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1、西南科技大学课 程 设 计 报 告课程名称: 数字通信课程设计 设计名称: 正弦信号的谱分析及提取 姓 名: 丁 雍 学 号: 20054223 班 级: 通信0501 指导教师: 李 艳 起止日期: 2008.8.27-2008.8.31 西南科技大学信息工程学院制课 程 设 计 任 务 书学生班级: 通信0501 学生姓名: 丁 雍 学号: 20054223 设计名称: 正弦信号的谱分析及提取 起止日期: 2008.8.27-2008.8.31 指导教师: 李艳 设计要求: (1)、录制一段音频(如歌曲,说话声等),采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析。(2)、录制一段加入噪声
2、的音频(如在歌声中加入尖锐的口哨声或者其他噪声),采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析。(3)、选择合适的指标,设计FIR数字滤波器,将音频中加入的噪声信号减弱或滤除。扩展要求:(4)、将处理后的音频信号重新生成.wav文件,收听该音频,根据效果调整滤波器指标重新设计滤波器。课 程 设 计 学 生 日 志时间设计内容2008.8.27上午上网以及看以前学过的教程matlab、现代通信原理、数字信号处理,查阅相关资料。2008.8.27下午分析设计要求,计算各项设计中的参数,查阅资料解决。2008.8.28书写程序,把各个功能按模块化格式编写小程序,并实现其部分功能。2008.8.2
3、9把各个模块整理成一个完整的程序,并调试,看各项功能的实现是否可完成208.8.30检查错误,并修改程序中的不足和不符合题目要求的程序,检查各项指标是否完成。2008.8.31完成程序的设计,答辩。课 程 设 计 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五课 程 设 计 评 语 表指导教师评语: 成绩: 指导教师: 年 月 日设 计 题 目 一、正弦信号的谱分析及提取一、 设计目的和意义(1)、录制一段音频(如歌曲,说话声等),采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析。(2)、录制一段加入噪声的音频(如在歌声中加入尖锐的口哨声或者其他噪声),采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱
4、分析。(3)、选择合适的指标,设计FIR数字滤波器,将音频中加入的噪声信号减弱或滤除。扩展要求:(4)、将处理后的音频信号重新生成.wav文件,收听该音频,根据效果调整滤波器指标重新设计滤波器二、 设计原理(1)、利用matlab的绘图功能画出两个正弦信号,并将两个正弦信号叠加形成一个复合的函数,然后通过图形显示窗口显示三个图形的时域波形。(2)、将合成信号通过FFT变换,然后显示出频谱图,观察频域并行图,并分析波形;(3)、设计低通滤波器,滤出合成信号中的低频分量,并恢复原始低频信号时域波形图。(4)、设计高通滤波器,滤出合成信号中的高频分量,并恢复原始高频信号时域波形图。三、 详细设计步骤
5、(1)、读取音频信号,调用wavread函数,并调用sound函数使音频信号发声,具体的程序如下:filename=input(input the file name:,s); y,fs,nbits=wavread(filename); siz=wavread(filename,size);fid,message=fopen(filename,r); snd=importdata(filename); sound(snd.data,snd.fs);其中也求出了音频信号的采样频率fs。然后画出信号的时域波形,观察其形状。 图一(音频信号和加了噪音的信号的时域波形)(2)、根据以上求得的采样频率对
6、音频信号FFT变换,然后通过图形显示其频谱图。然后加如噪声信号,噪声信号为与语音信号等时长的随即数列,由randn函数产生,通过图形显示,并与音频信号对比。图二(语音和合成语音的频谱图)(3)、低通滤波器的设计,我选择我熟悉的Butterword滤波器对合成信号中的低频分滤出,具体步骤为:1、设通带截止频率fp=460Hz,阻带截止频率fs=4000Hz,带内最大衰减rp=3,阻带最小衰减rs=100,由这些参数算出滤波器的阶数N和零极点,并算出分子分母系数a,b。题目中的滤波器的传递函数可以表示为: 1 H(s) = - s3 + 3*s2+2*s+1 2、 通过filter函数把合成音频信
7、号中的低频信号部分提取出来,然后显示其时域波形,但是由于缺少录音机设备,不能人为外加噪声信号,但是加入的randn噪音信号在整个频带都有分量,即它既有高频分量又有低频分量,所以很难把原始的语音信号提取出来。最终恢复的信号非常模糊,基本能看见原语音信号的原形。图三(滤出的语音信号失真)四、设计结果及分析设计结果都可以用图形显示出来,完整显示了语音信号的时域波形,并且通过FFT变换完整显示出频域波形,在噪音处理方面没有做到最佳,由于没有录音机样的设备,使得在加入噪音信号时候有困难,最后选择了用随机序列代替噪音信号,致使使最终在音频信号的提取上没有完成。五、体会设计过过程中大多数遇到问题都要查阅资料,特别是遇到计算问题更是如此,不过在学习和实践的过程中,我确实掌握了许多以前都不知道的MATLAB功能以及信号的合成和提取等很多知识,使自己的认识达到了更高的一步。六、参考文献(1)钟翎,王峰.MATLAB仿真技术与应用教程,国防科技大学出版社(第二版) 2005.(2)、张威。MATLAB基础与编程入门,西安电子科技大学出版社(第三版)2006.2(3)、刘树棠译。信号与系统,西安交通大学出版社(第一版) 2006.5(4)、王划一。自动控制原理 国防工业出版社(第一版) 2003.4