数字信号处理课程设计报告

1/33《数字信号处理》课程设计报告课程名称数字信号处理学生姓名肖太龙指导教师赵亚湘学院信息科学与工程学院专业班级通信1402班2016年11月2/33目录1.设计要求与选题概述...................................................................................................................31.1设计目的............................................................................................................................31.2选题概述............................................................................................................................31.3设计要求............................................................................................................................42.设计思想与系统功能分析...........................................................................................................42.1问题1设计思想和功能分析............................................................................................42.2问题2设计思想和功能分析............................................................................................62.3问题3设计思想和功能分析............................................................................................83.滤波器设计与FFT频谱分析....................................................................................................103.1FFT频谱分析...................................................................................................................103.1.1窗函数的扰动效应.............................................................................................113.1.2Gibbs现象..........................................................................................................123.1.3窗函数选取原则.................................................................................................123.1.4“栅栏”效应.........................................................................................................133.1.4FFT谱估计流程.................................................................................................133.2滤波器设计.......................................................................................................................143.2.1IIR数字滤波器设计..........................................................................................143.2.2FIR数字滤波器的设计原理..............................................................................173.2.2窗函数法设计FIR滤波器.................................................................................193.2.4陷波滤波器设计.................................................................................................234.系统仿真与讨论.........................................................................................................................244.1FFT仿真图谱分析.........................................................................................................244.2音频信号处理.................................................................................................................264.3心电信号(ECG)处理......................................................................................................305.总结.........................................................................................................................................31参考文献.........................................................................................................................................32附录：程序清单.............................................................................................................................333/331.设计要求与选题概述1.1设计目的1)全面复习课程所学理论知识，巩固所学知识重点和难点，将理论与实践很好地结合起来；2)提高综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力；3)熟练使用一种高级语言进行编程实现。1.2选题概述1.设连续信号()=cos(200)+sin(100)+cos(50)，用DFT分析()的频谱结构，选择不同的截取长度Tp，观察截断效应，试用加窗的方法减少谱间干扰。选取的参数：（1）选取采样频率fs=400Hz，即T=1/fs对xa(t)进行采样；（2）生成采样信号序列()=()()，w(n)是窗函数。选取两种窗函数：矩形窗函数和Hamming窗，后者可用其定义式生成。（3）对x(n)做2048点DFT，作为xa(t)的近似连续频谱Xa(jf)。其中N为采样点数，N=fsTp，Tp为截取时间长度，取三种长度0.04s、4×0.04s、8×0.04s。对上述过程生成的序列进行DFT，画出它们的时域与频域波形，分析它们的频谱特性，观察不同长度、不同窗函数下的截断效应和谱间干扰，指出它们的区别并加以理论说明。2.1)读入一段语音信号（或音乐信号）2)在语音信号中分别加入以下几种噪声：a.白噪声；b.单频噪色（正弦干扰）；c.多正弦干扰噪声（包含两个或以上正弦信号的干扰，其中一个是50Hz正弦信号干扰，另一个干扰正弦频率必须位于语音信号主要频率成分之间）；绘出叠加噪声前后的语音信号时域和频域波形图，播放语音信号，从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频域和时域波形的改变3）根据信号的频谱特性，设计IIR或FIR数字滤波器；4）用所设计的滤波器对被污染的语音信号进行滤波；5）分析得到信号的频谱，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3.设计一个简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。（1）对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。（2）对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。（3）根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和带通滤波器，进行数据处理。（4）绘制实现信号处理前后的频域波形，做频谱分析，得出相关结论。提示：读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号，并还原实际波形美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。4/33对原始心电信号做线性插值处理由于原始心电信号数据不是通过等间隔采样得到的，也就是说原始的心电数据并不是均匀的，而用Matlab中提供的数字滤波器处理数据时，要求数据是等间隔的。因此设计的系统首先应对原始心电信号做线性插值处理，使其变为等间隔的数字信号，否则直接处理后会出现偏差，根据心电信号的特点,把时间分隔成0.001s。添加的幅值点采用一次线性插值。对二维数据进行插值,相连幅值间数据的插值根据时间进行,其算法如下:∆=−,=∆/0.001,∆=−,=+0.001,=+∆/其中ti是第i个数据时间点，Ai是与之对应的数据，N是两数据之间需要的插值数，∆是需要插值的两点数据差，i=1,2,3…arraysize,j=1,2,3,…N-1,tj-1=ti-1,Aj-1=Ai-1,i,j=1时数组ti,Ai依次排列，即得到了插值后等间隔的新数据。根据心电信号的频域特征，设计相应的低通和带通滤波器一般正常人的心电信号频率在0.7～100HZ范围内，幅度为(胎儿)～5mV(成人)。人体心电信