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1、福幺凄洲人学FUJIAN AGRICULTURE AND FORESTRY UNIVERSITY字信号处理课程设计说明书设计题目：音乐信号的幅度调制及同步解调姓名： 曾繁鑫专业年级：13级电子科学与技术指导老师：时 间:学号：3136110041梁真2016年5月数字信号处理课程设计任务书题目音乐信号的幅度调制及同步解调主要内容1、自学Matlab软件，了解相关编译语句；2、利用Matlab实现音乐信号的AM调制及同步解调；3、分析仿真结果，得出合理结论。设计要求1、利用“wavread命令载入乐曲，在 MATLAB中解析频谱，绘出其时域 波形及幅度频谱；2、选择适当调制频率生成高频载波，对信
2、号进行幅度调制；3、对调幅信号进行同步解调，其中低通滤波器设计为butterworth滤波器（滤 波器指标自定），绘出滤波器的输出信号的时域波形及幅度频谱。4、按要求完成设计se告。主要仪器设备1、计算机1台，Matlab仿真软件一套。主要参义献1禺四全，,玉美.数字信号处理（第二版）M.西安：西安电子科技大学 出版社，20082程佩青.数字信号处理教程（第四版）M .北京：清华大学出版社，2013 3余成波等.数字信号处理及MATLAB实现（第二版）M .北京：清华大学 出版社，2008课程设计进度安排（起止时间、工作内容）单人一组，每组选择不同乐曲进行音乐合成，每人 1套实验环境。整个课程
3、设计 共1周20学时，具体安排如下：前期准备工作4学时 学习设计题目相关知识，查阅资料，掌握实现的原理；计划内上机14学时 按要求，完成设计方案，编写并调试仿真程序；计划内上机2学时 结果验收，并完成课程设计报告。课程设计开始日期2016.06.10课程设计完成日期2016.06.16指导老师（签名）：福建农林大学数字信号处理课程设计说明书目录1设计基础-1 -1.1 MATLAB 软件简介 -.1-1.2 幅度调制与解调原理 -.1-2设计与实现-2 -2.1 原始信号分析 -.2 -2.1.1 原理分析-2 -2.1.2 Matlab 源代码-2 -2.1.3 运行结果分析 -3 -2.2
4、 幅度调制.-4-2.2.1 原理分析-4 -2.2.2 Matlab 源代码-4 -2.2.3 运行结果分析 -5 -2.3 同步解调.-5-2.3.1 原理分析-5 -2.3.2 Matlab 源代码-6 -2.3.3 运行结果分析 -7 -3总结与体会-9 -4参考文献1.Q福建农林大学数字信号处理课程设计说明书1设计基础1.1 MATLAB 软件简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可 视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLABH matrix&laboratory两
5、个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了 一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。1.2 幅度调制与解调原理用一个信号（称为调制信号）去控制另一个信号（称为载波信号），让后者的某 一特征参数如幅值、频率、相位，按前者变化的过程
6、，就叫调制。用来传送消息 的信号叫作载波信号，代表所欲传送消息的信号叫作调制信号，调制后的信号叫 作已调信号。用调制信号控制载波的参数，使之随调制信号而变化，就可实现调 制。幅度调制是一种广泛使用的模拟调制方式。正弦载波幅度随调制信号而变化 的调制，叫做正弦波幅度调制，简称调幅（AM）。它是用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度将音频信号调制到载波上去就可以达到发送声音的目的，可是我们的最终目 的是实现声音的远距离传送，所以还必须在接收一侧将已调制的信号解读出来， 这个解调的过程就叫检波。调幅波的解调过程（不失真地还原信息）通常称为检波,实现该功能的电路也称振幅检波器（简称检波器），它仍然是一
7、种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出调制波信息，必须要有非线 性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除。在各种幅度调 制中，由于波形差异和频谱结构的不同，其调制方法也不同，但最基本的调制方 法是两种：包络检波和同步检波。2设计与实现2.1 原始信号分析2.1.1 原理分析wavread语句读取音乐信号，获取抽样率w,fs,b=wavread(语音信号)，采样值放在向量 w中，fs表示采样频率(hz), b表示采样位数。Figure控制窗口数量grid on表示在画图的时候添加网格线Subplot将多个图画到一个平面上的工具fft(x,n) 一维快速傅里
8、叶变换，x相当于信号，n是变换点数。离散傅里叶变换DFT的 快速算法就是FFT。abs(x)求复数实部与虚部的平方和的算术平方根Y = filter(B,A,X),输入X为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A提供滤波器系 数Butter带通滤波器2.1.2 Matlab 源代码%对原始音乐信号进行采样并做出原始信号时域波形格 式工厂清风u组合-夏虫 00_00_26-00_00_59 高 质量.wav);%采样值放在向量x中，fs表示采样频率x=x(:,1);%将矩阵X里的第一列的元素赋值给xsound(x,fs);%播放音乐N=length(x);%向量x的长度figure subplot(
9、2,1,1);plot(x)%以乂元素的值为纵坐标，x的序号为横坐标值绘制曲线F1=fft(x,N);%对x取N点一维快速傅里叶变换grid on%画图的时候添加网格线title(原始音乐信号时域波型)%标题为“原始音乐信号时域波型”xlabel(时间)ylabel(幅度)%做原始音乐信号频域波形w1=2/N*0:N-1;subplot(2,1,2);plot(w1,abs(F1)grid ontitle(原始音乐信号频域波型)xlabel(数字角频率/pi)ylabel(幅度)2.1.3 运行结果分析由图2-1-1可得原始音乐信号的频率在每个频段都有吧理10.50-0.5原始音乐信号时域波型
10、051015x 10$时间图 2-1-1数字向赧率/pi-11 -图 2-1-22.2 幅度调制2.2.1 原理分析信号的调制过程就是将信号频谱搬移到任何所需的较高频率范围。调制的实 质是把各种信号的频谱搬移，使它们互不重叠的占据不同的频率范围，也即信号 分别托付于不同频率的载波上。根据原始信号分析可设置调制载波的数字角频率为0.35 ( f 上九)原始音乐信号通过乘以高频载波将原始音乐信号的频域进行 s h搬移。2.2.2 Matlab 源代码%创建高频载波并作出时域波形 n=0:N-1;%x1高频载波信号%对高频载波信号x1进行快速傅里叶变换% abs(F2)对频域信号F2取幅值x1=co
11、s(n*0.95);figuresubplot(2,2,1);plot(x1)title(余弦信号时域波型)xlabel(时间)ylabel(幅度)%做高频载波的频域波形F2=fft(x1,N);subplot(2,2,2);plot(w1,abs(F2)grid ontitle(余弦信号频域波型) xlabel(数字角频率/pi) ylabel(幅度)%调制过程并作出高频调制后音乐信号时域、频域波型X=x.*x1;%对原始信号x进行高频调制X为已调信号subplot(2,2,3); plot(X) F3=fft(X,N);%对高频已调信号进行快速傅里叶变换grid on title(高频调制
12、后音乐信号时域波型) xlabel(时间) ylabel(幅度) subplot(2,2,4); plot(w1,abs(F3) grid ontitle（高频调制后音乐信号频域波型）xlabel（数字角频率/pi）ylabel（幅度）2.2.3 运行结果分析对比图2-1-2和图2-2-2可以看出原始音乐信号的频率被搬移到载波中心频率 附近余弦信号时域波型051015时间 x 105,1祢弦信号频域波型图 2-2-1高频调制后音乐信号时域波型时间 乂1。5敢字角频率，pi图 2-2-22.3 同步解调2.3.1 原理分析设计巴特沃斯滤波器通带边界频率设为0.2阻带边界频率设为0.3,特沃斯滤波
13、通带最大衰减Rp=1dB阻带最小衰减 Rs=15dB。N,Wc=buttord（wp,ws,Rp,Rs） 计算巴特沃斯滤波的阶数 N和截止频率 WcB,A=butter（N1,Wc）计算滤波器系统函数分子分母多项式系数2.3.2 Matlab 源代码%解调制过程X1=X.*x1;sound(X1,fs)F4=fft(X1,N);figuresubplot(2,1,1);plot(X1);grid ontitle(解制后音乐信号时域波型xlabel(时间)ylabel(幅度) subplot(2,1,2); plot(w1,abs(F4);grid ontitle(解制后音乐信号频域波型 xla
14、bel(数字角频率/pi) ylabel(幅度)%对已调信号乘以同频载波进行解调%有局频噪首%设计巴特沃斯滤波器%巴特沃斯滤波通带最大衰减Rp阻带最小衰减Rs%计算巴特沃斯滤波的阶数 N1和截止频率 Wc%计算滤波器系统函数分子分母多项式系数%数字滤波器的幅频特性值Rp=1;Rs=15;N1,Wc=buttord(0.2,0.3,Rp,Rs); B,A=butter(N1,Wc);H,W=freqz(B,A);figure%做数字滤波器的幅频特性曲线subplot(1,1,1);plot(W/pi,abs(H);grid ontitle(数字巴特沃斯滤波器) xlabel(数字角频率/pi) ylabel(幅度)%对解调制后音乐信号进行滤波, y=filter(B,A,X1);% sound(y,fs);figu
