电信科学类dsp课程设计报告

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1、武汉轻工大学武汉轻工大学DSP 课程设计报告课程设计报告姓姓 名名 学学 院院 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 专专 业业 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 学学 号号 班班 级级 电信科学电信科学 091 班班 指导老师指导老师 方方 2012 年 6 月 18 日一、设计题目一、设计题目语音信号处理，进行三种类型的滤波器的设计。 二、设计要求二、设计要求(1) IIR低通滤波器性能指标 fc=1000 Hz,（通带截止频率） fst=2000 Hz, （阻带截止频率）Rst=30 dB, Rp5 dB。(2) IIR带阻,双线性变换法 设计指标 fst1=2000 Hz, fst

2、2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。(3) 带通滤波器性能指标 fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp5 dB FIR 数字滤波器根据以上的技术指标设计出相应的滤波器，画出滤波器的频率响应曲线。三、设计原理三、设计原理1. 语音信号的采集利用 Windows 下的录音机，录制一段自己的话音，时间在 1 s 内。然后在Matlab 软件平台下，利用函数 wavread 对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过 wav

3、read 函数的使用，理解采样频率、采样位数等概念。y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);其中 y 为 wav 文件的音调数据，长度为 60000-1000+1，fs 为该文件的播放频率。通过 sound 函数播放该文件的声音：Sound(y,fs);2. 语音信号的频谱分析首先画出语音信号的时域波形，然后对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，其程序如下：Y=fft(y,59001);Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱);3. 设计数字

4、滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标：(1) 低通滤波器性能指标 fc=1000 Hz,（通带截止频率） fst=2000 Hz, （阻带截止频率）Rst=30 dB, Rp5 dB。(2) 带阻,双线性变换法 IIR 巴特沃斯数字滤波器设计指标 fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。(3) 带通滤波器性能指标 fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp5 dB FIR 数字滤波器根据以

5、上的技术指标设计出相应的滤波器，画出滤波器的频率响应曲线。4. 用滤波器对信号进行滤波用自己设计的各滤波器分别对采集的信号利用函数 filter 对信号进行滤波，并比较滤波前后语音信号的波形及频谱：x=filter(b,a,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱);5. 回放语音信号在 Matlab 中，函数 sound 可以对声音进行回放，其调用格式：sound(x,fs)；可以感觉滤波前后的声音有变化。6. 设计系统界面为了使编制的程序操作方

6、便，有能力的学生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。四、源程序清单四、源程序清单 4.1 冲击响应不变法冲击响应不变法,IIR 低通滤波器性能指标低通滤波器性能指标 fc=1000 Hz,（通带截止频率）（通带截止频率）fst=2000 Hz, （阻带截止频率）（阻带截止频率）Rst=30 dB, Rp5 dB。y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);Sound(y,fs);Y=fft(y,59001); %时域信号转换为频域的信号时域信号转换为频域的信号Subplot(231);p

7、lot(y);title(滤波前的信号波形滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱滤波前的信号频谱);fs=44100;Wst=2*pi*3000;Wc=2*pi*2000;Rp=5;Rst=30;wc=Wc/fs;wst=Wst/fs;N,Wn=cheb1ord(Wc,Wst,Rp,Rst,s);B,A=cheby1(N,Rp,Wn,s);b,a=impinvar(B,A,fs);h,w=freqz(b,a,256);x1=wc/pi,wst/pi;y1=-Rp,-Rp,-Rst,-Rst;Subplot(234);plot(w/pi

8、,20*log10(abs(h);grid;xlabel(f in pi);ylabel(gain in db);axis(0,1,-50,10);x=filter(b,a,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱滤波后的信号频谱);Sound(y,fs); 4.2 %带阻带阻,双线性变换法双线性变换法 IIR 巴特沃斯数字滤波器巴特沃斯数字滤波器%设计指标设计指标 fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1

9、000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);Sound(y,fs);Y=fft(y,59001); %时域信号转换为频域的信号时域信号转换为频域的信号Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱滤波前的信号频谱);fs=44100;wst=2*pi*2000/fs,2*pi*3000/fs;wp=2*pi*1000/fs,2*pi*4000/fs;Rp=5;Rst=3

10、0;N,Wn=buttord(wp/pi,wst/pi,Rp,Rst);B,A=butter(N,Wn,stop);h2,w2=freqz(B,A,256);x1=wp/pi,wst/pi;y1=-Rp,-Rp,-Rst,-Rst;Subplot(234);plot(w2/pi,20*log10(abs(h2),x1,y1,*);grid;xlabel(f in pi);ylabel(gain in db);axis(0,1,-50,10);x=filter(B,A,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形滤波后的信号波形);S

11、ubplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱滤波后的信号频谱);Sound(y,fs); 4.3 %带通带通 带通滤波器性能指标带通滤波器性能指标 fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp5 dB FIR 数字滤波器数字滤波器y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);Sound(y,fs);Y=fft(y,59001); %时域信号转换为频域的信号时域信号转换为频域的信号Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形

12、滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱滤波前的信号频谱);%采用窗函数法设计一个采用窗函数法设计一个 FIR 带通滤波器带通滤波器,满足指标满足指标:低端阻带边界频率低端阻带边界频率ws1=0.2pi,高端阻带边界频率高端阻带边界频率%ws2=0.8pi,阻带最小衰减阻带最小衰减 60dB;低端通带边界频低端通带边界频率率 wp1=0.35pi,高端通带边界频率高端通带边界频率 wp2=0.65pi,通带最大衰通带最大衰%减减 1dB.%根据阻带最小衰减根据阻带最小衰减 60dB，选择布莱克曼窗。，选择布莱克曼窗。fs=44100;R

13、p=5;Rst=60;ws1=1000*2*pi/fs;ws2=4000*2*pi/fs;wp1=2000*2*pi/fs;wp2=3000*2*pi/fs;N=max(ceil(6.2*pi/(wp1-ws1),ceil(6.2*pi/(ws2-wp2);%根据过渡带宽选择根据过渡带宽选择N,ceil(x)为不小于为不小于 x 的最的最%小整数。小整数。wc=(ws1+wp1)/2,(ws2+wp2)/2;b=fir1(N-1,wc/pi,blackman(N);h,f=freqz(b,1,500);Subplot(234);plot(f/pi,20*log10(abs(h),-);ylab

14、el(20log|H|);xlabel(w/pi);grid;axis(0 1 -100 10);x=filter(b,1,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x/fs);title(滤波后的信号波形滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X)*fs/60000);title(滤波后的信号频谱滤波后的信号频谱);Sound(y,fs);五、设计结果和仿真波形五、设计结果和仿真波形5.1 IIR 低通、冲击响应不变法 切比雪夫数字滤波器0510x 104-1-0.500.51信 信 信 信 信 信 信 信0510x 1040500100

15、01500信 信 信 信 信 信 信 信00.51-40-200f in pigain in db0510x 104-0.500.5信 信 信 信 信 信 信 信0510x 104050010001500信 信 信 信 信 信 信 信5.2 %IIR 带阻,双线性变换法 0510x 104-1-0.500.510510x 10405001000150000.5-50-40-30-20-10010f in pigain in db0510x 104-1-0.500.510510x 1040500100015005.3 FIR 数字滤波器 带通0510x 104-1-0.500.51信 信 信 信 信 信 信 信0510x 104050010001500信 信 信 信 信 信 信 信00.51-100-50020log|H|w/pi0510x 104-2-1012x 10-6信 信 信 信 信 信 信 信0510x 104020406080信 信 信 信 信 信 信 信六、收获和体会六、收获和体会通过本次试验我更加熟练地掌握了各种类型滤波器的设计和信号采样、加深了对数字信号处理理论方面的理解，加强了 matlab 的应用能力，获益匪浅！ 七、参考文献七、参考文献（1）数字信号处理 丁玉