数字信号处理--综合实验

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1、一、语音数字滤波系统设计1.原理实验中所需理论包括采样定理、时域信号的FFT分析及数字滤波器设计原理和方法采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于等于信号最高截止频率的2倍时，即：，则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高截止频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。2.任务试编制一MATLAB或LabVIEW程序，实现语音数字滤波系统的用户界面设计，在所设计的系统界面上完成的功能包括：（1）对于任意的语音信号进行采样并对加入加性噪声的信号作频谱分析；（2）通过频谱分析选择合适的滤波器性能指标，设计合适的数字滤波器，并对含噪音的

2、语音信号进行数字滤波，得出滤波器的时域波形和频谱；（3）对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号，对滤波前后的声音进行比较。3.思考题（1）试分析各种不同类型滤波器的性能。（2）试分析语音信号中的低频、中频和高频成分的特点及适合采用的滤波器类型。一、音频信号处理系统设计1.原理实验中所需理论包括采样定理（可参照语音数字滤波系统设计）、时域信号的FFT分析、AM调制解调原理及IIR巴特沃斯滤波器和FIR窗函数法滤波器设计原理和方法。调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号；解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。

3、幅度调制（AM）是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。假设调制信号的平均值为0，将其叠加一个直流偏量后与载波相乘即可形成调幅信号。其时域表示式为式中：为载波信号；为外加的直流分量；可以是确知信号，也可以是随机信号。2.任务试编制MATLAB或LabVIEW程序，实现音频信号处理系统的GUI用户界面设计，在所设计的系统界面上完成的功能包括以下各个实验的输出波形和频谱：（1）利用Windows下的录音机设备录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号，观察音乐信号的音谱和频谱（要求时间不超过5s，文件格式为wav格式）；（2）观察音乐信号频率上限，选择适当的抽

4、取间隔对信号进行采样，给出采样后音乐信号的波形和频谱，并解释现象（要求是代表混叠和非混叠的两种采样间隔）；（3）观察音乐信号频率上限，选择适当两种高、低频率对信号进行幅度调制（AM）；（4）设计IIR巴特沃斯滤波器和窗函数法的FIR滤波器，并实现同步解调，并给出输出波形和解释现象；（5）对音乐信号叠加噪声，观察噪声信号的频谱及加噪后音乐信号的音谱及频谱，并设计合适的滤波器去噪，观察去噪后的音谱和频谱；3.思考题1.试分析IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的性能比较。2.试分析音乐信号的幅度与相位特征对信号有哪些影响？三、数字音效处理器的设计1.目标1．掌握Matlab的基本编程语句；2.掌握在

5、Windows环境下音频信号的采集方法；3.掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法；4.掌握Matlab处理数字信号、进行频谱分析、设计数字滤波器的编程方法。2.任务1.要求利用Windows下的录音机,录制一段自己的话音,时间在5s内，存为*.WAV的文件。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。2.对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，分析基频。3.设计数字滤波器，各滤波器的性能指标为：(1)低通滤波器性能指标fb＝1000Hz,fc＝1200Hz,As＝100dB,Ap＝1dB。(2)高通滤波器性能指标fc＝480

6、0Hz,fb＝5000HzAs＝100dB,Ap＝1dB。(3)带通滤波器性能指标fb1＝1200Hz,fb2＝3000Hz,fc1＝1000Hz,fc2＝3200Hz,As＝100dB,Ap＝1dB4.用滤波器对信号进行滤波，观察比较滤波前后语音信号的波形及频谱。5.实现对声音信号放大和衰减及对录音内容倒播放功能，观察语音信号的波形及频谱。6.实现混音和回音的音效效果，观察语音信号的波形及频谱。7.实现男女变声音效效果，观察语音信号的波形及频谱。8.设计系统的用户界面（GUI）。3.思考题1.试用MATLAB编写男人、女人、老人和小孩的之间相互变声程序？2.试分析音频信号的幅度与相位特征对信

7、号有哪些影响？四、频谱分析仪设计实验要求:设计一种基于MATLABGUI的频谱分析仪，实现输入信号频谱分析的功能。通过其GUI界面操作，对信号进行分析处理。通过时域分析可以看到输入信号的波形以及该信号的某些特征值，如频率、幅值、相位、周期等，通过频域分析可以得到一维和二维信号的频谱特性。参考：五、数字电子琴设计实验要求:设计一种基于MATLABGUI或是Labview是数字电子琴。利用琴键的发声原