长 沙 理 工 大 学 城 南 学 院
课程设计（论文）任务书
课程： 数 字 信 号 处 理
题目： 语音信号的数字滤波处理(二) ——巴特沃斯（Bartlett窗）滤波器
电气与信息工程 系 电子信息工程 专业 班 任务起止日期： 2014 年 6 月 23 日至 2014 年 6 月 27 日
学 生 姓 名 学号______________ 指 导 教 师 席燕辉 黄亚飞
教 研室主任 年 月 日审查
院长(系主任) __ 年 月 日批准
课题内容及要求： 一 设计内容 第一部分：预习题 （1）设计卷积运算的演示程序： ① 可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，指定x1(n)为自己的学号,例如x1(n)={2,0,0,7,8,4,2,5,0,1,2,3}。 x2(n)的内容和长度自选。例如x2(n)={ 1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000}。 ② 分别动态演示两个序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)和圆周卷积x1(n)⊙x2 (n)的过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程； ③ 圆周卷积默认使用两个序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N用以进行混叠分析； ④ 改变圆周卷积长度N，根据实验结果分析2类卷积的关系。 ⑤ 在计算机操作系统下选一段声音文件(XP系统在“C:\\WINDOWS\\Media”)，读取文件取10ms的声音数据产生时域序列x1(n),序列内容自定义。利用x2(n)= {1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1}。利用FFT实现快速卷积，验证时域卷积定理，并与直接卷积进行效率对比（验证时采用matlab子函数）。 （2）编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc时，产生的混叠效应： ① 对下面连续信号进行采样： xa(t)Aeatsin(0t)u(t),An，a0n2,n学号，A为幅度因子，a为衰减因子，0为模拟角频率，其中n为学号(例如，王墨同学n=23) ② 要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。 第二部分：设计题 （3）数字滤波器设计及其应用 ① ② ③ ④ ⑤ 利用Windows下的录音机或其他软件，进行语音信号的采集（*.wav）； 语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图； 产生噪声信号并加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号； 污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱； 根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个IIR滤波器） a. 模拟滤波器类型：巴特沃思滤波器（低通、带通、高通） b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标 ⑥ 根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个FIR滤波器） a. 滤波器类型：Bartlett窗（低通、带通、高通） b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数 ⑦ 用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波；
⑧ 分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化； ⑨ 回放语音信号。 二、设计提示 1．语音信号的采集 要求利用windows下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000Hz，8位，单声道）录制一段自己的话音，或者采用Windows自带的声音文件（默认为22050Hz），时间控制在几秒左右。然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过wavread函数的使用，要求理解采样频率、采样位数等概念。 wavread函数调用格式： y=wavread(file)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits表示采样位数。 y=wavread(file,N)，读取前N点的采样值放在向量y中。 y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。 2．语音信号的频谱分析 要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。 3．设计数字滤波器和画出频率响应 根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标，例如：1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz，As=100dB，Ap=1dB；3）带通滤波器性能指标，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。 4.回放语音信号 在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。 三、设计思考 1．双线性变换法中Ω和ω之间的关系是非线性的，在设计中你注意到这种非线性关系了吗？从哪几种数字滤波器的幅频特性曲线中可以观察到这种非线性关系？ 2．能否利用公式完成脉冲响应不变法的数字滤波器设计？为什么？ 四、设计要求： 1. 掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。 2. 熟悉离散信号和系统的时域特性。 3. 掌握序列快速傅里叶变换方法。 4. 学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。 5. 掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。 6. 掌握滤波器的网络结构。
7.掌握MATLAB设计IIR、FIR数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。 三、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%。 课题完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）： 1、 课程设计的任务书 2、 课程设计报告 （1） 本课程设计目的 （2） 设计基本原理(可按滤波器种类分别叙述) （3） 设计的步骤和过程(可按滤波器种类分别叙述) （4） 设计程序的调试和运行结果(可按滤波器种类分别叙述，注意图文并茂) （5） 课程设计的思考与体会 （6） 参考文献 3、 附录 MATLAB程序代码； 主要参考文献：（由指导老师选定） （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）《数字信号处理试验指导书》王创新、文卉编 长沙理工大学印刷（内部使用） （3）《数字信号处理及其MATLAB实现》，陈怀琛等译，电子工业出版社； （4）《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。 （5）《数字信号处理》A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著，北京：科学出版社 （6）《数字信号处理——理论、算法与实现（第二版）》胡广书编著，北京：电子工业出版社 同组设计者： 注：1、此任务书应由指导教师填写。 2、此任务书必须在课程设计开始前下达给学生。
学生送交成果日期 学 生 签 名
