电子信息工程专业数字信号处理课程设计研究与探索

乔丽红,秦瑶

(河南工业大学信息科学与工程学院,河南郑州450001)

摘要:本文介绍了数字信号处理课程设计模式的探索和实践情况。为了培养学生能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题,文中论述选取语音信号处理中的生动的实验,使同学们加深对数字信号处理的认识,激发学习兴趣。

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关键词 :数字信号处理课程设计;实验教学;教学手段

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)10-0126-02

基金支持:河南省教育厅电子信息工程特色专业项目、高等学校电子信息工程专业综合改革试点

《数字信号处理课程设计》是继《数字信号处理》、《Matlab及其应用》课程及有关课程设计后,电子信息工程专业学生在信号处理技术方面综合性的设计实训课程,以往的数字信号处理课程设计的内容主要是利用MATLAB实现离散时间系统的时域和频域分析、利用FFT进行频谱分析及IIR和FIR数字滤波器的设计,这些设计项目都属于验证性设计[1,2]。但这样的设计的问题是内容缺乏工程应用背景,难以激发学生兴趣[3,4]。为了培养学生能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题,锻炼学生处理实际问题的能力,满足工程认证的要求,我们对数字信号处理课程设计的内容进行了改革,设计了两组综合性的题目:对语音信号进行回声、基于滤波器的语音信号的去噪处理实验。让学生自己体会到数字信号处理对实际信号的作用,通过前后的语音效果,使同学们加深对数字信号处理的认识,激发学习兴趣。

一、语音信号的滤波及处理

1.语音信号的回声处理。题目:用Windows附件中的录音机录一段男同学的声音,作为语音信号的分析样本,时间3.65s,命名为1.wav,保存在MATLAB的work文件夹下,音频文件属性为22050kHz,16位,单声道。

利用sound函数,可清晰地听到读音为:“河南工业大学”。现对该语音信号进行延时、将两个声音信号叠加产生后产生回声信号,关键程序如下:

利用sound函数比较处理前后的语音信号,回声效果良好。

2.基于滤波器的语音信号的去噪处理实验。

步骤一语音信号的采集

对信号进行采样时,必须满足抽样定理,只有满足了抽样定理,也就是抽样速率大于频带宽度的二倍才能满足抽样定理[13],这样才能够又抽样的都得到的信号恢复初始信号[11]。经过采样和量化过程之后,通常还要多语音信号进行预加重处理从而降低信号经传输信道后的噪声功率,从而提高输出信号的信噪比。

本文通过计算机中的录音机以一段内容为“hello,大家好,我叫***”的录音作为分析样本,保存为“yuyin.wav”格式。

语音信号提取程序:

[x,fs,bits]=wavread(´D:\Program Files\MATLAB71\work\yuyin.wav´);% 读取语音信号的数据,

N=length(x);

y=fft(x,N/2);%对采样后信号做N点FFT变换

f=fs*(0:N-1)/N;

f=f(1:N/2);

t=(0:N-1)/fs;

步骤二利用窗函数法设计低通滤波器设计,对语音信号进行去噪处理

数字滤波器可以分为两种,本文主要是针对其中的一种FIR数字滤波器进行设计。低通滤波程序:

步骤三设计用户交互界面

在本文中,通过GUIDE的方法制作一个简单的包含语音信号提取、重采样、加噪音处理,短时能量,滤波器滤波等的图形用户界面,通过这些按钮实现对语音信号的处理。

图形用户界面如下:

图形用户界面包括语音提取、短时能量、重采样、加噪音、IIR滤波、FIR滤波等按钮,用鼠标点击不同的按钮,会显示不同的效果图。

二、小结

本文利用MATLAB的声音处理函数和媒体播放器,设计了三组基于语音信号的综合性数字信号处理课程设计题目,该设计可以将复杂抽象的数字信号处理算法以可视化的形式展示出来,有利于理解算法的物理意义,激发学习兴趣。

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参考文献

[1]王永超,黄伟志.电力系统数字滤波器优化设计与[本文来自于www.jyQkw.cOm]算法实现[J].微计算机信息,2008,(8):88-90.

[2]张卫东,卢铁兵,等. 电气工程专业数字信号处理课程的实验教学研究[J].电气电子教学学报,2001,(2):51-53.

[3]许爽,李敏.综合设计性数字信号处理实验的探讨[J].大连民族学院学报,2011,12(3):277-280.

[4]王忠良.Matlab在综合设计性数字信号处理实验中的应用[J].铜陵学院学报,2013,(1):105-107.

浏览次数:  更新时间:2016-09-22 09:00:43
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