广东工业大学《数字信号处理》课程设计指导书

广东工业大学《数字信号处理》课程设计指导书《数字信号处理》课程设计指导书广东工业大学电子与信息科学系2014年5月1一、课程设计基本信息1、课程性质：专业课，必修。2、适用专业：电子与信息科学专业3、课程设计学时/学分：第13周（16学时）/1学分4、地点：实验2号楼214、216实验室二、课程设计目的《数字信号处理》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，在雷达、通信、医学、地震等众多领域都有广发的应用。《数字信号处理》课程是电子、通信、信号处理等专业的基础课程，《数字信号处理》课程设计是完成数字信号处理相关理论的学习后进行的综合性训练课程，使学生能够对信号的采集、处理、传输、显示和存储等理论及技术实现有一个系统的掌握和理解。它的理论性和实践性都很强，学生在学习这门课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。因此，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，是本课程教学中所要解决的关键问题。为了巩固所学的数字信号处理理论知识，使学生对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解，安排了该课程的课程设计。通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养：1、巩固和加深学生对数字信号处理的基本概念、基本原理、基本分析方法的理解；2、独立工作能力和创造力；3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；4、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；5、编写技术报告和编制技术资料的能力。三、一般设计要求1、根据所学知识独立完成基本设计任务，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，可以自行发挥。本课程设计以实验室实验为主，采取较为灵活的教学方式，大部分时间由学生自己操作，必要时配合少量的理论讲授。主要采用MATLAB软件加以实现。2、按照设计任务写出设计工作小结。对设计过程所进行的有关步骤作出说明，并对完成的设计作出评价，总结自己整个设计工作中的经验教训，收获和今后研究方向。3、编写课程设计说明书，说明书必须按统一格式打印，装订成册，字数一般不少于三千字。2四、选题与学时安排1、选题：本课程设计共安排4个设计题目。每班2人为1组，每组选做不同的题目，题目选定并由教师确定后（请两个班的学委今天就统计好班上的同学分组和选题情况，把下表发给我，[e-mail]），即可开始设计。组别姓名设计内容成绩第一组同学1******************（A、B、C、D、E）（课程设计结束后给出）同学2……………………2、学时安排：整个课程设计为期一周，共16学时，具体学时安排如下：4学时学习设计题目相关知识，查阅资料，掌握实现的原理；4学时用MATLAB语言编成实现题目要求；4学时软件调试；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。五、课程设计时间安排与考核方法1、时间安排：第1天：老师布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点。第2天：查阅资料（在图书馆或上网），弄清题目要求，提出解决方案。第3～4天：根据题目要求，编写程序并调试程序。第5天：撰写设计报告。2、考核方法：以出勤率、程序调试过程与结果和设计报告三部分综合评定课程设计成绩。三部分所占比例分别是：出勤率占20%，程序调试过程与结果占50%，课程设计报告占30%。⑴要求设计的程序和波形、设计报告必须独立完成，并鼓励创新。⑵设计报告交打印件，内容必须齐全、完整、工整。属于下述情形之一的，课程设计按不及格论处：⑴课程设计报告雷同的；3⑵凡是没有请假就不参加设计的；⑶不参加开题的，不按规定答辩的，未按时完成设计报告的。六、设计课题题目一语音信号处理系统设计（一）课程设计主要内容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：bf=1000Hz,cf=1200Hz,sA=100dB,pA=1dB.(2)高通滤波器的性能指标：cf=4800Hz,bf=5000Hz,sA=100dB,pA=1dB.(3)带通滤波器的性能指标：1bf=1200Hz,2bf=3000Hz,1cf=1000Hz,2cf=3200Hz,sA=100dB,pA=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序操作方便，设计处理系统的用户界面（GUI编程），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。（二）课程设计报告要求1、研究语音信号的特点；2、探讨语音分析与识别、处理的基本理论基础、关键技术；3、写出各步骤的MATLAB的程序代码；4、分析采集的语音信号的时域波形与频谱；分析滤波前后语音信号的波形与频谱；5、滤波器的设计可采用图形化设计工具FDATool和图形化信号处理设计工具SPTool。4题目二：数字调音台（一）课程设计主要内容1、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，观察信号的变化；2、实时显示处理前的信号频谱和处理后的信号频谱；3、设计系统界面：为了使编制的程序操作方便，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等；4、通过扬声器播放处理过的信号，听信号有什么变化。（二）课程设计报告要求1、研究语音信号的特点；2、探讨语音分析与识别、处理的基本理论基础、关键技术；3、写出各步骤的MATLAB的程序代码；4、分析信号的时域波形与频谱；分析滤波前后信号的波形与频谱；5、解释为什么电话中唱歌，不好听？6、滤波器的设计可采用图形化设计工具FDATool和图形化信号处理设计工具SPTool。题目三：音乐信号的处理与分析（一）课程设计内容1、音乐信号的音谱和频谱观察使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号（要求：时间不超过5s、文件格式为wav文件）(1)使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率；（注意：读取的信号是双声道信号，即为双列向量，需要分列处理）；(2)输出音乐信号的波形和频谱，观察现象；(3)使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。2、音乐信号的抽取（减抽样）(1)观察音乐信号频率上限，选择适当的抽取间隔对信号进行减抽样（给出两种抽取间隔，代表混叠与非混叠）；(2)输出减抽样音乐信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；(3)播放减抽样音乐信号，注意抽样率的改变，比较不同抽取间隔下的声音，解释现象。3、音乐信号的AM调制(1)观察音乐信号频率上限，选择适当调制频率对信号进行调制（给出高、低两种调制频率）；(2)输出调制信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；(3)播放调制音乐信号，注意不同调制频率下的声音，解释现象。54、AM调制音乐信号的同步解调(1)设计巴特沃斯IIR滤波器完成同步解调；观察滤波器频率响应曲线；(2)用窗函数法设计FIR滤波器完成同步解调，观察滤波器频率响应曲线；（要求：分别使用矩形窗和布莱克曼窗，进行比较）；(3)输出解调信号的波形和频谱，观察现象，给出理论解释；(4)播放解调音乐信号，比较不同滤波器下的声音，解释现象。5、设计系统界面为了使编制的程序操作方便，设计处理系统的用户界面，在所设计的系统界面上可以显示音乐信号、抽样音乐信号、调制信号、解调信号的波形、频谱，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等。（二）课程设计报告要求1、研究音乐信号的特点；2、探讨语音分析与识别、处理的基本理论基础、关键技术；3、写出各步骤的MATLAB的程序代码；4、分析信号的时域波形与频谱；分析滤波前后信号的波形与频谱；5、滤波器的设计可采用图形化设计工具FDATool和图形化信号处理设计工具SPTool。题目四、语音或图像信号水印技术系统设计（一）课程设计内容在保密数据传输应用中，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，这种方法称为数字水印技术。这种方法的好处是将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；(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，可自由发挥。（二）课程设计要求1、研究语音信号的特点；2、探讨语音分析与识别、处理的基本理论基础、关键技术；3、写出各步骤的MATLAB的程序代码；64、分析语音信号及加入水印信号的时域波形与频谱；分析滤波前后语音信号及加入水印信号的波形与频谱；5、滤波器的设计可采用图形化设计工具FDATool和图形化信号处理设计工具SPTool；七、参考文献1高西全，丁玉美.数字信号处理（第三版）.西安：西安电子科技大学出版社，2008.82王宏.MATLAB6.5及其在信号处理中的应用.北京：清华大学出版社，20043李正周.MATLAB数字信号处理与应用.北京:清华大学出版社，20084徐明远，刘增力MATLAB仿真在信号处理中的应用.西安:电子科技大学出版社，20075李显宏.MATLAB7.x界面设计与编译技巧.北京:电子工业出版社，20066郭仕剑等.MATLAB7.X数字信号处理.人民邮电出版社，20067张明照，刘政波，刘斌.应用MATLAB实现信号分析和处理.科学出版社，2006