1、1数字信号处理课程设计指导一、 课程设计的性质与目的数字信号处理课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在数字信号处理课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（
2、FIR）滤波器。二、课程设计题目课程设计题目分为 2 个方向，每班选做方向一的同学约占 2/3,选做方向二的约占 1/3。方向一：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。步骤：1、语音信号采集录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于 10 秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用 Windows 自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。2、语音信号分析使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。3、含噪语音信号合成在
3、MATLAB 软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：（1）白噪声；（2）单频噪色（正弦干扰）；（3）多频噪声（多正弦干扰）；（4）其它干扰，可设置为低频、高频、带限噪声，或 Chirp 干扰、冲激干扰。绘出叠加噪声后的语音信号时域和频谱图，在视觉上与原始语音信号图2形对比，也可通过 Windows 播放软件从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。4、数字滤波器设计及滤波,完成以下题目中的一个给定滤波器的规一化性能指标（参考指标,实际中依据每个同学所叠加噪声情况而定）例如：通带截止频率 wp=0.25*pi, 阻通带截止频率 ws=0.3*pi; 通
4、带最大衰减 Rp=1 dB; 阻带最小衰减 Rs=15 dB，每个题目至少设计出 5 个用不同方法的不同类型滤波器。题目（1）：采用窗函数法与等波纹法分别设计各型 FIR 滤波器（低通、高通、带通、带阻中的至少 3 种类型）来对叠加噪声前后的语音信号进行滤波处理，绘出滤波器的频域响应，绘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；在相同的性能指标下比较各方法的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。题目（2）：采用双线性变换法与脉冲响应不变法，分别利用不同的原型低通滤波器（Butterworth 型与切比雪夫 I 型）来设计各型 IIR 滤波器（低通、高通、带通、
5、带阻中的至少 3 种类型），绘出滤波器的频域响应；并用这些数字滤波器对含噪语音信号分别进行滤波处理，比较不同方法下设计出来的数字滤波器的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。5、回放语音信号对滤波后的语音信号进行回放，感觉滤波前后语音信号的变化。6、设计一个语音信号分析与处理系统界面(选作)利用 MATLAB 的界面设计功能，设计一个 MATLAB 环境下的人机交互界面，完成上述滤波器的设计及滤波过程，要求能够接收输入的设计参数，查看设计结果及滤波结果。方向二：数字滤波器设计及在心电信号滤波中的应用。步骤：1、心电信号采集心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号一般比较微弱，幅度在10V
6、5mV，频率为 0.05100Hz。在心电信号的采集、放大、检测及记录过程中，有来自外界的各种干扰。记录一段时间内的人体心电信号波形，要求长度不小于 10 秒，并对记录的信号进行数字化，保存为数据文件；这里，请同学们使用美国的 MIT/BIH 心电原始数据，由实验老师给出一定长度的的心电原始数据，数据保存在文件“a01.txta10.txt”中，在 MATLAB 中通过如下语句读取：3%从当前路径下的 a01.txt 文件读取心电原始数据到变量 a01 中，a01 为二维数据，第一列%为心电信号时间，第二列为心电信号幅度。load (a01.txt); 2、心电信号分析使用MATLAB绘出数字
7、化后的心电信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明心电信号的基本特征。3、含噪心电信号合成在 MATLAB 软件平台下，给原始的心电信号叠加上噪声或干扰，干扰类型分为如下几种：（1）白噪声；（2）工频干扰（50Hz）；（3）谐波干扰（二次、三次谐波为主，分别为 100Hz、150Hz）；（4）其它干扰，可设置为低频、高频、带限噪声，或冲激干扰。绘出叠加噪声后的心电信号时域和频谱图，在视觉上与原始心电信号图形对比，绘出其时域波形差，分析频域基本特征变化。4、数字滤波器设计及滤波,完成以下题目中的一个给定滤波器的规一化性能指标（参考指标,实际中依据每个同学所叠加噪声情况而定）例如：通带
8、截止频率 wp=0.25*pi, 阻通带截止频率 ws=0.3*pi; 通带最大衰减 Rp=1 dB; 阻带最小衰减 Rs=15 dB，每个题目至少设计出 5 个用不同方法的不同类型滤波器。题目（1）：采用窗函数法与等波纹法分别设计各型 FIR 滤波器（低通、高通、带通、带阻中的至少 3 种类型）来对叠加干扰前后的心电信号进行滤波处理，绘出滤波器的频域响应，绘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；在相同的性能指标下比较各方法的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。题目（2）：采用双线性变换法与脉冲响应不变法，分别利用不同的原型低通滤波器（Butterwor
9、th 型与切比雪夫 I 型）来设计各型 IIR 滤波器（低通、高通、带通、带阻中的至少 3 种类型），绘出滤波器的频域响应；并用这些数字滤波器对含噪心电信号分别进行滤波处理，比较不同方法下设计出来的数字滤波器的滤波效果，并从理论上进行分析（或解释）。5、心电信号波形观察、频谱观察对滤波后的心电信号观察其时域、频域特征变化。绘出滤波后、滤波前、加噪后三个心电信号的差值波形，观察相互间的差异性；同时，分析频谱变化。学生也可选用持续时间更长的心电原始数据，加上干扰后按上述要求设计滤波器。4三、课程设计要求1、在一周内学生须上机 16 小时以上，程序调试完后，须由指导老师在机器上检查运行结果，经教师认
10、可后的源程序可通过打印机输出，并请教师在程序清单上签字。2、课程设计报告内容和格式：设计题目，设计的详细步骤，设计过程中的结果、图形等，设计总结。3、每组每人必须独立完成，成绩的考核按设计结果、答辩成绩及课程设计报告来综合评定。成绩分为优、良、中、及格、不及格五级分评定。4、指导教师：张细政 等。四、设计进度安排通信工程 1081:1 周周一下午，E-412,布置课程设计任务，学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；1 周周二下午，E-412,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；1 周周三下午，E-412,学生上机，按任务要求进行课程设计；分组选题；1 周周四下午，E-412,学生任务完成，答辩并提交课程设计报告。
