlabel(''); ylabel('|H|');axis([0,1,0,1]);grid; subplot(1,2,2); plot(wz/pi,hz1/pi); title('相位响应') 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

xlabel(''); ylabel('单位:pi');

axis([0,1,-1,2]);grid;

%直接型转换成并联型子程序 function [C,B,A]=dir2par(b,a); M=length(b); N=length(a); [r1,p1,C]=residuez(b,a); p=cplxpair(p1,10000000*eps); I=cplxcomp(p1,p); r=r1(I); K=floor(N/2);B=zeros(K,2);A=zeros(K,3);

if K*2==N; for i=1:2:(N-2) Brow=r(i:1:(i+1),:); Arow=p(i:1:(i+1),:); [Brow,Arow]=residuez(Brow,Arow,[]); 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

B(fix((i+1)/2),:)=real(Brow); A(fix((i+1)/2),:)=real(Arow); End [Brow,Arow]=residuez(r(N-1),p(N-1),[]); B(K,:)=[real(Brow) 0];A(K,:)=[real(Arow) 0]; Else for i=1:2:(N-1) Brow=r(i:1:(i+1),:); Arow=p(i:1:(i+1),:); [Brow,Arow]=residuez(Brow,Arow,[]); B(fix((i+1)/2),:)=real(Brow); A(fix((i+1)/2),:)=real(Arow); End End

%比较两个含同样标量元素但（可能）有不同下标的复数对及其相应留数向量子程序 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

function I=cplxcomp(p1,p2);

I=[]; for j=1:length(p2) for i=1:length(p1) if(abs(p1(i)-p2(j))<0.0001) I=[I,i]; End End End

六、实验结果： Rp = 1 N = 6 wc = 0.7087 B = 0 0 0 0 0 0 0.1266 A = 1.0000 2.7380 3.7484 3.2533 1.8824 0.6905 0.1266 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

z = []

p = -0.2588 + 0.9659i -0.2588 - 0.9659i -0.7071 + 0.7071i -0.7071 - 0.7071i -0.9659 + 0.2588i -0.9659 - 0.2588i

k = 1 bz = -0.0000 0.0060 0.1049 0.1946 0.0625 0.0021

az = 1.0000 -2.6340 4.1006 -3.8164 2.4437 -0.9355 0.2117 C = [] B = 0.4019 0.1523 0.3135 -0.0693 0.2846 0.0829 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

A = 1.0000 0.5176 0.9999

1.0000 0.5176 0.9999 1.0000 0.5176 0.9999

结构图

仿真波形 数字信号处理课程设计 长春工业大学 计算机科学与工程学院 电子信息专业 080404班 崔宵语

仿真波形

七、参考文献： 教 材：丛玉良 :《数字信号处理及其MATLAB实现》电子工业出版社

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数字信号处理课程设计毕业设计(论文)word格式

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《数字信号处理》课程设计作业院系：物理工程学院电子信息科学与技术班级：1学号：20092250103姓名：冯军美实验一：音乐信号音谱和频谱的观察1.实验方案读取音乐信号并将信号装换为单声道的，并输出信号的波形图和频谱图%2.源程序clear all; close all;clc[x,fs,bit]=wavread('F:\费玉清-一剪梅00_01_23-00_01_28.wav');%读取音乐信号，其中x为截取的音乐信号size(x) %看音乐信号是单声道还是双声道sound(x,fs); %听原始音乐信号x=x(:,1); %获取单声道音乐信号N=length(x); %N为音乐信号的长度figureplot(x) %画音乐信号的连续波形grid on %产生虚线格title('音乐信号时域波型') %标注图注xlabel('Time') %x坐标ylabel('Magnitude') %y坐标F1=fft(x,N); %做音乐信号的N点快速傅里叶变换w=2/N*[0:N-1]; %w为连续频谱的数字角频率横坐标figureplot(w,abs(F1)) %连续频谱图grid ontitle('音乐信号频域波型')xlabel('Frequency/Hz')ylabel('Magnitude')%不同抽样频率下听取的音乐信号% sound(x,2*fs);sound(x,fs/2);3.输出波形0.511.522.5x 105-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81音乐信号时域波型TimeM a g n i t u d e00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8250010001500200025003000音乐信号频域波型Frequency/HzM a g n i t u d e4．输出结果分析从音谱可看到音乐信号分布在整个时间轴上，幅值分布有规律；从频谱可看到音乐信号主要分布在低频段，高频成分较少，在0.4pi 以后几乎无音乐信号的频谱成分了5．回放声音信号特征的描述和解释当抽样率变为原来的2后，可听出音乐信号，但音乐明显比原来速度播放的快了，播放时间也比原来缩短了，而且音乐中听到的更多的是高频成分。

数字信号处理课程设计报告

数字信号处理课程设计报告

课程设计报告课程名称数字信号处理课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用专业通信工程班级通信工程1101学号************姓名皮锋指导教师胡瑛张细政2013年9月8日湖南工程学院课程设计任务书课程名称数字信号处理课题数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用专业班级通信工程1101学生姓名皮锋学号************指导老师胡瑛张细政审批任务书下达日期2013 年9月 1 日任务完成日期2013 年9月8日《数字信号处理》课程设计任务书一、设计目的综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。

二、设计要求1、MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法。

2、Windows 环境下语音信号采集的方法。

3、数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。

4、TLAB 设计FIR 和nR 数字滤波器的方法。

5、用 MATLAB 对信号进行分析和处理6、计报告4000以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。

7、机演示。

8、有详细的文档。

文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。

三、进度安排第一周星期一：课题讲解，查阅资料星期二: 总体设计，详细设计星期三：编程，上机调试、修改程序星期四：上机调试、完善程序星期五：答辩星期六-星期天：撰写课程设计报告附：课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。

正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。

正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分；三、主要功能的实现；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。

目录1. 课题的主要功能 (1)1.1问题描述 (1)1.2功能要求 (1)2. 课题的功能模块的划分 (2)2.1语音信号采集 (2)2.3 含噪语音信号合成 (4)2.4 数字滤波器设计及滤波 (4)2.5 回放语音信号 (4)3. 滤波器实现的原理 (5)3.1 带阻滤波器 (6)3.2 低通滤波器 (8)3.3 高通滤波 (10)4. 程序调试 (12)5. 总结 (13)6. 附件 (14)6.1 带阻滤波 (14)6.2 低通滤波 (15)6.3 高通滤波 (16)7. 评分表 (18)1.课题的主要功能1.1问题描述录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样，使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。

数字信号处理_FIRandIIR（ＰＤＦ）

数字信号处理_FIRandIIR（ＰＤＦ）

数字信号处理实验报告设计数字低通IIR和FIR滤波器对语音信号进行滤波处理班级：物联网1104班学号：**********姓名：***指导老师：***一、实验内容1.选择一个.wav格式的语音信号作为分析的对象，对其进行频谱分析。

2.设计FIR和IIR数字滤波器，并对带噪语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征。

二、实验目的1.学会使用Matlab来分析音频信号的时域和频域特性。

2.熟悉用双线性变换法设计IIR和FIR数字滤波器的原理与方法。

3.学会设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。

4.掌握IIR\FIR数字滤波器的MATLAB实现方法。

5.通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。

三、实验原理1.IIR滤波器：利用双线性变换设计IIR滤波器（只介绍巴特沃斯数字低通滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数，然后由通过双线性变换可得所要设计的IIR滤波器的系统函数。

如果给定的指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟滤波器的技术指标，这里主要是边界频率的转换，对指标不作变化。

边界频率的转换关系为。

接着，按照模拟低通滤波器的技术指标根据相应设计公式求出滤波器的阶数和截止频率；根据阶数查巴特沃斯归一化低通滤波器参数表，得到归一化传输函数；最后，将代入去归一，得到实际的模拟滤波器传输函数。

之后，通过双线性变换法转换公式，得到所要设计的IIR滤波器的系统函数。

2.FIR滤波器：如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为(e )j d H ω，则其对应的单位脉冲响应为⎰-=πππdwe e Hn h jwn jw dd )(21)(窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应(n)h 逼近(n)d h 。

由于(n)d h 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数(n)w 将(n)d h 截断，并进行加权处理，得到：)()()(n w n h n h d ⋅=(n)h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数(e )j d H ω为∑-=-=10)()(N n jwnjwe n h e H式中，Ｎ为所选窗函数(n)w 的长度。

数字信号处理课程设计报告

数字信号处理课程设计报告

数字信号处理课程设计报告姓名：班级：学号：指导老师：华南农业大学电子工程学院一、设计方案分析题目一：①录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；②给定滤波器的性能指标（技术指标：通带截止频率1khz 带内最大衰减-3db 阻带截止频率4khz 阻带内最小最小衰减-30db），采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；③用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波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，回放语音信号。

设计方案分析：用手机录音功能录下一段语音信号，再使用迅雷转换器将MP3音频转换成.WAV格式，使用audioread('xxx.wav')函数读取音频信号，用fft函数对语音信号进行DFT变换，得到时域和频域图；对于滤波器的性能指标通带截止频率1khz 带内最大衰减-3db 阻带截止频率4khz 阻带内最小最小衰减-30db，利用双线性变换法设计该低通滤波器，根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通滤波器；[n,Wn]=buttord(wp,ws,Ap,As,’s’)[z,p,k]=buttap(n);设计模拟滤波器[b,a]=zp2tf(z,p,k); 将系统函数的零极点转化为系统函数一般形式的系数[bn,an]=lp2lp(b,a,Wn);其中wp=2pif1/fs，ws2pif1/fs，Ap=3，As=30再利用[bz,az]= bilinear (bn,an,1/Ts)函数把模拟滤波器转换为数字滤波器；用设计的滤波器对语音信号进行滤波，使用filter(bz,az,x)函数。

题目二：老式唱机播放音乐时，常会听到“噼啪”类噪声。

“noisysound.wav”为带有这类噪声的音频文件，试设计算法滤除噪声，并从时域和频域比较处理前后的差异。

设计方案分析：通过观察所给音频文件的时域及频域图，得知噪声大多是为高频成分，所以要滤除噪声，可采用低通滤波器对语音信号进行滤波处理。