中南大学数字信号处理课程设计

中南大学数字信号处理课程设计报告专业班级:电信1303指导老师：姓名:学号:目录一、课程设计要求二、设计过程（1）设计题目（2）设计源代码（3）设计结果（4）结果分析三、设计总结与心得体会四、课程设计指导书一、课程设计要求1、课程设计指导书①《数字信号处理（第二版）》，丁玉美等，西安电子科技大学出版社；②《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。2、课程设计题目⑴、信号发生器用户根据测试需要，可任选以下两种方式之一生成测试信号：①、直接输入（或从文件读取）测试序列；②、输入由多个不同频率正弦信号叠加组合而成的模拟信号公式（如式1-1所示）、采样频率（Hz）、采样点数，动态生成该信号的采样序列，作为测试信号。⑵、频谱分析使用FFT对产生的测试信号进行频谱分析并展示其幅频特性与相频特性，指定需要滤除的频带，通过选择滤波器类型（IIR/FIR），确定对应的滤波器（低通、高通）技术指标。⑶、滤波器设计根据以上技术指标（通带截止频率、通带最大衰减、阻带截止频率、阻带最小衰减），设计数字滤波器，生成相应的滤波器系数，并画出对应的滤波器幅频特性与相频特性。①IIRDF设计：可选择滤波器基型（巴特沃斯或切比雪夫型）；②FIRDF设计：使用窗口法（可选择窗口类型，并比较分析基于不同窗口、不同阶数所设计数字滤波器的特点）。⑷、数字滤波根据设计的滤波器系数，对测试信号进行数字滤波，展示滤波后信号的幅频特性与相频特性，分析是否满足滤波要求（对同一滤波要求，对比分析各类滤波器的差异）。①IIRDF：要求通过差分方程迭代实现滤波（未知初值置零处理）；②FIRDF：要求通过快速卷积实现滤波（对于长序列，可以选择使用重叠相加或重叠保留法进行卷积运算）。⑸、选做内容将一段语音作为测试信号，通过频谱展示和语音播放，对比分析滤波前后语音信号的变化，进一步加深对数字信号处理的理解。3、具体要求⑴、使用MATLAB（或其它开发工具）编程实现上述内容，写出课程设计报告。⑵、课程设计报告的内容包括：①课程设计题目和题目设计要求；②设计思想和系统功能结构及功能说明；③设计中关键部分的详细描述和介绍，采用流程图描述关键模块的设计思路；④总结，包括设计过程中遇到的问题和解决方法，心得体会等；⑤参考文献；⑥程序源代码清单。4、考核方式课程考核分三部分，一部分是上机率，占20%；第二部分是检查成绩，最后两次上机为检查时间，占50%；第三部分为课程设计报告，占30%。注意：⑴、使用GUI界面或混合编程实现仿真程序，酌情加分；⑵、若发现程序或课程设计报告雷同，一律不及格。⑶、主要参考资料[1]S.K.Mitra.DigitalSignalProcessing:AComputerBasedApproach,3rdEdition[M],NewYork,USA:McGraw-Hill,2000[2]R.G.Lyons.UnderstandingDigitalSignalProcessing,2ndEdition[M].NewJersey,USA:PrenticeHall,2005[3]程佩青.数字信号处理教程,第二版[M].北京:清华大学出版社,2001[4]赵树杰等.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997[5]丁玉美等.数字信号处理—时域离散随机信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002[6]陈怀琛等.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M],北京:电子工业出版社出版,2002⑷、课程设计进度安排序号阶段内容合计（天）一设计准备1二方案选择及初步设计2三目标项目设计实现及调试3四撰写课程设计报告2五上机检查成绩2总计（2周）10二.设计过程第一题:⑴、信号发生器用户根据测试需要，可任选以下两种方式之一生成测试信号：①、直接输入（或从文件读取）测试序列；②、输入由多个不同频率正弦信号叠加组合而成的模拟信号公式（如式1-1所示）、采样频率（Hz）、采样点数，动态生成该信号的采样序列，作为测试信号。100sin(2πf1t)+100sin(2πf2t)+....+100sin(2πfnt)1-1）⑵、源代码1.动态获得function[ft,t]=sig(fs)figure;t=0:1/fs:0.1;f1=50;f2=150;f3=250;ft=100*sin(2*pi*f1*t)+100*sin(2*pi*f2*t)+100*sin(2*pi*f3*t);plot(t,ft);gridon;多个不同频率sin函数叠加直接从txt文档中读取数据动态生成信号静态生成信号信号xlabel('t'),ylabel('ft');title('原信号波形')end2.静态获得ft=load('E:\test.txt');figure;subplot(2,1,1);plot(ft);title('信号原波形');⑶、结果动态静态⑷分析对于动态生成信号的方式，在给定的时域内，生成了含有三个不同频率的混合信号波形。对于静态生成信号的方式，先在txt文档中输入数据，通过load函数读取txt文档到ft中，得到的ft相当于经过采样后的信号。第二题⑴、频谱分析使用FFT对产生的测试信号进行频谱分析并展示其幅频特性与相频特性，指定需要滤除的频带，通过选择滤波器类型（IIR/FIR），确定对应的滤波器（低通、高通）技术指标。⑵、源代码1.function[]=DFT(ft,t,fs)figure;[w,m]=freqz(ft,512);h=abs(w);plot(m/pi*fs/2,h);N=5000;subplot(3,1,1);stem(t,ft,'.');gridon;xlabel('t'),ylabel('ft');title('实际抽样信号');k=0:N-1;Fw=fft(ft,N);subplot(3,1,2);[w,m]=freqz(ft,512);h=abs(w);plot(m/pi*fs/2,h);title('抽样信号幅度谱')subplot(3,1,3);plot((k-1)*fs/N,angle(Fw));gridon;axis([0350-44]);title('抽样信号相位谱')end用stem画出采样信号确定采样频率调用FFT工具箱函数FFT变化后使用angle()得到相位角FFT变化后使用freqz()得到频率⑶、结果⑷分析谱分析即对信号做DFT处理，再根据得到的频率谱和相位谱分析信号，找到需要的频率段，滤除不需要的。通过对原信号（这里以动态信号为例）进行谱分析可知，信号中存在三种频率的信号，50Hz、150Hz、250Hz，可以对其进行滤波消除其中的一个或者几个频率。第三题⑴、题目滤波器设计根据以上技术指标（通带截止频率、通带最大衰减、阻带截止频率、阻带最小衰减），设计数字滤波器，生成相应的滤波器系数，并画出对应的滤波器幅频特性与相频特性。①IIRDF设计：可选择滤波器基型（巴特沃斯或切比雪夫型）；②FIRDF设计：使用窗口法（可选择窗口类型，并比较分析基于不同窗口、不同阶数所设计数字滤波器的特点）。⑵、源代码1.FIRfunction[hd,N]=FIR(windows,freq)figure;switchfreqcase0frq='high';wp=pi*0.45;ws=pi*0.40;wc=(wp+ws)/2/pi;Bt=wp-ws;case1frq='stop';wpu=pi*0.44;选择FIR/IIR选择高/低/带通/带阻选择汉宁窗/矩形窗计算相关参数得到滤波器选择高/低/带通/带阻计算相关参数选择切比雪夫/巴特沃斯wpl=pi*0.14;wsu=pi*0.40;wsl=pi*0.18;wc=[(wsl+wpl)/2/pi,(wsu+wpu)/2/pi];Bt=wsl-wpl;case2wp=pi*0.2;ws=pi*0.15;wc=(wp+ws)/2/pi;Bt=wp-ws;case3wsu=pi*0.44;wsl=pi*0.14;wpu=pi*0.40;wpl=pi*0.18;wc=[(wsl+wpl)/2/pi,(wsu+wpu)/2/pi];Bt=wpl-wsl;otherwiseendswitchwindowscase0N0=ceil(6.2*pi/Bt);N=N0+mod(N0+1,2);iffreq1hd=fir1(N-1,wc,hanning(N));elsehd=fir1(N-1,wc,frq,hanning(N));endwn=hanning(N);n=0:1:N-1;subplot(2,1,1)stem(n,hd,'.')title('汉宁窗')ylabel('h(n)')subplot(2,1,2)stem(n,wn,'.')ylabel('w(n)')case1N0=ceil(1.8*pi/Bt);N=N0+mod(N0+1,2);iffreq1hd=fir1(N-1,wc,boxcar(N));elsehd=fir1(N-1,wc,frq,boxcar(N));endwn=boxcar(N);n=0:1:N-1;subplot(2,1,1)stem(n,hd,'.')title('矩形窗')ylabel('h(n)')subplot(2,1,2)stem(n,wn,'.')ylabel('w(n)')otherwiseendfigure;freqz(hd);end2.IIRfunction[BH,AH]=IIR(rp,rs,pattern,freq)figure;ifpattern==0iffreq==0wpz=0.45;wsz=0.40;[N,wc]=buttord(wpz,wsz,rp,rs);[BH,AH]=butter(N,wc,'high');elseiffreq==1wpz=[0.15,0.44];wsz=[0.18,0.40];[N,wc]=buttord(wpz,wsz,rp,rs);[BH,AH]=butter(N,wc,'stop');elseiffreq==2wpz=0.2;wsz=0.15;[N,wc]=buttord(wpz,wsz,rp,rs);[BH,AH]=butter(N,wc);elseiffreq==3wsz=[0.15,0.44];wpz=[0.18,0.40];[N,wc]=buttord(wpz,wsz,rp,rs);[BH,AH]=butter(N,wc);end[Bk,Bw]=freqs(BH,AH);plot(Bw,20*log10(abs(Bk)));gridon;xlabel('频率(kHz)');ylabel('幅度(dB)');elseifpattern==1[N1,wp1]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs');[B1,A1]=cheby1(N1,rp,wp1,'high');[Bk,Bw]=freqs(B1,A1);plot(Bw,20*log10(abs(Bk)));gridon;xlabel('频率(kHz)');ylabel('幅度(dB)');endend⑶、结果FIRFIRIIR⑷、分析根据谱分析的结果进行滤波，可选择高通、低通、带通、带阻，汉宁窗、矩形窗、切比雪夫、巴特沃斯。根据w=f*2*pi/fs计算参数，通过查看工具箱文档，带阻与带通的w与高通、低通不同，需要用两个个矩阵表示，设置过渡带，设计滤波器。第四题（1）题目数字滤波根据设计的滤波器系数，对测试信号进行数字滤波，展示滤波后信号的幅频特性与相频特性，分析是否满足滤波要求（对同一滤波要求，对比分析各类滤波器的差异）。①IIRDF：要求通过差分方程迭代实现滤波（未知初值置零处理）；②FIRDF：要求通过快速卷积实现滤波（对于长序列，可以选择使用重叠相加或重叠保留法进行卷积运算）。（2）源代码1.FIRfunction[yn]=flit(hd,ft,freq,t,windows)figure;subplot(2,1,1);yn=c