《数字信号处理》课程设计任务书(13级).docx
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1、中南大学课程设计任务书一、课程设计目的: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。二、课程设计内容课程设计选题组一:一.已知有限长序列xn= 1,-3,4,2,0,-2,hn= 3,0,1,-1,2,1试编写程序:1) 实现它们的时域线性卷积2)利用DFT 性质,分别实现它们的圆周卷积和线性卷积。二. 用 DFT 对连续信号做谱分析:4设连续信号 xa(t) = cos(200p t) + sin(100p t) + cos(50p t)1) 选取采样频率 fs
2、= 400Hz, 即 T = 1/ fs对 x (t) 进行采样;a2) 生成采样信号序列 x(n) = x (nT )w(n) , w(n) 是窗函数。选取两种窗函数:矩形窗函数aw(n) = RN(n) 和 Hamming 窗,后者可用其定义式生成。3) 截取时间长度为T ,分别取三种时间长度 0.04s、40.04s、80.04s。p对上述过程生成的 x(n) 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。三.设计数字高通滤波器,要求 : =0.5 rad , A =1dB, =0.4 ra
3、d, A =30dBppsS用双线性变换法设计数字滤波器,模拟滤波器采用巴特沃斯滤波器原型,T1。画出所设计的滤波器的幅度响应。(要求:应尽量避免使用现成的工具箱函数)四. 数字音效处理1) 读取或录制一段语音信号(或音乐信号),记录其采样频率。2) 分析声音信号频谱,画出其时域和频域波形3) 实现声音信号的快放、慢放功能4) 实现对声音信号的放大和衰减功能5) 实现声音信号的多重回声效果,给出加入多重回声后的信号频谱。6) 设计均衡器,使得得不同频率的混合音频信号,通过一个均衡器后,增强或削减某些频率区域。课程设计选题组二:一. 验证频域采样和时域采样的对偶性。1) 产生一个三角波序列x(n
4、),长度为M=40;2) 计算N=64 点的X(k)=DFTx(n),并画出x(n)和|X(k)|的波形3)对X(k)在0,2p 上进行 32 点抽样,得到X (k)X(2k),k0,1,31。14) 求X (k)的 32 点IDFT,即 x (n)IDFTX (k)。1115) 绘出x (n)的波形图,观察x (n)和 x(n)的关系,并加以说明。11二. 已调信号 y(t) = ( A + mx(t)cos( w t) ,其中 x(t) 为调制信号, cos(w t) 为载波。取x( t) = cos(wmt ), wc= 40p, wmcc= 10p 。令 A = 0, m = 1,实现
5、抑制载波的幅度调制:1) 分析信号频率,为了尽量减少截断效应,请选择合适的采样频率和数据长度,生成离散时间序列 x(n) 和 y(n)2) 使用FFT 分析调制信号、已调信号的频谱,画出其时域和频域波形3) 实现解调过程,分析该解调过程中的信号频谱,画出其时域和频域波形4) 选择合适的低通滤波器恢复出原调制信号,画出恢复信号的时域与频域波形,与原调制信号进行比较。令 A = 1, m = 0.5 ,实现含有载波的幅度调制。重复上述过程,观察调制和解调结果,并画出相应波形,说明与抑制载波的幅度调制的区别三. 利用切比雪夫I 型设计一个数字低通滤波器,使其满足:w = 0.45p,A = 1dBp
6、pw = 0.6p,A = 25dBss采用数字域频率变换法、脉冲响应不变法。T1。画出所设计的滤波器的幅度响应。(要求: 应尽量避免使用现成的工具箱函数)四. 对于给出的一段被噪声干扰的音乐信号(noisy.wav),进行去噪处理:1) 读入音乐信号,显示信号的时域波形2) 对读取信号进行FFT,分析其频域特性,画出其频谱波形。3) 根据信号频谱分布特点,指定需要滤除或保留的频带,确定对应的滤波器(低通 /高通/ 带 通 / 带 阻 ) 指 标 ; 4)根据确定的滤波器指标(通带截止频率、阻带截止频率、通带最大衰减、阻带最小衰减,)设计 IIR/FIR 数字滤波器(至少包括双线性变换法/窗口
7、法)对测试信号滤波,通过观察信号频谱和回放音乐信号,分析是否满足滤波要求;对相同设计指标,对比IIR/FIR 滤波器各自的特点。课程设计选题组三:一.设有一连续时间信号s(t),其由 20Hz、220Hz 和 750Hz 的正弦信号叠加而成,为了减少截断效应,分析确定采样频率及数据分析长度,计算并绘出信号的时域与频域波形,指出各个频率份量。二.对周期方波信号进行滤波1) 生成一个基频为 10Hz 的周期方波信号。2) 选择适当的DFT 参数,对其进行DFT,分析其频谱特性,并绘出相应曲线。3) 设计一个滤波器,滤除该周期信号中 40Hz 以后的频率分量,观察滤波前后信号的时域和频域波形变化4)
8、 如果该信号淹没在噪声中,试滤除噪声信号。三.分别利用矩形窗、汉宁窗设计一个 N=11 的线性相位 FIR 高通数字滤波器,截止频率w = p radc3,要求:求出各滤波器的单位脉冲响应 h(n);绘出各滤波器的幅频及相频响应曲线;观察各滤波器的通带波纹和阻带波纹,比较不同窗函数对滤波特性的影响;当输入为 x(n) = 1 + 2cos( pn ) + cos(pn ) 时,计算各滤波器的输出并画出输出波形的时域与频域波形。42(要求:应尽量避免使用现成的工具箱函数)四. 多采样率信号处理1)读取或录制一段语音信号(或音乐信号),使采样频率大于或等于4 倍信号主要频率分量的最大值2) 对获取
9、的信号进行FFT,输出信号的时域和频域波形。3) 按抽取因子 D=2,3,4 分别进行信号抽取,降低信号采样率,输出此时信号的时域和频域波形,观察频谱变化现象,给出理论解释。 4)播放减采样后信号,观察采样率不同条件下的声音变化,解释现象5) 按内插因子I=D 对相应减采样信号进行内插,将采样率提高D 倍,播放插值后信号。6) 对插值后的信号进行FFT,输出此时信号的时域和频域波形,观察频谱变化现象,给出理论解释。 7)根据插值后信号频谱,设计相应数字低通滤波器恢复出声音信号。回放声音信号,比较它们与原信号的区别。课程设计选题组四:一. 已知Gaussian 序列x ( n ) = e- (
10、n - p ) 2q,0 n 15a 0,其它衰减正弦序列e-an sin 2p fn, 0 n 15x (n) = b0,其它1)观察高斯序列的时域和幅频特性,固定信号x (n)中参数 p=8,改变 q 的值,使 q 分a别等于 2,4,8,观察它们的时域和幅频特性,了解当 q 取不同值时,对信号序列的时域幅频特性的影响;固定q=8,改变p,使p 分别等于 8,13,14,观察参数p 变化对信号序列的时域及幅频特性的影响,观察 p 等于多少时,会发生明显的泄漏现象,混叠是否也随之出现? 记录实验中观察到的现象,绘出相应的时域序列和幅频特性曲线。2)用FFT 分别实现x (n)(p8,q2)和
11、 x (n)(a0.1,f0.0625)的 16 点圆周卷ab积和线性卷积。二. 已知序列x(n)=0.5sin(2pf n)+sin(2p f n), 0 n 15 ,12令 f = 0.22, f12= 0.34 ,取 N=16,32,64,128,画出 4 个 DFT 的频谱图,分析DFT 长度对频谱特性的影响;取f1= 0.22, f2= 0.25 ,如何选择DFT 参数才能在频谱分析中分辨出两个频率分量三. 分别利用矩形窗、hamming 窗设计一个N=15 的线性相位FIR 低通数字滤波器,截止频率w = p radc3,要求:求出各滤波器的单位脉冲响应 h(n);绘出各滤波器的幅
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