数字信号处理课程设计.doc

数字信号处理实践与设计

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目 录

课题一 语音信号中的抽取、混叠和数字限带滤波......................................................1

1 需求分析与方案设计.............................................................................................1

1.1 需求分析.......................................................................................................1

1.2 方案设计.......................................................................................................1

1.2.1 设计原理.............................................................................................1

2.1.4 直接抽取模块.....................................................................................5

2.1.5 抽取滤波器设计模块.........................................................................5

2.1.6 卷积滤波抽取模块.............................................................................6

2.1.7 多项滤波模块.....................................................................................6

2.1.8 作出四个时域波形模块.....................................................................6

2.1.9 计算对应指标模块.............................................................................7

2.1.10.卷积滤波插值模块...........................................................................7

2.1.11 多相滤波插值模块............................................................................7

2.2 主函数模块...................................................................................................7

2.2.1 主函数调用子函数实现基本要求.....................................................7

3.5 插值.............................................................................................................10

3.6 直接卷积与多项滤波速率转换..................................................................11

心 得 体 会......................................................................................................................12

参 考 文 献......................................................................................................................13

.........................................................................................................................................14

数字信号处理实践与设计

1 需求分析与方案设计

统已广泛应用于音频信号处理、多媒体通信等许多领域，在实际中会采取大量的

采样率转换。因此，关于采样率转换的理论与技术研究也显得越来越重要，建立

在采样率转换基础上的多速率信号处理已成为数字信号处理学科中的重要内容之

一。

1.能够实现对音频信号的抽取，并能控制抽取的起止时间，而且能够不失真还原

原始音频信号。利用 MATLAB 的读取音频文件的函数能够从音频文件读取

44100Hz 采样频率的 x(n)，可以通过参数设置读取的起始时间和持续时间，即能

够获取音频文件的时域序列。

2.能够实现对音频信息的不同抽取方式，本次设计需要设计四种抽取方式：调用

即对比计算信噪比、运算速率（MATLAB 中用计算时间来呈现）技术参数，并满

足 D=30 下信噪比 SNR3-SNR2>30dB,|SNR3-SNR4|<1dB 的指标要求。

4.能够实现信号的任意 I 插值，并实现多相滤波结构完成速率变换和分数倍采样

频率变换，即能够实现抽样插值定理，自主设计插值-抽样中的滤波器，完成分数

倍转换；完成多项滤波结构，实现高采样率下的抽样与插值。

1.2 方案设计

1.整数因子的抽取：满足关系式 x

到的序列

数字信号处理实践与设计

|H

(e

而在实际应用中，我们无法实现理想数字低通滤波器，所以我们需要利用窗函数

法，自主设计 FIR 数字低通滤波器，使其满足对应的幅度响应，达到理想低通滤

波器的效果。

2. 整数因子插值：满足 x

（m）=x（m/I）,（m=0，±I，±2I...）；0,（其他），

3.采样率的分数倍转换：即通过 D 抽取和 I 插值结合来实现，为了保证不丢失信

息，先插值再抽取，考虑到抽样与插值的处理过程均需要使用低通滤波器，所以

如图分析可以将两个低通滤波器合二为一，低通截止频率取二者之间的较小值。

4.多项滤波结构

数字信号处理实践与设计

求相当高。但在抽取模型中，低通滤波器在减速之前实现的，而插值模型，低通

滤波器又位于提速之后，对实时处理不利。所以，为了提高运算速率，抽取利用

如图 1.3 的多项滤波器结构，数字滤波器位于抽取器之后，即滤波是降速后进行

1.基础要求设计构思

根据设计需求，首先完成 44100Hz 可调节起止区间的音频信号采样，为了观察

取，并绘出时域波形，用 fft、fftshift、plot 函数绘出频谱。

激函数 h（n）卷积后抽取，并绘出时域波形，用 fft、fftshift、plot 函数绘出频谱。

滤波器设计要达到对应设计原理中的要求，本次设计中用窗函数法设计有限长数

字滤波器。

通过 tic，toc 函数可以得到对应的计算时间，来分析抽取效率。