数字信号处理课程设计报告

数字信号处理课程设计报告

1）设计题目

基于matlab的信号分析处理及滤波器设计

2）设计目的

1. 通过本次设计加深对数字信号处理这门课程的理解以及应用，进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法。

2. 增强编程能力，学会应用matlab进行信号分析和处理，提高对matlab的应用能力和解决实际问题的能力。

3）设计内容

1. 设计软件的GUI

我的设计第一步是从GUI开始设计，再从我自身的使用习惯一步步来修改菜单选项以及各个按钮的相关函数的。设计完的界面如下：

其中，左边第一个按钮组可以控制FIR和IIR滤波器的设计方法选择，默认显示FIR滤波器的选项；filtertype按钮组控制滤波器的响应类型；下面的三个按钮组分别控制数据的填入以及滤波器的生成。

2. 提取噪声干扰的语音信号，播放其内容

在整个工作过程中，我们需要对噪声进行分析，而其中需要用到函数audioread和sound，matlab给出的介绍如下：

audioread - Read audio file

This MATLAB function reads data from the file named filename, and returns sampled data,y, and a sample rate for that data, Fs.

[y,Fs] = audioread(filename) [y,Fs] = audioread(filename,samples)

sound - Convert matrix of signal data to sound

This MATLAB function sends audio signal y to the speaker at the default sample

rate of 8192 hertz.

sound(y) sound(y,Fs)

根据提示设计，我们可以得到我们想要的数据和效果

3. 对噪音进行时域和频域分析

语音信号是非平稳的随机过程，频率会随着时间而变化。在语音信号处理研究领域，

通常用短时间的傅里叶变换（STFT）来分析其时域和频率特性，也就是在 20ms~50ms 以内，可以将语音信号看成是平稳的随机过程。平稳的随机过程是功率信号，可以用功率谱来描述。所加的噪声干扰是单音干扰，单音干扰是周期信号。

4. 设计数字滤波器和画出其频率响应

模拟滤波器设计法。首先设计模拟低通原型滤波器（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波

器、椭圆形滤波器） ，然后分别利用脉冲响应不变法和双线性变换法转化成数字滤波器。 FIR 滤波器的设计方法

窗函数设计法。利用不同的窗函数（矩形窗，巴特列特，汉宁窗，海明窗，布拉克曼窗，凯泽窗）来设计 FIR 数字滤波器。

5. 用数字滤波器对信号进行滤波

在Matlab 中，FIR 滤波器利用函数 fftfilt 对信号进行滤波，IIR 滤波器利用函数filter 对信号进行滤波。

6. 比较滤波前后信号的波形及频谱

可以在同一个图，用不同颜色的线画出其波形，方便进行比较，也可以分开画出两个

信号的波形及频谱。

7. 回放滤波后的信号

利用sound函数播放即可。此时的sound（y，Fs）中的y需要改成滤波后的变量。

4）设计结果分析

1. 初始化界面：

2. 噪声分析：

Hnoise:

Lnoise：

Mnoise：

Snoise：

3. 滤波器设计（FIR以及IIR各设计方法只选一种截图）： FIR：

低通滤波器 高通滤波器

带通滤波器 带阻滤波器 IIR：

低通滤波器 高通滤波器

带通滤波器 带阻滤波器

4. 滤波效果

Hnoise:

Lnoise：

Mnoise：

Snoise：

5）参考文献

[1] 程佩青. 数字信号处理教程（第四版）. 北京：清华大学出版社，2014. [2] 张学敏. Matlab基础与应用. 北京：中国电力出版社，2012 [3] Vinay K. Ingle, John G. Proakis. 数字信号处理--应用 MATLAB（第三版）. 北京：科学出版社，2012.

[4] 楼顺天，李博菡. 基于 MATLAB 的系统分析与设计--信号处理. 西安：西 安电子科技大学出版社，1999.