信号和系统实验报告六.doc

信号与系统实验报告 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 姓名： 实验名称：实验六 语音信号采样系统模型的设计及分析 学号： 班级： 实验时间： 评语： 实验目的 1.复习采样定理 2.掌握应用matlab函数设计模拟滤波器的方法 3.掌握系统性能分析的方法 4.结合实际综合应用信号与系统的基础理论 实验原理 在数字语音系统中，需首先对语音信号（模拟信号）采样，语音信号频率范围[-fh，fh]，信号中一般含有干扰噪声，其频带宽度远大于fh。本次实验以电话系统中的语音信号采样系统为对象，设计语音信号采样前滤波器。数字电话系统结构框图如图8.1，电话系统中一般要保证4kHz的音频带宽，即取fh＝4kHz，但送话器发出的信号的带宽比fh大很多。因此在A/D转换之前需对其进行模拟预滤波，以防止采样后发生频谱混叠失真。为使信号采集数量尽量少，设模数转换器的采样频率为8kHz。 滤波器的定义 在信号处理时，通常都会遇到有用信号中混入(叠加)噪声的问题，消除或减弱噪声对信号的干扰，是信号处理中的一种最基本且重要的技术。根据有用信号与噪声不同的特性，抑制不需要的噪声或干扰， 提取出有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的装置称为滤波器。 在A/D变换前，常常需要设置一个模拟滤波器进行预滤波以限 制信号带宽，去掉高于1/2抽样频率以上的高频分量，防止频谱 混叠现象的发生，称为抗混叠滤波器或预抽样滤波器 模拟滤波器的设计 模拟滤波器的理论和设计方法已发展得相当成熟，且有若干典型的模拟滤波器供我们选择，这些滤波器都有严格的设计公式、现成的曲线和图表供设计人员使用。 典型的模拟滤波器 巴特沃斯 Butterworth 滤波器 幅频特性单调下降 切比雪夫 Chebyshev 滤波器 幅频特性在通带或者在阻带有波动 贝塞尔 Bessel 滤波器 通带内有较好的线性相位持性 椭圆 Ellipse 滤波器 以这些数学函数命名的滤波器是低通滤波器的原型 模拟滤波器按幅度特性可分成低通、高通、带通和带阻滤波器，它们的理想幅度特性如图所示。 模拟低通滤波器的设计指标有αp, Ωp,αs和Ωs。 Ωp；通带截止频率 Ωs：阻带截止频率 αp：通带中最大衰减系数 αs；阻带最小衰减系数 αp和αs一般用dB数表示。对于单调下降的幅度特性，可表示成： 实验内容 1.设计任务即是模拟预滤波系统，要求能够防止语音信号采样后发生频谱混叠失真,语音信号采样频率为8kHz。 实际的话音信号在3.4kHz以内，要保证4kHz的音频带宽，因干扰噪声存在的缘故，实际送话器发出的信号的带宽要大很多，因此需设计模拟低通滤波器，设计指标请根据要求自行选取。 2.性能测试：自制带噪声的话音信号（信号文件dsp01_noise），将wav波形信号作为系统测试信号，测试所设计模拟预滤波系统的滤波性能，对输入及输出信号作频谱分析。 四.实验分析 1、滤波器设计程序： clc;clear; wp=2*pi*3400; ws=2*pi*4000; Rp=2;Rs=30; [N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,Rs,s); [B,A]=butter(N,wc,s); freqs(B,A); sys1=tf(B,A) 2、性能测试 %接上一个程序 x1 = wavread(dsp01_noise); Time=linspace(0,1,length(x1)); y1=lsim(sys1,x1,Time); figure(2);subplot(2,1,1);plot(x1); xlabel(输入语音信号); figure(2);subplot(2,1,2); plot(y1); xlabel(输出语音信号); wavwrite(y1,22050*2,out_noise); xs=downsample(x1,3); xs1=xs; ys=downsample(y1,3); ys1=ys; fft_end=4096*12; XK=fft(xs1(1:fft_end)); YK=fft(ys1(1:fft_end)); k=0:(length(XK)-1); w=k*7350*2/fft_end; figure(3);subplot(2,1,1); plot(w,abs(XK)); xlabel(输入语音信号频谱); subplot(2,1,2);plot(w,abs(YK)); xlabel(输出语音信号频谱); 思路分析 滤波器设计思路 实际的话音信号在3.4kHz以内，要保证4kHz的音频带宽，因干扰噪声存在的缘故，实际送话器发出的信