1、 武漢工程大學 數字信號處理課程名稱： 數字信號處理課程設計 專業班級： 學生學號： 學生姓名： 指導教師： 1.基于MATLAB的語音信號分析與處理1.課程設計目的綜合運用數字信號處理的理論知識進行頻譜分析和濾波器設計，通過理論推導得出相應結論，再利用MATLAB作為編程工具進行計算機實現，從而加深對所學知識的理解，建立概念。2.課程設計基本要求 學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法； 掌握在Windows環境下語音信號采集的方法； 掌握數字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法； 掌握MATLAB設計FIR和IIR數字濾波器的方法； 學會用MATLAB對信號進行分析和處理

2、。 3.課程設計內容 錄制一段自己的語音信號，并對錄制的信號進行采樣；畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標，采用窗函數法或雙線性變換設計濾波器，并畫出濾波器的頻率響應；然后用自己設計的濾波器對采集的語音信號進行濾波，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化；回放語音信號；最后，用MATLAB設計一信號處理系統界面。 4.課程設計實現（1）語音信號的采集 利用windows下的錄音機或其他軟件，錄制一段自己的話音，時間控制在1秒左右。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數wavread對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數。通過wavr

3、ead函數的使用，要求理解采樣頻率、采樣位數等概念。 wavread函數調用格式： y=wavread(file)，讀取file所規定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。 y,fs,nbits=wavread(file)，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率（Hz），nbits表示采樣位數。 y=wavread(file,N)，讀取前N點的采樣值放在向量y中。 y=wavread(file,N1,N2)，讀取從N1點到N2點的采樣值放在向量y中。 （2）語音信號的頻譜分析 要求首先畫出語音信號的時域波形；然后對語音信號進行頻譜分析，在MATLAB中，可以利用函數fft對信號進行快速付立葉變換

4、，得到信號的頻譜特性；從而加深對頻譜特性的理解。 其程序如下： Fs=2021 0;bits=16;T=1;ts=1/Fs;N=38; x,Fs,bits=wavread('sent.wav'); x=x(:,1); m=length(x);sound(x,Fs,bits); y=fft(x,m); %對錄制的信號進行傅立葉變換 f=(Fs/m)*1:m;t=1:m/Fs; subplot(211);plot(t,x);title('原始信號波形');xlabel('時間'); subplot(212);plot(f,abs(y); title(

5、'原始信號頻譜');xlabel('頻率');圖1.1 原始信號的時域圖與頻域圖（3）設計數字濾波器和畫出頻率響應根據語音信號的特點給出有關濾波器的性能指標：低通濾波器性能指標，fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；高通濾波器性能指標，fc=4800 Hz，fp=5000 Hz As=100dB，Ap=1dB；帶通濾波器性能指標，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。要求首先用窗函數法設計上面要求的三種濾波器，在MATLAB中，可以利用

6、函數fir1設計FIR濾波器；然后在用雙線性變換法設計上面要求的三種濾波器，在MATLAB中，可以利用函數butte、cheby1和ellip設計IIR濾波器；最后，利用MATLAB中的函數freqz畫出各濾波器的頻率響應。（4）用濾波器對信號進行濾波 比較兩種濾波器的性能，然后用性能好的各濾波器分別對采集的信號進行濾波，在MATLAB中，FIR濾波器利用函數fftfilt對信號進行濾波，IIR濾波器利用函數filter對信號進行濾波。 （5）比較濾波前后語音信號的波形及頻譜 要求在一個窗口同時畫出濾波前后的波形及頻譜。其程序如下：noise1=0.01*sin(2*pi*10000*t);

7、%高頻噪聲noise2=0.01*sin(2*pi*100*t); %低頻噪聲fp1=1000;fs1=3000;wp1=2*pi*fp1/Fs;ws1=2*pi*fs1/Fs;X1=x+noise1' %加了高頻噪聲的信號sound(X1,Fs,bits); %回放噪聲信號Y11=fft(X1,m); %對加了高頻噪聲的信號進行傅立葉變換figure;subplot(321);plot(t,X1);title('加了高頻噪聲的信號時域圖');xlabel('時間');subplot(322);plot(f,abs(Y11);title('加了高

8、頻噪聲的信號頻譜圖');xlabel('頻率');wc1=(wp1+ws1)/2;b1=fir1(N,wc1,kaiser(N+1); %調用kaiser計算低通FIRDF的b1（n）hn1w1=freqz(b1,1,512);subplot(323);plot(w1/pi,20*log10(abs(hn1);title('低通濾波器幅頻');xlabel('w');subplot(324);plot(w1/pi,unwrap(angle(hn1);title('低通濾波器相頻');xlabel('w');

9、x1get=filter(b1,1,X1);Y1get=fft(x1get,m);sound(x1get,Fs,bits);subplot(325);plot(t,x1get);title('加了高頻噪聲的信號濾波后時域圖');xlabel('time(s)');subplot(326);plot(f,abs(Y1get);title('加了高頻噪聲的信號濾波后頻譜圖');xlabel('frequency(hz)');圖1.2 低通濾波部分運行結果圖由噪聲信號和濾波后的信號的時域圖和頻譜圖可看出噪聲信號（高頻部分）中的噪聲成分已

10、成功的去除，因而設計成功由濾波器的幅頻和相頻圖可看出濾波器的設計也符合要求。fp2=1000;fs2=800;wp2=2*fp2/Fs;ws2=2*fs2/Fs;X2=x+noise2' %加了低頻噪聲的信號sound(X2,Fs,bits); %回放噪聲信號Y21=fft(X2,m); %對加了低頻噪聲的信號進行傅立葉變換figure; subplot(321);plot(t,X2);title('加了低頻噪聲的信號時域圖');xlabel('time(s)'); subplot(322);plot(f,abs(Y21);title('加了低頻

11、噪聲的信號頻譜圖');xlabel('frequency(hz)');wc2=(wp2+ws2)/2;b2=fir1(N,wc2,'high',kaiser(N+1);%調用kaiser計算高通FIRDF的b2（n）hn2 w2=freqz(b2,1,512);subplot(323);plot(w2/pi,20*log10(abs(hn2);title('高通濾波器幅頻');xlabel('w');subplot(324);plot(w2/pi,unwrap(angle(hn2);title('高通濾波器相頻&#

12、39;);xlabel('w');x2get=filter(b2,1,X2);Y2get=fft(x2get,m);sound(x2get,Fs,bits);subplot(325);plot(t,x2get);title('加了低頻噪聲的信號濾波后時域圖');xlabel('時間');subplot(326);plot(f,abs(Y2get);title('加了低頻噪聲的信號濾波后頻譜圖');xlabel('頻率');圖1.3 高通濾波部分運行結果圖由噪聲信號和濾波后的信號的時域圖和頻譜圖可看出噪聲信號（高頻部

13、分）中的噪聲成分已成功的去除，因而設計成功由濾波器的幅頻和相頻圖可看出濾波器的設計也符合要求。（6）回放語音信號 在MATLAB中，函數sound可以對聲音進行回放。其調用格式： sound(x,fs,bits)； 可以感覺濾波前后的聲音有變化。（7）設計系統界面 為了使編制的程序操作方便，對于有能力的學生，可以利用MATLAB進行圖形用戶界面的設計。在所設計的系統界面上可以選擇濾波器的類型，輸入濾波器的參數，顯示濾波器的頻率響應，選擇信號等。 2.使用FFT任意三個同頻帶信號的頻分復用1.課程設計的目的 綜合運用數字信號處理的理論知識進行頻譜分析和濾波器設計，通過理論推導得出相應結論，再利用

14、MATLAB作為編程工具進行計算機實現，從而加深對所學知識的理解，建立概念。2.課程設計的基本要求（1）熟悉離散信號和系統的時域特性。（2）掌握數字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法。（3）掌握序列傅里葉變換的計算機實現方法，利用序列傅里葉變換對離散信號和系統響應進行頻域分析。（4）學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法。（5）掌握MATLAB設計FIR和IIR數字濾波器的方法。3.課程設計內容 選擇3個不同信號進行頻譜分析，根據信號的頻譜特征設計3個不同的數字濾波器，將三路信號合成一路信號，分析合成信號的時域特點和頻域特點，然后將合成信號分別通過設計好的3個數字濾波器，分

15、離原來的三路信號，分析得到的三路信號的時域波形和頻譜，與原始信號進行對比說明頻分復用的特點。4.課程設計實現步驟（1)產生三路信號 利用MATLAB語言產生三個不同頻段的信號。t=-1:0.001:1;n=1:256;N=512;fs=1000;x1=sin(100*pi*t);f1=n*fs/N;figure(1);subplot(3,1,1)plot(x1);title('x1');xlabel('時間');ylabel('幅值');axis(0,100,-1.2,1.2)x2=sin(300*pi*t);subplot(3,1,2)plot

16、(x2);title('x2');xlabel('時間）');ylabel('幅值');axis(0,100,-1.2,1.2)x3=sin(500*pi*t);subplot(3,1,3)title('x3');xlabel('時間');ylabel('幅值');axis(0,100,-1.2,1.2);（2)對三路信號進行頻譜分析 畫出三路信號的時域波形；然后對信號進行頻譜分析，在MATLAB中，可以利用函數fft對信號進行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性。y1=fft(x1,512);fig

17、ure(2);subplot(3,1,1)plot(f1,abs(y1(1:256);title('x1的頻域波形');xlabel('x1的頻率（Hz）');ylabel('x1的幅值');axis(0,500,0,300)y2=fft(x2,512);subplot(3,1,2)plot(f1,abs(y2(1:256);title('x2的頻域波形');xlabel('x2的頻率（Hz）');ylabel('x2的幅值');axis(0,500,0,300)y3=fft(x3,512);sub

18、plot(3,1,3)plot(f1,abs(y3(1:256);title('x3的頻域波形');xlabel('x3的頻率（Hz）');ylabel('x3的幅值');axis(0,500,0,300)(3)設計數字濾波器并畫出頻率響應 根據三路信號的頻譜特點得到性能指標，由性能指標設計三個數字濾波器。在MATLAB中，利用函firl設計FIR濾波器，利用函數butte、chebyl和ellip設計IIR濾波器；最后，利用MATLAB中的函數freqz畫出各濾波器的頻率響應。fs1=1000;wpz=2*50*pi/fs1;wsz=2*60*

19、pi/fs1;rp1=1;rs1=20;Nd,wdc=buttord(wpz,wsz,rp1,rs1);Bdz,Adz=butter(Nd,wdc);h1,f1=freqz(Bdz,Adz,512,fs1);figure(7)plot(f1,abs(h1);grid onxlabel('hz');ylabel('db');title('巴特沃茲低通濾波器的頻率特性');fs2=2021 ;Rp2=1;Rs2=40;wp1=2*100*pi/fs2;wp2=2*300*pi/fs2;ws1=2*60*pi/fs2;ws2=2*500*pi/fs2;

20、Wp=wp1/pi,wp2/pi;Ws=ws1/pi,ws2/pi;N,Wn=cheb1ord(Wp,Ws,Rp2,Rs2);B,A=cheby1(N,Rp2,Wn);h2,f2=freqz(B,A,512,fs2);figure(8)plot(f2,abs(h2);grid onxlabel('hz');ylabel('db');title('切比雪夫帶通濾波器的頻率特性');axis(0,600,0,1.1);fp1=450;fpu=700;fs1=350;fsu=800;fs=2021 ;wp3=2*fp1/fs,2*fpu/fs;ws3=

21、2*fs1/fs,2*fsu/fs;rp3=1;rs3=30;N3,wpo3=ellipord(wp3,ws3,rp3,rs3);Be,Ae=ellip(N3,rp3,rs3,wpo3); h3,f3=freqz(Be,Ae,512,fs);figure(9)plot(f3,abs(h3);grid onxlabel('hz'),ylabel('db');title('橢圓帶通濾波器的頻率特性');axis(0,1000,0,1.1);(4)信號合成 將三路信號疊加為一路信號。x=x1+x2+x3;figure( 3) subplot(211);

22、plot(x(1:100);title('三個信號疊加的時域波形 ');y=fft(x,512);subplot(212);plot(f1,abs(y(1:256);title('三個信號疊加的頻譜 ');axis(0,600,0,250) ;(5)用濾波器對信號進行濾波 要求學生用自己設計的濾波器對采集的信號進行濾波。在MATLAB中，FIR濾波器利用函數fftfilt對信號進行濾波，IIR濾波器利用函數filter對信號進行濾波。y1=filter(Bdz,Adz,x);figure(4)plot(y1(1:256);title('濾波后x1的時域波

23、形');axis(0,100,-2,2)y2=filter(B,A,x);figure(5)plot(512*t,y2);title('濾波后x2的時域波形');axis(0,100,-2,2)y3=filter(Be,Ae,x);figure(6)plot(y3);title('濾波后x3的時域波形');axis(0,100,-1,1)(6)分析得到信號的頻譜對得到的信號進行fft快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，與原始信號進行比較并畫出信號的時域波形和頻譜。Y1=fft(y1,512);f1=1000*(0:256)/512;plot(f1,abs

24、(Y1(1:257);title('濾波后x1的頻譜波形');axis(0,250,0,250)Y2=fft(y2,512);f2=1000*(0:256)/512;plot(f2,abs(Y2(1:257);title('濾波后x2的頻譜波形');axis(0,250,0,250)Y3=fft(y3,512);f3=1000*(0:256)/512;plot(f3,abs(Y3(1:257);title('濾波后x3的頻譜波形');axis(0,500,0,300)關于此次數字信號處理實驗的心得體會以及收獲感想 教師見習報告總結期待已久的見習已

25、經結束了，在龍巖三中高中部見習聽課，雖然只是短短的兩個星期，但感觸還是蠻深的，以前作為一名學生坐在課室聽課，和現在作為一名準教師坐在課室聽課是完全不同的感受，感覺自己學到了一些在平時課堂上學不到的東西。在這里，我獲得的不僅是經驗上的收獲，更多是教學管理，課堂教學等的理念，以及他們帶給我的種種思考。教育見習實踐過程：聽課。教育見習的主要目的是讓學生在指導教師的引導下，觀摩教師上課方法、技巧等。聽課是教育見習的主要內容。我院規定在一周的見習中需完成至少6課的見習任務。我在教師的安排指導下，分別對高一、高二物理專業課型為主，其他課型齊頭的方式，積極主動的完成了聽課任務，收到良好的效果。我聽的第一節課

26、是高二（8）班，這是一個平衡班，水平不如實驗班高。在上課前。科任老師已經跟我說了這個班的紀律是比較差的，而且成績也不是很好。在我聽課期間，確實有幾個學生在課堂上說話，但是我發現了一個有趣的現象，這個現象我在往后的幾個班都發現了，就是絕大部分的學生的學習熱情都好高漲，積極舉手發言，積極參與課堂活動。我跟老師們提起這個現象的時候，科任老師就跟我說，一個班里不可能所有的學生都能全神貫注地聽完一節課，所以作為一名教師，應該想辦法吸引學生的注意力，調動的積極性，比如可以以小組為單位，以搶答計分的形式調動學生的積極性，這樣課堂氣氛就會活躍起來了。在為期兩周的見習工作中，我真的有很大的感觸，我第一次感受到自

27、己已經從一名學生向一名教師靠近，走在校園里，每當有學生叫我一聲老師，我在感到無比自豪的同時，還感受到了自己的責任。見習工作結束了，我要回到學校繼續我的學習了，但是我會好好記住我從*中學學到的一切，并應用于我的專業學習中去。一、教學管理理念 在龍巖三中，從領導階層到一位普通的科任老師，都秉承以學生為主體的宗旨進行學校的管理，進行教學工作的開展。作為一個課程改革的示范學校，一個教育實驗基地。這所學校鼓勵著老師做各種研究，各種改革。每個班主任都有著自己的管理經驗與管理宗旨。有了這種思想的自由，自然這里也就充滿著探索與嘗試，從而有所創造與進步。在我見習的班集體中，班主任對他的學生說：“我要讓

28、你們成為學習型的管理者，也是管理型的學習者。”這樣一句簡單的話，讓我感到這里老師進行班級管理的良苦用心。他們關心的不只是學生的學習，更多的是從一個完整的人的概念出發，去培養學生多方面的素質。二、教學理念 在見習期間，借著錄課的機會，我聽了很多的市級，校級的公開棵，還有理科實驗班的課。在這些課堂上，讓我看到教學改革正在悄然進行，有意識的老師正在努力體會“以學生為主體”的課堂模式。學生的創造也逐步成為教師追求的教學效果。其次，這里的老師也都在適應著多媒體教學，信息化教學，使得課堂更加生動，資源更加豐富，學生獲取學習資源的渠道也就更多。盡管，這種教學理念、教學模式的推廣仍然有很長的路，但似乎也并不遙遠，相信，這股改革的浪潮會給教育領域帶來很大的沖擊。 三、實際工作經驗 在上面，是我在這所學校感受最深刻，也是認為最有意義的收獲。實際工作經驗上，由于在指導老師的指導下，也獲取了許多。&#