1、数字信号处理课程设计大纲课程编号: 07050033课程名称：数字信号处理课程设计 英文名称：Digital Signal Processing课程类型: 专业任选课学 时：12 学时学 分：0.5 学分适用对象: 通信工程先修课程：高等数学、工程数学、复变函数、信号与系统一、课程设计的性质及目的（一）课程设计性质：数字信号处理课程设计是在介绍典型的 DSP处理器 TMS320C54X的硬件系统、软件系统以及开发环境的基础上，通过逐步深入的方法，分次利用 DSP系统资源（CPU、ADC、DAChshund、DMA 等） ，实现信号实时分析与处理，以提高学生开发应用 DSP系统的能力。（二）课程
2、设计的目的：1、使学生进一步掌握数字信号处理课程的基本理论、基本方法和基本技术。2、使学生增进对 MATLAB的认识，利用 MATLAB加深对理论知识的理解。3、使学生了解和掌握使用 MATLAB的应用过程和方法，为以后的设计打下良好基础。2课程设计的说明及要求1、课程设计选题方面，学生可以从老师的命题中任选一题进行课程设计；也可自已命题，但必须要经过指导教师审查同意后方可进行设计。 2、课程设计要求学生写出详细的设计报告，包括设计源程序及设计结果和数据波形等内容。3、要求学生能熟练掌握 MATLAB软件的使用方法。 4、要求学生能独立写出文理通顺的、有理论根据的、实事求是的、科学严谨的课程设
3、计报告。三、课程设计的选题内容设计题一：IIR 数字滤波器设计及 MATLAB实现1. IIR（无限脉冲响应）模拟滤波器设计 （1）模拟低通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个模拟低通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标 （2）模拟高通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个模拟高通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标
4、 （3）模拟带通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个模拟带通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标 （4）模拟带阻滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个模拟带阻滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 2.IIR（无限脉冲响应）数字滤波器设计 （1）IIR 数字低通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个数字低通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特
5、沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标 （2）IIR 数字高通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个数字高通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标 （3）IIR 数字带通滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个数字带通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术
6、指标 （4）IIR 数字带阻滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个数字带阻滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等） 。 设计题二：FIR 数字滤波器设计及 MATLAB实现FIR（有限脉冲响应）数字滤波器设计 （1）基于矩形窗的 FIR滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个基于矩形窗的 FIR滤波器。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标+窗函数 技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数 N （2）基于汉宁窗（升余弦窗）的 FIR滤波器设计 设计要求：用 Matlab
7、根据技术指标设计一个基于汉宁窗的 FIR滤波器。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标+窗函数 技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数 N （3）基于汉明窗（改进的升余弦窗）的 FIR滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个基于汉明窗的 FIR滤波器。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形+技术指标+窗函数 技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数 N （4）基于布莱克曼窗（三阶升余弦窗）的 FIR滤波器设计 设计要求：用 Matlab根据技术指标设计一个基于布莱克曼窗的 FIR滤波器。 总体要求：Matlab 原程序+仿真波形
8、+技术指标+窗函数 技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数 N 设计题目三: 语音信号的处理与滤波（一）1熟悉并掌握 MATLAB中有关声音（wave）录制、播放、存储和读取的函数。2在 MATLAB环境中，使用声音相关函数录制 2秒左右自己的声音，抽样率是8000Hz/s。 （考虑如何解决一个实际问题：录制刚开始时，常会出现实际发出声音落后录制动作半拍的现象，如何排除对这些无效点的采样？）3分别取 8000个和 16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因。4针对电话信道（最高 3500Hz） ，设计一个 FIR或 IIR滤波器进行滤波，把抽样率转变
9、为 7000Hz/s，并进行频谱分析，得到幅度和相位谱。5把处理后的所有数据储存为声音文件，与原始声音进行比较。设计题目四：语音信号的处理与滤波（二）内容：录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换法设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，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；回放语音信号；换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，分析两段内容相同的语音信号频谱之间有什么特点；再录制一段同样长时间的背景噪声叠加到你的语音信
10、号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适的滤波器，能够把该噪声滤除；最后，设计一个信号处理系统界面。 设计题目五：编程实现任意确定信号的频谱分析算法。（1）对给定的 CEG和弦音音频文件取合适长度的采样记录点，然后进行频谱分析（信号的时域及幅频特性曲线要画出） 。（2）分析 CEG和弦音频谱特点，对该信号频谱能量相对较为集中的频带（分低、中、高频）实现滤波（分别使用低通，带通及高通） ，显示滤波后信号的时域和频域曲线，并对滤波后的信号与原信号的音频进行声音回放比较。（3）在低、中、高三个频带中，各滤出三个能量最集中的频簇，显示滤波后信号的时域和频域曲线。（4）任意选择几个滤出的频带（或频
11、簇）进行时域信号重建（合成） ，与原信号的音频进行声音回放比较。设计题目六：语音信号的采集与处理1、语音信号的采集 利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1s内，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、语音信号的频谱分析 在Matlab中，可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，要求学生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。3、设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标； 给定滤波器的性能指标如下： （1）低通滤波器的性能指标：fb=1000Hz,fc=1200Hz
12、,As=100dB,Ap=1dB. (2 )高通滤波器的性能指标：fc=4800Hz,fb=5000Hz,As=100dB,Ap=1dB. (3)带通滤波器的性能指标：fb1=1200Hz, fb2=3000Hz,fc1=1000Hz, fc2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB. 采用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的3种滤波器，并画出滤波器的频率响应； 4、用滤波器对信号进行滤波，然后用自己设计的滤波器对采集到的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形及频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化； 5、回放语音信号，分析滤波前后的语音变化； 6、设计系统界面 为了使编制的程
13、序操作方便，设计处理系统的用户界面，在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数、显示滤波器的频率响应，选择信号等。设计题目七：简易FFT分析仪设计一个20Hz20KHz范围内的频谱分析仪（用电脑声卡） ； 要求：实时显示时域信号，能对信号进行放大缩小，存储等，其它功能自由发挥；实时显示频谱信号；采用常见的低通、高通、带通、带阻（50hz）滤波器对该范围内的信号进行滤波，例如阶数可调，带宽可调，功能可自由发挥； 设计题目八：数字调音台 请任选一首你喜爱的歌曲（最好歌曲可以通过菜单选择） ，采用已经学过的信号处理知识，设计高通、带通、低通、带阻几种滤波器，对其进行数字信号滤波，观察
14、信号的变化；实时显示处理前的信号频谱，和处理后的信号频谱；通过扬声器播放处理过的信号，听信号有什么变化；解释为什么电话中唱歌，不好听？设计题目九：数字听诊器信号分析 目前大夫主要以听诊器倾听病人的气管、肺部区域的声音，对病人的疾病进行判断；请设计一个听诊的软件，要求如下： 可记录病人的姓名、年龄、性别、病史、不同疾病部位等状况； 对病人的气管、肺部等区域的声音进行采集、分析、存储（前端听诊部分不用考虑，只考虑数据采集部分） ； 可分析不同声音分量的大小，给出频谱图，以及主要频率的幅度，便于大夫分析和验证； 由于采集到的信号经常存在某些干扰信号，比如心脏的震动，请设计低通、带通、带阻滤波器对信号
15、处理，方便医生进行使用； 题目六：语音信号增强 某电视台记者进行暗访，由于录音设备小，藏在隐蔽部位，由于被访人距离录取设备的远近不同，造成一段声音信号中不同人的声音大小不同，所录声音随不同被访人的说话时间忽大忽小，请采取一定的措施，将其调整到基本一致的状态； 通过同一声音录取装置录取不同远近的不同人的声音，使声音片断时大时小（至少要两人） ； 对不同被访人的声音特征进行识别（盲源信号分离或者根据不同说话人的语音信号的频谱特性进行区别） ，据此来区别不同说话者，对其语音进行分别增强； 要求用matlab做出界面，能够对信号时域波形及频域特性进行观察。设计题目十：语音信号变声处理系统 电视台经常针
16、对某些事件的知情者进行采访，为了保护知情者，经常改变说话人的声音，请利用所学的知识，将其实现。要求处理后的语音信号基本不影响正常收听与理解；对处理参数能够通过matlab界面进行调节，以对比不同处理结果。设计题目十一：语音信号的数字水印技术 在保密数据传递等应用中，有时采用将一句话或一段文字或一段音乐隐藏在另一段音乐中，然后利用专门的算法来提取所传的信息，这种方法也称为 数字水印技术。 这种方法的好处是信息隐藏在极为平常的声音或其它媒介中，不易被察觉。（1）利用语音获取设备获取需要传送的保密语音信号； （2）选择用于传输保密语音信号的普通声音载体，可以是广为流传的歌曲、音乐或其他声音文件； （
17、3）采用数字水印技术进行信息处理，这个处理过程可以选用多种方式，可查阅参考相应文献，最简单的办法就是将需要传送的语音信号的每一个比特分别加入到载体信号每一个采样的最低位，这样对载体信号的影响最小，保密信息也可以被简单的提取。同时也可以考虑在频域对其进行处理； （4）对加入水印信息的文件及未加之前文件的频域及时域信号进行对比，分析其影响； （5） 对加入水印信息的文件进行各种滤波处理，然后再对其进行水印提取，观察其结果； （6）编制用户界面。 设计题目十二：语音信号的保密传输 对语音信号进行频谱倒置等多种方法加密操作，在接收端进行反向操作恢复出原始信号。要求显示原始信号时域波形、频域特性，加密后
18、时域波形、频域特性，解码后时域波形、频域特性，并通过播放对原始信号与加密后信号的声音进行对比，对原始信号与解密后信号的失真进行评价。设计题目十三：现场录音中语音信号的干扰去除 在某现场直播节目的录制过程中，由于现场录制工作人员的失误，造成了MIC中串入了交流干扰，要求在语音信号中去除该干扰；要求对原始信号进行频谱分析，确定干扰的频率；根据干扰的特点采用不同的滤波器对信号进行处理，比较不同处理方法的效果。设计题目十四：地震信号的干扰去除 现有1年的某地震信号，一共有365个文件，每个文件长度为10M个采样点，采样率为200Hz，由于受到50hz的信号干扰，请设计一FIR滤波器，对其进行滤波，为了
19、加快分析的速度，请采用学过的分段方法进行分段分析。如果信号截至带宽为40hz，请设计一低通滤波器FIR滤波器对以上信号进行处理；可自行产生10M采样点数的复合要求的信号，放在某文档中即可，为了证明可以对365个文档中的任意一个文档可以处理，请至少产生3个文档。设计题目十五 正余弦信号的谱分析1、对一个频率为 10Hz，采样频率为 64Hz的 32点余弦序列进行谱分析，画出其频谱图；若将频率改为 11Hz，其他参数不变，重新画出该序列的频谱图，观察频率泄漏现象，分析原因。2、考察 DFT的长度对双频率信号频谱分析的影响。设待分析的信号为150)2sin()si(5.0)(1 nffnx令两个长度
20、为 16的正余弦序列的数字频率为 及 。取 N为四个不同2.134.f值 16，32，64，128。画出四个 DFT幅频图，分析 DFT长度对频谱分辨率的影响。3、在上题中若把两个正弦波的频率取得较近，令 ， ，试问怎样选.1f2.0f择 FFT参数才能在频谱分析中分辨出这两个分量？设计题目十六 数字滤波器的设计及实现1、调用信号产生函数 mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号 st，观察 st的时域波形和幅频特性曲线；2、通过观察 st的幅频特性曲线，分别确定可以分离 st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率；
21、假定要求滤波器的通带最大衰减为 0.1dB，阻带最小衰减为 60dB，编程调用 MATLAB滤波器设计函数分别设计这三个数字滤波器，并绘图显示其幅频特性曲线。3、用所设计的三个滤波器分别对复合信号 st进行滤波，分离出 st中的三路不同载波频率的调幅信号，并绘图显示滤波后信号的时域波形和频谱，观察分离效果。设计题目十七 语音信号滤波处理1、利用 Windows下的录音机录制一段自己的话音，时间在 1s内。然后在 Matlab软件平台下，利用 wavread函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数；2、画出语音信号的时域波形，对采样后的语音信号进行快速傅立叶变换，得到语音信号的频谱特性；对
22、语音信号分别加入正弦噪声和白噪声，画出加噪信号的时域波形和频谱图；3、根据对加噪语音信号谱分析的结果，确定滤除噪声所需滤波器的技术指标，设计合适的数字滤波器，并画出滤波器的频域响应；4、用所设计的滤波器对采集的信号进行滤波，在同一个窗口画出滤波前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；利用 sound(x)回放语音信号，验证设计效果；5、为使编制的程序操作方便，设计一个信号处理用户界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。设计题目十八调制解调系统的设计及实现1、根据范例中给出的调制信号和载波，对已调信号进行同
23、步检波（相干解调） ，设计低通滤波器提取原信号，画出解调信号的波形和频谱图，验证设计效果。2、一有限长度的信号，其时域表达式为 00004/3 / )( tttttx用常规双边带调幅将其调制在载波 上，假设 ， ，调制系数)2cos(tfcs5.Hzfc，分别画出原信号和已调信号的时域波形图和频谱图。8.0am3、信号 ，令 ，载波 ，用抑制载波0| )1()(ttSatx st10zfc20双边带调幅来调制信号；用单边带调幅来调制信号（分别采用上边带和下边带两种方式） ；对已调信号进行同步检波（解调） 。分别画出原信号已调信号解调信号的时域波形和频谱，验证设计效果。设计题目十九倒频系统的软件
24、实现及应用1、根据倒频系统的原理框图，设计调制系统和滤波器来实现倒频系统。令输入信号为，设 ，画出输出信号 的时域波形图和00004/3 / )( tttttx st5.0ty频谱图。2、录制一段语音信号，设计倒频系统实现对这段语音信号的加密和解密，画出语音信号在加密前和加密后的波形图和频谱图，并通过语音回放验证加密和解密的效果。*思考题：若一段语音信号加密时使用的 和 为未知的，如何对这段语音信号进行解bm密，试编程设计该系统，并验证设计效果。四、课程设计的评价标准一般遵循的评价标准如下：（1） 严格控制 90分以上的人数，如想得到高分数，标准是必须在设计中有创新。（2） 得 85分以上的课
25、程设计，其算法及实现必须保证正确，并对书中给出的设计有一定的改进或完善。（3） 如在设计的算法和实现中有少量错误，可判给 75-79分。（4） 如果错误不算太多，大部分算法一实现程序都能通过，则可给 60-74分。（5） 如果没有完成设计给定的要求，则给予不及格处理。五、教材与主要参考书目（一）教材：吴镇扬著. 数字信号处理. 高等教育出版社，2010 年（二）参考书目：1 丛玉良著 . 数字信号处理原理及其 MATLAB 实现(第 2 版). 电子工业出版社，2009 年2 高西全,丁玉美.数字信号处理(第三版).西安电子科技大学出版社，2008 年3 刘顺兰,吴 杰.数字信号处理(第二版).西安电子科技大学出版社，2008 年4 姚天任著. 数字信号处理（第 3 版）. 华中科技大学出版社，2007 年5丁玉美，高西全.数字信号处理(第二版).西安电子科技大学出版社，2009 年
