课程设计(
)任务书
软件 学 院 06信息工程 专 业 2006-(1) 班
一、课程设计(论文)题目 基于 MATLAB 的语音信号分析与处理的课程设计
二、课程设计(论文)工作自 2008 年 12 月 29 日起至 2009 年 1 月 2 日止。
三、课程设计(论文) 地点: 信息学院机房
四、课程设计(论文)内容要求:
1.本课程设计的目的:
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计,通过理论推导得出相应
结论,再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现,从而加深对所学知识的理解,建
立概念。
2.课程设计的任务及要求
1)基本要求:
① 学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法。
② 掌握在 Windows 环境下语音信号采集的方法。
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 设计 FIR 和IIR 数字滤波器的方法。
⑤ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。
2)创新要求:
在基本要求达到后,可进行创新设计,如界面优化等。
(1)要按照书稿的规格打印誊写
(2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等
(3)毕业论文装订按学校的统一要求完成
4)答辩与评分
:
(1)完成原理分析:20分;
(2)完成设计过程:40分;
(3)完成调试:20分;
(4)回答问题:20分。
5)参考文献:
胡广书 数字信号处理-理论、算法与实现(第二版) 清华出版社
陈桂明 应用MATLAB语言处理数字信号与数字图像 科技出版社
程佩青 数字信号处理(第三版) 清华出版社
6)课程设计进度安排
内容 天数 地点
构思及收集资料 1 图书馆
组装与调试 3 实验室
撰写论文 1 图书馆、实验室
学生签名: 时元斌
2008年12月29日
课程设计(论文)评审意见
(1)完成原理分析(20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(2)设计分析 (40分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(3)完成调试 (20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(4)回答问题 (20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( );
(5)格式
性及考勤是否降等级:是( )、否( )
评阅人: 职称: 讲师
2009年 月 日
目 录
1.课程设计目的………………………………………………………………(4)
2.课程设计基本要求……………………………………………...………….(4)
3.课程设计内容………………………………………..……………………..(4)
4.课程设计实现……………………………………………………..…..……………(4)
(1)语音信号的采集……………………………………………………..(4)
(2)语音信号的频谱分析………………………………………………..(5)
(3)设计滤波器和画出频率响应………………………………………..(5)
(4)用滤波器对信号进行滤波…………………………………………..(8)
(5)比较滤波前后语音信号的波形及其频谱…………………………..(8)
(6)回放语音信号………………………………………………………..(10)
(7)设计系统界面………………………………………………………..(10)
5、#
体会#……………………………………………..……………………..(11)
6、参考文献…………………………………….……………………………..(11)
7、课程设计工作学生调查表…………….…………………………………..(12)
基于 MATLAB 的语音信号分析与处理的课程设计
1.课程设计目的
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计,通过理论推导得出相应结论,再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现,从而加深对所学知识的理解,建立概念。
2.课程设计基本要求
① 学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法。
② 掌握在 Windows 环境下语音信号采集的方法。
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 设计 FIR 和IIR 数字滤波器的方法。
⑤ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。
3.课程设计内容
录制一段自己的语音信号,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,采用窗函数法或双线性变换设计滤波器,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语音信号进行滤波,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;最后,用 MATLAB 设计一信号处理系统界面。
4.课程设计实现
(1)语音信号的采集
选取一段语音信号,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。通过使用wavread函数,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,返回采样值放在响亮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),读取钱N点的采样值放在向量y中。
y=wavread(file,[N1,N2]),读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。
对语音信号ermiao.wav进行采样其程序如下:
[y,fs,nbits]=wavread(‘ermiao’)
>>
……
fs =
44100
nbits =
16
y=wavread(file,[20000,65000])
>>
(2)语音信号的频谱分析
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中利用fft对信号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性。
其程序如下:
[y,fs,nbits]=wavread(‘ermiao’, [20000,65000]);
sound(y,fs,bits);
Y=fft(y,4096);
subplot(211);plot(y);title(‘原始信号波形’);
subplot(212);plot(abs(Y));title(‘原始信号频谱’);
程序结果如下图:
(3)设计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新能指标:
1 低通滤波器的性能指标:fp=1000Hz,fc=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB;
2 高通滤波器的性能指标:fp=4800Hz,fc=5000Hz,As=100dB,Ap=1dB;
3 带通滤波器的性能指标:fp1=1200Hz,fp2=3000hZ,fc1=1000Hz,fc2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB;
低通
用窗函数设计低通滤波器的程序如下:
fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050;
wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;
N=ceil((As-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1;
beta=0.1102*(As-8.7);
Win=Kaiser(N+1,beta);
b=fir1(N,wc,Win);
freqz(b,1,512,fs);
程序运行结果如下图所示:
用双线性变换设计的低通滤波器的程序如下:
fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050;
wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;
[n,wn]=ellipord(wp,wc,Ap,As);
[b,a]=ellip(n,Ap,As,wn);
freqz(b,a,512,fs);
程序运行结果如下图所示:
高通
高通滤波器的程序如下:
ws1=4800;
wp1=5000;
wc=22050;
wp=wp1/wc;
ws=ws1/wc;
[N,Wn]=buttord(wp,ws,1,100);
[b,a]=butter(N,Wn,'high')
freqz(b,a,521,10000)
程序运行结果如下图所示:
带通
设计带通滤波器的程序如下:
wp1=[1200 3000];
ws1=[1000 3200];
wx=11025;
wp=wp1/wc;
ws=ws1/wc;
[n,Wn]=cheb1ord(wp,ws,1,100')
[b,a]=cheby1(n,1,Wn);
freqz(b,a,512,1000)
程序运行结果如下图所示:
n =
24
Wn =
0.0544 0.1361
(4)用滤波器对信号进行滤波
比较两种滤波器的性能,然后用性能较好的滤波器对采集的信号进行滤波。在MATLAB中,FIR咯其利用函数fftfilt对信号进行滤波,IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
(5)比较滤波前后语音信号的波形及其频谱
要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及其频谱,
FIR滤波:其程序如下:
x=fftfilt(b,a,y);
X=fft(x,4096);
subplot(221);plot(y);title('原始信号波形');
subplot(222);plot(abs(Y));title('原始信号频谱');
subplot(223);plot(x);title('滤波后信号的波形');
subplot(224);plot(abs(X));title('滤波后信号的频谱');
运行结果如下:
IIR滤波:其程序如下:
x=filter(b,a,y);
X=fft(x,4096);
subplot(221);plot(y);title('原始信号波形');
subplot(222);plot(abs(Y));title('原始信号频谱');
subplot(223);plot(x);title('滤波后信号的波形');
subplot(224);plot(abs(X));title('滤波后信号的频谱');
运行结果如下:
(6)回放语音信号
在MATLAB中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式为:
Sound(x,fs,bits)
可以感觉滤波前后的声音变换。
(7)设计系统界面
系统界面-低通滤波器-滤波 后(运行结果):
5、心得体会
这次课程设计历时一个星期,可以说是苦多于甜,但是可以学的到很多很多的东西,同时不仅可以巩固以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计,进一步加深了对数字信号处理的了解,让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每次编写调试成功时,心里特别的开心。但是在编写程序时,遇到了不少问题,特别是程序语法,总是有错误,在细心的检查下,终于找出了错误和警告,排除困难后,程序编译就通过了,心里终于舒了一口气。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
总的来说,这次课程设计还是比较成功的,在设计中遇到了很多问题,最后在老师的辛勤的指导下,终于游逆而解,有点小小的成就感,终于觉得平时所学的知识有了实用的价值,达到了理论与实际相结合的目的,不仅学到了不少知识,而且锻炼了自己的能力,使自己对以后的路有了更加清楚的认识,同时,对未来有了更多的信心。最后,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!
6、参考文献
1、《数字信号处理》 程佩青 清华大学出版社
2、《数字信号处理实践教程》 杨述斌 李永全 华中科技大学出版社
3《
MATLAB实用教程》 郑阿奇 电子工业出版社
7、
课程设计工作学生调查表
专业 : 指导教师姓名: 年 月 日
项 目 内 容 及 要 求
选 项
教学条件
1你觉得课程设计大纲、指导书适用程度是?
很高
适用
一般
较差
2你觉得参考资料满足课程设计需要程度是?
好
较好
一般
较差
课
程
设
计
实
施
3你觉得设计题目符合本专业综合训练要求程度是?
符合
尚可
一般
较差
4你觉得设计题目可行性程度是?
高
基本
一般
较差
5你觉得设计题目中与科研或生产实际相联系程度是?
好
较好
一般
较差
6你觉得指导教师教学态度认真、水平高吗?
高
基本
一般
较差
7指导教师每个工作日平均指导学时数是?
4
3
2
1
8 指导教师对你对你设计过程中的引导、启发、质疑作用是?
较好
适中
一般
较差
9 指导教师对你成果撰写阶段的修改、指导作用是?
较好
适中
一般
较差
11 你觉得指导教师课程设计成绩评定中公平合理的程度是?
较好
适中
一般
较差
12 指导教师日常管理有无对学生考勤
有
无
课
程
设
计
效
果
12你觉得你对综合运用知识方面的能力提高程度是?
很大
较大
一般
无变化
13你觉得你独立开展设计(论文)工作能力提高程度是?
很大
较大
一般
无变化
14你觉得你的设计或实验能力提高程度是?
很大
较大
一般
无变化
15你觉得你的计算机能力或新技术应用能力提高程度是?
很大
较大
一般
无变化
16你觉得你的资料查阅、资料翻译能力提高程度是?
很大
较大
一般
无变化
建
议
您对指导教师的评价是:
其他建议:
注:1请在评价等级选择相应的栏目划√。
2每项得分=每项分数*等级系数。
3等级系数为:A:1.0、B:0.85、C:0.7、D:0.4
4总评得分为每项得分之和。
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