数字信号处理课程设计指导书(李玲香)

教案2012～2013学年第一学期课程名称《数字信号处理》课程设计系(院、部)计算机与通信工程系教研室(实验室)通信工程教研室授课班级通信1001、1002班主讲教师蒋恩松，李玲香职称副教授，讲师湖南科技学院教务处制二○一二年九月一、课程设计基本信息课程性质：专业课，必修适用专业：通信工程课程设计学时数：16学时学分：0.5二、课程设计目的和要求1、目的本课程是为了配合数字信号处理教学、加强实践环节而开设的，其主要作用是巩固数字信号处理理论知识、培养学生解决实际问题的能力、提高其实际动手能力。主要任务是通过一些典型的应用，完成数字信号处理应用设计。2、要求根据所学知识独立设计完成基本任务，对于创新设计可以不受大纲限制，经老师审核同意并在条件允许的情况下，可以自行命题。本课程设计以实验室实验为主，采取的教学方式较为灵活，大部分时间让学生自己操作，必要时配合少量的理论讲授。软件（MATLAB、LabVIEW）或硬件（单片机）实现均可。三、课程设计题目总表序号题目1自适应滤波器应用2多采样率数字信号处理在数字语音系统中的应用3语音的线性预测编码（LPC）4双音多频（DTMF）信号5基于Matlab测速仪设计6基于MATLAB数字音效处理器7音乐声处理四、课程设计内容(一)题目7——音乐声处理1、目的几乎所有的音乐节目都分两阶段产生，每个单独的乐器声音都录制到单轨中，然后对每个轨道信号进行处理，以增加特殊音效并合成。用数字信号处理技术实现声音信号的回声生成、混响与和声。2、原理①单回声滤波器回音可以由简单的延时单元产生。直达声和在R抽样周期后出现的一种单个回音，可以用FIR滤波器产生，微分方程为：y[n]=x[n]+αx[n-R]|α|1传输函数为：H(z)=1+αz-R传递函数的幅频响应形状象梳子，这种滤波器又叫梳状滤波器。②多重回声滤波器为了产生以间隔R个抽样周期分开的具有指数衰减振幅的多重回声，可用一个以下形式传输函数的FIR滤波器：RNRNRNNRRzzzzzzH111)()1(122无限个振幅以指数衰减间隔为R个抽样周期的多重回声可用以下形式传输函数的IIR滤波器生成：1||11)(RzzHIIR多重回声滤波器的基本频率FR=Fs/R，通常锁定在伴音设备的基频上，比如基鼓拍子。③混响声音在一个封闭的空间中到达听众时，包含几个部分：直达声、早期的反射和混响。早期的反射由几个空间上邻近的直达声的基本延迟和衰减组成，而混响则由密集的回声组成。上述多重回声滤波器不能提供自然声音混响。由其幅频特性可知，其幅度响应对于所有频率不是常数，收听效果不能令人满意。其次每秒回声数量太少会引起合成声的颤动，需要每秒约1000个回音才能生成没有颤动的反射声。为了生成更真实的混响，提出一种有全通结构的混响器，传输函数为：1||1)(RRzzzH自然声音混响可由全通混响器和多重回响互联。系统框图如下图所示：④和声生成器当几个音乐家在同一时间演奏同一首乐曲而在振幅有少量变换并在他们的声音之间有很少的时间差别时，会产生和声效果。延时可用如下函数实现：))cos(1(2)(0nRn注意：在时刻n处)(n的值通常是一个非整数值，实际实现中，输出样本值需要用到内插法进行计算。3、要求自己录制一段语音信号，设计不同滤波器，编程实现单回声效果、多重回声效果、自然声音混响及和声效果。4、步骤①获取声音信号，设计单回声滤波器，实现单回声效果。给出单回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入单回声前后信号频谱。②设计多重回声滤波器，实现多重回声效果。给出多重回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入多重回声后信号频谱。③设计全通混响器，实现混响效果。给出全通滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入全通滤波器后信号频谱。x[n]多重回响1多重回响2多重回响3多重回响4全通混响1全通混响2y[n]衰减1衰减2衰减3衰减4衰减附件1：课程设计报告要求按学校下发的《课程设计管理条例》，所有课程设计须完成类似毕业设计的报告或论文，并参加答辩，成绩分为优、良、中、及格、不及格。课程设计报告采用统一的课程设计用纸(A4)打印，于课程设计完成两周内上交。报告内容具体要求如下：1.选题：要求以学号的（末三位％7＋1）作为所选设计题目，例如学号“2010008002113”，则所选题目为：（113％7＋1）＝2；另外每个同学所提交的课程设计报告以“学号姓名”命名。2.封面。包括：题目、系、班级、学生姓名、指导老师签字及时间（年、月、日）等；3.任务书。A4纸(7个题目分别对应7个任务书，根据选题自行附于封面后)4.课程设计结果评定.A4纸(附于任务书后)5.摘要（设计说明书可免此项）。摘要是论文内容要点的简练陈述，一般不超过400字，关键词为4个左右，关键词应在摘要中出现；6.目录。目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献资料”；7.正文。正文部分格式、结构等参考“课程设计报告结构及格式要求”，FTP服务器可下载。从内容上看报告结构大体可以按照概述、相关知识简介、设计过程、实验结果及分析、结束语等几个章节来写，基本上就相当于回答要做什么、用了那些相关知识、怎么做的及结果结论。根据每个人理解的不同章节名称和顺序可以不一样。正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表不能徒手绘制；8.参考文献（资料）。只列出在课程设计中真正阅读过和采用过的参考文献，按照在正文中的出现顺序依次排序。各类文献的注录格式如下：(1)图书类的参考文献[序号]作者姓名．书名（版次）．出版地：出版单位，出版年：起止页码。(2)期刊类的参考文献[序号]作者姓名．文题．期刊名，出版年，卷（期）：起止页码。(3)会议类的参考文献[序号]作者姓名．题目名．文集名，出版地：出版单位，出版年：起止页码。（任务书）2010级“数字信号处理课程设计”任务书题目7音乐声处理主要内容用数字信号处理技术实现声音信号的回声生成和混响设计要求要求获取一段语音信号，设计不同滤波器，编程实现单回声效果、多重回声效果及自然声音混响。步骤1.获取声音信号，设计单回声滤波器，实现单回声效果。给出单回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入单回声前后信号频谱。2.设计多重回声滤波器，实现多重回声效果。给出多重回声滤波器冲激响应及幅频响应。给出加入多重回声前后信号频谱。3.设计全通混响器与自然声音混响器，实现自然声音混响效果。主要仪器设备1、计算机1台，安装MATLAB软件主要参考文献[美]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗科斯著，刘树棠译.数字信号处理——使用MATLAB[M].西安：西安交通大学出版社，2002.数字信号处理(第三版)，高西全，丁玉美编著，西安电子科技大学出版社，2008年8月第3版课程设计进度计划（起止时间、工作内容）课程设计共安排7个题目。整个课程设计共16学时，具体进度如下：4学时学习题目相关知识，掌握实现的原理；8学时用MATLAB语言实现题目要求；2学时进一步完善功能，现场检查、答辩；2学时完成课程设计报告。课程设计开始日期2012.12.11课程设计完成日期2012.12.21课程设计实验室名称计算机实验室地点实验楼机房305课程设计报告课程名称：数字信号处理课程设计课程设计题目：姓名：系：专业：年级：学号：指导教师：职称：2012年月日课程设计结果评定序号评定项目分值得分1选题合理、目的明确102设计方案正确，具有可行性、创新性203程序运行结果正确204态度认真、学习刻苦、遵守纪律155设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）106答辩：思路清晰，语言表达准确，概念清楚、正确25最后得分指导老师（签名）日期年月日