现代信号处理课程设计报告.doc

现代信号处理课程设计报告 目录一、 课程设计目的2二、 课程设计内容2三、 课程设计流程及分析43.1熟悉MATLAB基本操作. 43.2 MATLAB数字信号处理图形界面. 53.3用MATLAB绘出信号波形. .5 3.4对信号频谱分析. . . . . . . . .73.5设计滤波器并对信号滤波.11四、 设计经验总结27五、 参考资料27一、课程设计目的1全面复习课程所学理论知识，巩固所学知识重点和难点，将理论与实践很好地结合起来。2提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力；3熟练使用一种高级语言进行编程实现。二、课程设计内容（一）信号分析1、编制信号生成程序，产生下述各序列，绘出它们的时域波形 1） 单位抽样序列 2）矩形序列 3）     三角波序列4) 反三角波序列 5）Gaussian序列   6） 正弦序列 取7）衰减正弦序列 对连续信号     进行采样，可得到测试序列 。令A=50,采样周期T=1ms,即fs=1000Hz,f0=62.5,a=100。2. 对上述信号完成下列信号分析 1）对三角波序列和反三角波序列，作N=8点的FFT，观察比较它们的幅频特性，说明它们有什么异同？绘出两序列及其它们的幅频特性曲线。 在和的尾部补零，作N=16点的FFT，观察它们的幅频特性发生了什么变化？分析说明原因。   2)、观察高斯序列，固定信号中的参数p=8，令q分别等于2，4，8，观察它们的时域和幅频特性，了解当q取不同值时，对信号序列的时域幅频特性的影响；固定q=8，令p分别等于8，13，14，观察参数p变化对信号序列的时域及幅频特性的影响，观察p等于多少时，会发生明显的泄漏现象，混叠是否也随之出现？记录实验中观察到的现象，绘出相应的时域序列和幅频特性曲线。3）对于正弦序列x6(n)，取数据长度N分别等于8，16，32，分别作N点FFT，观察它们的的时域和幅频特性，说明它们的差别 ，简要说明原因。4)、观察衰减正弦序列的时域和幅频特性，绘出幅频特性曲线，改变采样频率fs,使fs=300Hz， 观察此时的频谱的形状和谱峰出现位置？说明产生现象的原因。3设有一连续时间信号s(t),其由20Hz、220Hz和750Hz的正弦信号叠加而成，分析确定采样频率及数据分析长度，计算并绘出信号的频谱，指出各个频率份量。 （二）、数字滤波器的设计与实现 设计和实现IIR或FIR数字滤波器： 要求：输入数字滤波器的滤波指标,包括通带截止频率,通带最大衰减,阻带截止频率,阻带最小衰减。设计出相应的数字滤波器。显示得到的滤波器的系数和阶数，求出系统的单位脉冲响应h(n)。并画出设计得到的滤波器的幅频特性图(要有坐标标度)和相频特性。 1对于IIR数字滤波器：使用双线性变换法。可选用BW型、CB型和椭圆型等滤波器类型来进行设计2对于FIR数字滤波器：要对多种窗口（三种及以上）、不同阶数设计结果进行分析比较。（三）、综合应用对于给出的任意一段语音信号，进行分析处理。1、 读出语音信号，并显示语音信号的时域波形，然后对读出的信号进行FFT变换，得到信号的频谱特性。2、 分析其频谱特性，应用设计的滤波器将主要的频率分量分离出来。3、 回放此语音信号，感觉滤波前后的声音有什么变化三、课程设计流程3.1熟悉MATLAB基本操作，基本语法，以及GUI界面设计中各控件的调用方式。MATLAB是一款功能超强的数学软件，应用于各个行业。而其基本操作却很大众化，操作起来很人性化。其中所附带的GUI面向对象的友好编程方式更便于学术交流和设计开发。 3.2 MATLAB数字信号处理图形界面3.3用MATLAB绘出信号波形global xypopup_sel_index = get(handles.popupmenu2, 'Value');switch popup_sel_index case 1 n0=0;n1=-10;n2=10;n=n1:n2;x=(n-n0)=0;stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('单位抽样序列'); case 2 n=-1:10;n0=2;width=5;x=rectpuls(n-n0,width);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');axis(-1 10 0 2);title('矩形序列'); case 3 n1=0:3;n2=4:7;x1=n1+1;x2=8-n2;n=(-10:0) n1 n2 (7:17);x=zeros(1,11) x1 x2 zeros(1,11);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('三角波序列'); case 4 n1=0:3;n2=4:7;x1=4-n1;x2=n2-3;n=(-10:0) n1 n2 (7:17);x=zeros(1,11) x1 x2 zeros(1,11);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('反三角波序列'); case 5 n=0:15;p=8;q=2;x=exp(-(n-p).2/q);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('Gaussian序列'); case 6 t=1/64;n=0:t:16;phase=0;A=1;arg=2*pi*n-phase;x=A*sin(arg);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('正弦序列'); case 7 t=0.001;n=0:t:0.2;x1=sin(2*62.5*n*pi);x2=exp(-100*n);x=x1.*x2;stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('衰减正弦序列'); case 8f1=20;f2=220;f3=750;n=0:0.5/f3:1;x=sin(2*pi*f1*n)+sin(2*pi*f2*n)+sin(2*pi*f3*n);stem(n,x,'.');xlabel('n');ylabel('x(n)');title('正弦叠加序列'); endxy=x;3.4对信号频谱分析三角波的8点傅里叶变换： 三角波的32点傅里叶变换：对信号N点离散傅里叶变换相当于序列傅里叶变换在频域里的N点采样,所以采样点数越高越能反映信号的频谱。Gaussian序列P=8，Gaussian序列的15点傅里叶变换P=8，Gaussian序列的15点傅里叶变换由图可知，如果N=15，当P=13时，会发生明显的泄漏现象，混叠现象也随之出现。当采样频率fs=300时，衰减正弦序列的频谱图当采样频率fs=3000时，衰减正弦序列的频谱图采样频率为fs=300时，由于采样频率太小，产生频谱混叠显现。当采样频率为1500时,正弦叠加序列的频谱图当采样频率为1500时,正弦叠加序列的频谱图由于正弦叠加序列的频率由2*20、2*220、 2* 750三种频率组成，所以采样频率应大于或等于1500；由于三个正弦序列的周期都为1，所以截取0到1进行傅里叶分析。3.5设计滤波器并对信号滤波 global yglobal fsviir=get(handles.IIR,'Value');vfir=get(handles.FIR,'Value');vbw=get(handles.BW,'Value');vcb=get(handles.CB,'Value');vclass1=get(handles.class1,'Value');vclass2=get(handles.class2,'Value');vclass3=get(handles.class3,'Value');vclass4=get(handles.class4,'Value');vpopupmenu1=get(handles.popupmenu1, 'Value');vp1=str2num(get(handles.p1,'String');vs1=str2num(get(handles.s1,'String');vp2=str2num(get(handles.p2,'String');vs2=str2num(get(handles.s2,'String');vap=str2num(get(handles.ap,'String');vas=str2num(get(handles.as,'String');fs1=str2num(get(handles.Fs,'String');vs=get(handles.checkbox1,'Value');if(viir) if(vs) T=1/fs; else T=1/fs1; end if(vbw) if(vclass1) wp=2/T*tan(vp1*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2); N,wc=buttord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=butter(N,wc,'s'); elseif(vclass2) wp=2/T*tan(vp1*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2); N,wc=buttord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=butter(N,wc,'high','s'); elseif(vclass3) wp=2/T*tan(vp1*pi/2),2/T*tan(vp2*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2),2/T*tan(vs2*pi/2); N,wc=buttord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=butter(N,wc,'s'); else wp=2/T*tan(vp1*pi/2),2/T*tan(vp2*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2),2/T*tan(vs2*pi/2); N,wc=buttord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=butter(N,wc,'stop','s'); end else if(vclass1) wp=2/T*tan(vp1*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=cheby1(N,vap,wc,'s'); elseif(vclass2) wp=2/T*tan(vp1*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=cheby1(N,vap,wc,'high','s'); elseif(vclass3) wp=2/T*tan(vp1*pi/2),2/T*tan(vp2*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2),2/T*tan(vs2*pi/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=cheby1(N,vap,wc,'s'); else wp=2/T*tan(vp1*pi/2),2/T*tan(vp2*pi/2); ws=2/T*tan(vs1*pi/2),2/T*tan(vs2*pi/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,vap,vas,'s'); b,a=cheby1(N,vap,wc,'stop','s'); end end if(vs) bz,az=bilinear(b,a,fs); else bz,az=bilinear(b,a,fs1); end if(vs) x=filter(bz,az,y); X=fft(x,4096); plot(0:length(x)-1,x);title('滤波后的信号波形'); figure; f=(0:4095)/4096; plot(f*2,abs(X); xlabel('w/');ylabel('X|k|'); title('滤波后的频谱'); sound(x,fs); else wk=0:pi/512:pi; hz,w=freqz(bz,az,wk); hz1=ifft(hz); stem(w,hz1,'.');figure; L=length(hz); hx=angle(hz); plot(2*(0:L-1),hx,'.'); xlabel('w/');ylabel('相位');figure; plot(wk/pi,abs(hz); xlabel('w/');ylabel('幅度X|k|');figure; plot(0:L-1)/L,20*log10(abs(hz);grid on; axis(0 1 -100 5); xlabel('w/');ylabel('幅度(db)'); end N wc b a else if(vclass1|vclass2) DB=abs(vs1-vp1); wc=(vp1+vs1)/2; switch vpopupmenu1 case 1 if(vas<=21) N0=ceil(1.8/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,boxcar(N+1); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',boxcar(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('矩形窗的阻带最小衰减小于或等于21','Error'); end case 2 if(vas<=25) N0=ceil(6.1/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,bartlett(N+1); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',bartlett(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('三角窗的阻带最小衰减小于或等于25','Error'); end case 3 if(vas<=44) N0=ceil(6.2/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,hanning(N+1); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',hanning(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('汉宁窗的阻带最小衰减小于或等于44','Error'); end case 4 if(vas<=53) N0=ceil(6.6/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,hamming(N+1); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',hamming(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('哈明窗的阻带最小衰减小于或等于53','Error'); end case 5 if(vas<=74) N0=ceil(11/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,blackman(N+1); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',blackman(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('布莱克曼窗的阻带最小衰减小于或等于74','Error'); end case 6 if(vas<=80) if(vas>50) beta=0.112*(vas-8.7); elseif(vas<=50&vas>=21) beta=0.5842*(vas-21)0.4+0.07886*(vas-21); else beta=0; end N0=ceil(vas-8)/2.285/DB); if(vs1>vp1&vclass1) N=N0; hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,beta); elseif(vs1<vp1&vclass2) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'high',kaiser(N+1,beta); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('凯塞窗的阻带最小衰减小于或等于80','Error'); end end elseif(vclass3|vclass4) DB=abs(vs1-vp1); wc=(vs1+vp1)/2,(vs2+vp2)/2; switch vpopupmenu1 case 1 if(vas<=21) N0=ceil(1.8/DB); if(vs1<vp1&vclass3) N=N0; hn=fir1(N,wc,boxcar(N+1); elseif(vs1>vp1&vclass4) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'stop',boxcar(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('矩形窗的阻带最小衰减小于或等于21','Error'); end case 2 if(vas<=25) N0=ceil(6.1/DB); if(vs1<vp1&vclass3) N=N0; hn=fir1(N,wc,bartlett(N+1); elseif(vs1>vp1&vclass4) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'stop',bartlett(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('三角窗的阻带最小衰减小于或等于25','Error'); end case 3 if(vas<=44) N0=ceil(6.2/DB); if(vs1<vp1&vclass3) N=N0; hn=fir1(N,wc,hanning(N+1); elseif(vs1>vp1&vclass4) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'stop',hanning(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互换','Error'); end else errordlg('汉宁窗的阻带最小衰减小于或等于44','Error'); end case 4 if(vas<=53) N0=ceil(6.6/DB); if(vs1<vp1&vclass3) N=N0; hn=fir1(N,wc,hamming(N+1); elseif(vs1>vp1&vclass4) if(mod(N0+1,2) N=N0; else N=N0+1; end hn=fir1(N,wc,'stop',hamming(N+1); else errordlg('输入错误，将通带截止频率与阻带截止频率互