數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《數(shù)字信號(hào)處理》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書</p><p><b>　　常波 編</b></p><p><b>　　淮陰工學(xué)院</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)工程學(xué)院通信系</p><p><b>　　2009.10</b></p><p&g

2、t;<b>　　一、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　《數(shù)字信號(hào)處理》課程是一門理論和技術(shù)發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的前沿性學(xué)科， 它的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)， 普遍感到數(shù)字信號(hào)處理的概念抽象， 對(duì)其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。因此， 如何幫助學(xué)生理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力， 是本課程教

3、學(xué)中所要解決的關(guān)鍵問題。</p><p>　　為了鞏固所學(xué)的數(shù)字信號(hào)處理理論知識(shí)， 使學(xué)生對(duì)信號(hào)的采集、處理、傳輸、顯示和存儲(chǔ)等有一個(gè)系統(tǒng)的掌握和理解， 安排了該課程的課程設(shè)計(jì)。 通過課程設(shè)計(jì)，應(yīng)能加強(qiáng)學(xué)生如下能力的培養(yǎng)：</p><p>　　獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造力；</p><p>　　綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；</p>&l

4、t;p>　　查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；</p><p>　　編寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。</p><p><b>　　二、一般設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。</b></p><p>　　按照設(shè)計(jì)任務(wù)寫出設(shè)計(jì)工作小結(jié)。對(duì)設(shè)計(jì)過程所進(jìn)行的有關(guān)

5、步驟作出說明，并對(duì)完成的設(shè)計(jì)作出評(píng)價(jià)，總結(jié)自己整個(gè)設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，收獲和今后研究方向。</p><p>　　編寫課程設(shè)計(jì)說明書，說明書必須按統(tǒng)一格式打印，裝訂成冊(cè)，字?jǐn)?shù)一般不少于三千字。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)課題</b></p><p>　　題目一 基于MATLAB 的語(yǔ)音處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p&

6、gt;<b>　?。ㄒ唬﹥?nèi)容</b></p><p>　　錄制一段個(gè)人自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)， 采用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器， 并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜， 并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；回放語(yǔ)音信號(hào)；最后， 設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理

7、系統(tǒng)界面。</p><p><b>　?。ǘ┎襟E</b></p><p><b>　　1．語(yǔ)音信號(hào)的采集</b></p><p>　　利用Windows 下的錄音機(jī)， 錄制一段自己的話音， 時(shí)間在1 s 內(nèi)。然后在Matlab 軟件平臺(tái)下， 利用函數(shù)wavread 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣， 記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。</

8、p><p>　　2．語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析</p><p>　　利用函數(shù)fft 對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換， 得到信號(hào)的頻譜特性， 要求首先畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形；然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。</p><p>　　3．設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)</p><p>　　給出各濾波器的性能指標(biāo):</p><p>　　(1) 低通濾

9、波器性能指標(biāo)　fb= 1000Hz， fc=1200 Hz， As=100dB， Ap= 1 dB。</p><p>　　(2) 高通濾波器性能指標(biāo)　fc= 4800 Hz， fb=5 000 Hz As= 100 dB， Ap= 1 dB。</p><p>　　(3) 帶通濾波器性能指標(biāo)　fb1=1200 Hz， fb2=3 000 Hz， fc1= 1 000 Hz， fc2= 3 2

10、00 Hz， As=100 dB，Ap= 1dB。</p><p>　　要求用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)上面要求的3種濾波器。在Matlab中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butte， cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。</p><p>　　4．用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波</p><p&

11、gt;　　要求用自己設(shè)計(jì)的各濾波器分別對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波， 在M at lab 中， FIR 濾波器利用函數(shù)fftfilt 對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。</p><p>　　5．比較濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形及頻譜</p><p>　　要求在一個(gè)窗口同時(shí)畫出濾波前后的波形及頻譜。</p><p><b>　　6．回放語(yǔ)音信號(hào)</b></p>&

12、lt;p>　　在Matlab 中， 函數(shù)sound 可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式: sound (x， fs， bit s) ； 可以感覺濾波前后的聲音有變化。</p><p><b>　　7．設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面</b></p><p>　　為了使編制的程序操作方便， 要求有能力的學(xué)生， 設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)的用戶界面。在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類型， 輸入濾波器

13、的參數(shù)， 顯示濾波器的頻率響應(yīng)， 選擇信號(hào)等。</p><p><b>　　（三）說明書要求</b></p><p>　　1．研究語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)；</p><p>　　2．探討語(yǔ)音分析與識(shí)別、處理的基本理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　3．寫出各步驟的MATLAB的程序代碼；</p><p&g

14、t;　　4．分析采集的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形與頻譜；分析濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形與頻譜；</p><p>　　5．濾波器的設(shè)計(jì)可采用圖形化設(shè)計(jì)工具FDATool和圖形化信號(hào)處理設(shè)計(jì)工具SPTool；</p><p>　　題目二 基于MATLAB 有噪聲語(yǔ)音信號(hào)的處理</p><p><b>　?。ㄒ唬﹥?nèi)容</b></p><p&

15、gt;　　選擇一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)作為分析的對(duì)象，或錄制一段各人自己的語(yǔ)音信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析；利用MATLAB中的隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生噪聲加入到語(yǔ)音信號(hào)中，模仿語(yǔ)音信號(hào)被污染，并對(duì)其進(jìn)行頻譜分析；設(shè)計(jì)F IR和IIR數(shù)字濾波器， 并對(duì)被噪聲污染的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波， 分析濾波后信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，回放語(yǔ)音信號(hào)。最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)界面。</p><p><b>　?。ǘ┎襟E與要求</b><

16、/p><p><b>　　1．語(yǔ)音信號(hào)的采集</b></p><p>　　利用Windows 下的錄音機(jī)， 錄制一段自己的話音， 時(shí)間在1 s 內(nèi)。然后在Matlab 軟件平臺(tái)下， 利用函數(shù)wavread 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣， 記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　2．語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析</p><p>　　在Mat

17、lab中，可以利用函數(shù)fft 對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換， 得到信號(hào)的頻譜特性， 要求學(xué)生首先畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形； 然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。</p><p>　　3．利用MATLAB中的隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生噪聲加入到語(yǔ)音信號(hào)中，模仿語(yǔ)音信號(hào)被污染，并對(duì)其進(jìn)行頻譜分析。</p><p>　　4．設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)給出濾波器的性能指標(biāo)。</p><p>　　確

18、定濾波器技術(shù)指標(biāo)，分別設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器。在Matlab中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butte， cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。</p><p>　　5．用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波</p><p>　　要求用自己設(shè)計(jì)的各濾波器分別對(duì)加噪聲后的信號(hào)進(jìn)行濾波，在Matlab中，F(xiàn)IR

19、濾波器利用函數(shù)fftfilt 對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，IIR濾波器利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。</p><p>　　5．比較濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形及頻譜</p><p>　　要求在一個(gè)窗口同時(shí)畫出濾波前后的波形及頻譜。</p><p><b>　　6．回放語(yǔ)音信號(hào)</b></p><p>　　在Matlab 中，函數(shù)so

20、und 可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式: sound (x，fs， bits) ； 可以感覺濾波前后的聲音有變化。</p><p><b>　　7．設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面</b></p><p>　　為了使編制的程序操作方便， 要求有能力的學(xué)生設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)的用戶界面。在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類型， 輸入濾波器的參數(shù)， 顯示濾波器的頻率響應(yīng)，選擇信號(hào)等。</p&

21、gt;<p><b>　?。ㄈ┱f明書要求</b></p><p>　　1．研究語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)；</p><p>　　2．探討語(yǔ)音分析與識(shí)別、處理的基本理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　3．寫出各步驟的MATLAB的程序代碼；</p><p>　　4．分析采集的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形與頻譜；分析濾波前后

22、語(yǔ)音信號(hào)的波形與頻譜；</p><p>　　5．濾波器的設(shè)計(jì)可采用圖形化設(shè)計(jì)工具FDATool和圖形化信號(hào)處理設(shè)計(jì)工具SPTool；</p><p>　　題目三 基于MATLAB 的語(yǔ)音信號(hào)的特技處理</p><p><b>　?。ㄒ唬﹥?nèi)容</b></p><p>　　選擇一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)作為分析的對(duì)象，或錄制一段各人自己

23、的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行頻譜分析； 然后在時(shí)域用數(shù)字信號(hào)處理方法將信號(hào)加入延時(shí)和混響， 再分析其頻譜，并與原始信號(hào)頻譜進(jìn)行比較；最后設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)界面。</p><p><b>　?。ǘ┎襟E</b></p><p>　　1．利用Windows下的錄音機(jī)或其他軟件，錄制一段自己的語(yǔ)音信號(hào)，時(shí)間控制在1s左右，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；</p><

24、p>　　2．語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析，畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；</p><p>　　3．將信號(hào)加入延時(shí)和混響，再分析其頻譜，并與原始信號(hào)頻譜進(jìn)行比較；</p><p>　　4．設(shè)計(jì)幾種特殊類型的濾波器：?jiǎn)位芈暈V波器，多重回聲濾波器，無(wú)限個(gè)回聲濾波器，全通結(jié)構(gòu)的混響器，并畫出濾波器的頻域響應(yīng)；</p><p>　　5．用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)

25、行濾波；</p><p>　　6．分析得到信號(hào)的頻譜，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；</p><p><b>　　7．回放語(yǔ)音信號(hào)。</b></p><p><b>　　（三）說明書要求</b></p><p>　　1．研究語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)；</p&

26、gt;<p>　　2．探討語(yǔ)音分析與識(shí)別、處理的基本理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　3．寫出各步驟的MATLAB的程序代碼；</p><p>　　4．分析采集的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形與頻譜；分析濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形與頻譜；</p><p>　　5．濾波器的設(shè)計(jì)可采用圖形化設(shè)計(jì)工具FDATool和圖形化信號(hào)處理設(shè)計(jì)工具SPTool；</p&

27、gt;<p>　　題目四 基于MATLAB的雙音多頻撥號(hào)系統(tǒng)的仿真</p><p><b>　?。ㄒ唬┗驹?lt;/b></p><p><b>　　1、引言</b></p><p>　　雙音多頻（Dual Tone Multi Frequency， DTMF）信號(hào)是音頻電話中的撥號(hào)信號(hào)，由美國(guó)AT&

28、T貝爾公司實(shí)驗(yàn)室研制，并用于電話網(wǎng)絡(luò)中。這種信號(hào)制式具有很高的撥號(hào)速度，且容易自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別，很快就代替了原有的用脈沖計(jì)數(shù)方式的撥號(hào)制式。這種雙音多頻信號(hào)制式不僅用在電話網(wǎng)絡(luò)中，還可以用于傳輸十進(jìn)制數(shù)據(jù)的其它通信系統(tǒng)中，用于電子郵件和銀行系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)中用戶可以用電話發(fā)送DTMF信號(hào)選擇語(yǔ)音菜單進(jìn)行操作。</p><p>　　DTMF信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)典型的小型信號(hào)處理系統(tǒng)，它要用數(shù)字方法產(chǎn)生模擬信號(hào)并進(jìn)行傳輸，其中

29、還用到了D/A變換器；在接收端用A/D變換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理與識(shí)別。為了系統(tǒng)的檢測(cè)速度并降低成本，還開發(fā)一種特殊的DFT算法，稱為戈澤爾(Goertzel)算法，這種算法既可以用硬件（專用芯片）實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。下面首先介紹雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生方法和檢測(cè)方法，包括戈澤爾算法，最后進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。下面先介紹電話中的DTMF信號(hào)的組成。</p><p>　　在電話中，數(shù)字0~9的中每一個(gè)都用兩

30、個(gè)不同的單音頻傳輸，所用的8個(gè)頻率分成高頻帶和低頻帶兩組，低頻帶有四個(gè)頻率：679Hz，770Hz，852Hz和941Hz；高頻帶也有四個(gè)頻率：1209Hz，1336Hz，1477Hz和1633Hz.。每一個(gè)數(shù)字均由高、低頻帶中各一個(gè)頻率構(gòu)成，例如1用697Hz和1209Hz兩個(gè)頻率，信號(hào)用表示，其中，。這樣8個(gè)頻率形成16種不同的雙頻信號(hào)。具體號(hào)碼以及符號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率如表1所示。表中最后一列在電話中暫時(shí)未用。</p>&l

31、t;p>　　表1 雙頻撥號(hào)的頻率分配</p><p>　　DTMF信號(hào)在電話中有兩種作用，一個(gè)是用撥號(hào)信號(hào)去控制交換機(jī)接通被叫的用戶電話機(jī)，另一個(gè)作用是控制電話機(jī)的各種動(dòng)作，如播放留言、語(yǔ)音信箱等。</p><p>　　2、電話中的雙音多頻（DTMF）信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)</p><p>　?。?）雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生</p><p>　

32、　假設(shè)時(shí)間連續(xù)的 DTMF信號(hào)用表示，式中是按照表1選擇的兩個(gè)頻率，代表低頻帶中的一個(gè)頻率，代表高頻帶中的一個(gè)頻率。顯然采用數(shù)字方法產(chǎn)生DTMF信號(hào)，方便而且體積小。下面介紹采用數(shù)字方法產(chǎn)生DTMF信號(hào)。規(guī)定用8KHz對(duì)DTMF信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣后得到時(shí)域離散信號(hào)為</p><p>　　形成上面序列的方法有兩種，即計(jì)算法和查表法。用計(jì)算法求正弦波的序列值容易，但實(shí)際中要占用一些計(jì)算時(shí)間，影響運(yùn)行速度。查表法是預(yù)先

33、將正弦波的各序列值計(jì)算出來(lái)，寄存在存儲(chǔ)器中，運(yùn)行時(shí)只要按順序和一定的速度取出便可。這種方法要占用一定的存儲(chǔ)空間，但是速度快。</p><p>　　因?yàn)椴蓸宇l率是8000Hz，因此要求每125ms輸出一個(gè)樣本，得到的序列再送到D/A變換器和平滑濾波器，輸出便是連續(xù)時(shí)間的DTMF信號(hào)。DTMF信號(hào)通過電話線路送到交換機(jī)。</p><p>　　（2）雙音多頻信號(hào)的檢測(cè)</p>&l

34、t;p>　　在接收端，要對(duì)收到的雙音多頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)兩個(gè)正弦波的頻率是多少，以判斷所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字或者符號(hào)。顯然這里仍然要用數(shù)字方法進(jìn)行檢測(cè)，因此要將收到的時(shí)間連續(xù) DTMF信號(hào)經(jīng)過A/D變換，變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的方法有兩種，一種是用一組濾波器提取所關(guān)心的頻率，根據(jù)有輸出信號(hào)的2個(gè)濾波器判斷相應(yīng)的數(shù)字或符號(hào)。另一種是用DFT（FFT）對(duì)雙音多頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，由信號(hào)的幅度譜，判斷信號(hào)的兩個(gè)頻率，最后確定相應(yīng)的數(shù)字

35、或符號(hào)。當(dāng)檢測(cè)的音頻數(shù)目較少時(shí)，用濾波器組實(shí)現(xiàn)更合適。FFT是DFT的快速算法，但當(dāng)DFT的變換區(qū)間較小時(shí)，F(xiàn)FT快速算法的效果并不明顯，而且還要占用很多內(nèi)存，因此不如直接用DFT合適。下面介紹Goertzel算法，這種算法的實(shí)質(zhì)是直接計(jì)算DFT的一種線性濾波方法。這里略去Goertzel算法的介紹（請(qǐng)參考文獻(xiàn)[19]），可以直接調(diào)用MATLAB信號(hào)處理工具箱中戈澤爾算法的函數(shù)Goertzel，計(jì)算N點(diǎn)DFT的幾個(gè)感興趣的頻點(diǎn)的值。&l

36、t;/p><p>　　3、檢測(cè)DTMF信號(hào)的DFT參數(shù)選擇</p><p>　　用DFT檢測(cè)模擬DTMF信號(hào)所含有的兩個(gè)音頻頻率，是一個(gè)用DFT對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的問題。根據(jù)第三章用DFT對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行譜分析的理論，確定三個(gè)參數(shù)：（1）采樣頻率，（2）DFT的變換點(diǎn)數(shù)N，（3）需要對(duì)信號(hào)的觀察時(shí)間的長(zhǎng)度。這三個(gè)參數(shù)不能隨意選取，要根據(jù)對(duì)信號(hào)頻譜分析的要求進(jìn)行確定。這里對(duì)信號(hào)頻譜分析也有三個(gè)

37、要求： （1）頻率分辨率，（2）譜分析的頻譜范圍，（3）檢測(cè)頻率的準(zhǔn)確性。</p><p>　?。?） 頻譜分析的分辨率。</p><p>　　觀察要檢測(cè)的8個(gè)頻率，相鄰間隔最小的是第一和第二個(gè)頻率，間隔是73Hz，要求DFT最少能夠分辨相隔73Hz的兩個(gè)頻率，即要求。DFT的分辨率和對(duì)信號(hào)的觀察時(shí)間有關(guān)， 。考慮到可靠性，留有富裕量，要求按鍵的時(shí)間大于40ms。</p>

38、<p>　?。?）頻譜分析的頻率范圍</p><p>　　要檢測(cè)的信號(hào)頻率范圍是697～1633Hz，但考慮到存在語(yǔ)音干擾，除了檢測(cè)這8個(gè)頻率外，還要檢測(cè)它們的二次倍頻的幅度大小，波形正常且干擾小的正弦波的二次倍頻是很小的，如果發(fā)現(xiàn)二次諧波很大，則不能確定這是DTMF信號(hào)。這樣頻譜分析的頻率范圍為697～3266Hz。按照采樣定理，最高頻率不能超過折疊頻率，即，由此要求最小的采樣頻率應(yīng)為7.24KHz。

39、因?yàn)閿?shù)字電話總系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定＝8KHz，因此對(duì)頻譜分析范圍的要求是一定滿足的。按照，＝8KHz，算出對(duì)信號(hào)最少的采樣點(diǎn)數(shù)為。</p><p>　　（3）檢測(cè)頻率的準(zhǔn)確性</p><p>　　這是一個(gè)用DFT檢測(cè)正弦波頻率是否準(zhǔn)確的問題。序列的N點(diǎn)DFT是對(duì)序列頻譜函數(shù)在0～區(qū)間的N點(diǎn)等間隔采樣，如果是一個(gè)周期序列，截取周期序列的整數(shù)倍周期，進(jìn)行DFT，其采樣點(diǎn)剛好在周期信號(hào)的頻率上，DFT的

40、幅度最大處就是信號(hào)的準(zhǔn)確頻率。分析這些DTMF信號(hào)，不可能經(jīng)過采樣得到周期序列，因此存在檢測(cè)頻率的準(zhǔn)確性問題。</p><p>　　DFT的頻率采樣點(diǎn)頻率為（k=0，1，2，---，N-1），相應(yīng)的模擬域采樣點(diǎn)頻率為（k=0，1，2，---，N-1），希望選擇一個(gè)合適的N，使用該公式算出的能接近要檢測(cè)的頻率，或者用8個(gè)頻率中的任一個(gè)頻率代入公式中時(shí)，得到的k值最接近整數(shù)值，這樣雖然用幅度最大點(diǎn)檢測(cè)的頻率有誤差，但

41、可以準(zhǔn)確判斷所對(duì)應(yīng)的DTMF頻率，即可以準(zhǔn)確判斷所對(duì)應(yīng)的數(shù)字或符號(hào)。經(jīng)過分析研究認(rèn)為N＝205是最好的。按照＝8KHz，N＝205，算出8個(gè)頻率及其二次諧波對(duì)應(yīng)k值，和k取整數(shù)時(shí)的頻率誤差見表2。</p><p><b>　　表2 </b></p><p>　　通過以上分析，確定＝8KHz，N＝205，。</p><p>　　4、DTMF信號(hào)

42、的產(chǎn)生與識(shí)別仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　下面先介紹MATLAB工具箱函數(shù)goertzel，然后介紹DTMF信號(hào)的產(chǎn)生與識(shí)別仿真實(shí)驗(yàn)程序。Goerztel函數(shù)的調(diào)用格式額為</p><p>　　Xgk=goertzel(xn，K)</p><p>　　xn是被變換的時(shí)域序列，用于DTMF信號(hào)檢測(cè)時(shí)，xn就是DTMF信號(hào)的205個(gè)采樣值。</p><

43、;p>　　K是要求計(jì)算的DFT[xn]的頻點(diǎn)序號(hào)向量，用N表示xn的長(zhǎng)度，則要求1≤K≤N。由表10.2.2可知，如果只計(jì)算DTMF信號(hào)8個(gè)基頻時(shí)，</p><p>　　K=[18，20，22，24，31，34，38，42]，</p><p>　　如果同時(shí)計(jì)算8個(gè)基頻及其二次諧波時(shí)，</p><p>　　K=[18，20，22，24，31，34，35，38，3

44、9，42，43，47，61，67，74，82]。</p><p>　　Xgk是變換結(jié)果向量，其中存放的是由K指定的頻率點(diǎn)的DFT[x(n)]的值。設(shè)X(k)= DFT[x(n)]，則。 </p><p>　　DTMF信號(hào)的產(chǎn)生與識(shí)別仿真實(shí)驗(yàn)在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行，編寫仿真程序，運(yùn)行程序，送入6位電話號(hào)碼，程序自動(dòng)產(chǎn)生每一位號(hào)碼數(shù)字相應(yīng)的DTMF信號(hào)，并送出雙頻聲音，再用DFT進(jìn)行譜分析，

45、顯示每一位號(hào)碼數(shù)字的DTMF信號(hào)的DFT幅度譜，安照幅度譜的最大值確定對(duì)應(yīng)的頻率，再安照頻率確定每一位對(duì)應(yīng)的號(hào)碼數(shù)字，最后輸出6位電話號(hào)碼，程序名為exp6。</p><p>　　程序分四段：第一段（2—7行）設(shè)置參數(shù)，并讀入6位電話號(hào)碼；第二段（9—20行）根據(jù)鍵入的6位電話號(hào)碼產(chǎn)生時(shí)域離散DTMF信號(hào)，并連續(xù)發(fā)出6位號(hào)碼對(duì)應(yīng)的雙音頻聲音；第三段（22—25行）對(duì)時(shí)域離散DTMF信號(hào)進(jìn)行頻率檢測(cè)，畫出幅度譜；第

46、四段（26—33行）根據(jù)幅度譜的兩個(gè)峰值，分別查找并確定輸入6位電話號(hào)碼。根據(jù)程序中的注釋很容易分析編程思想和處理算法。程序清單如下：</p><p><b>　　exp6.m</b></p><p>　　% DTMF雙頻撥號(hào)信號(hào)的生成和檢測(cè)程序</p><p>　　%clear all；clc；</p><p>　　t

47、m=[1，2，3，65；4，5，6，66；7，8，9，67；42，0，35，68]； % DTMF信號(hào)代表的16個(gè)數(shù)</p><p>　　N=205；K=[18，20，22，24，31，34，38，42]；</p><p>　　f1=[697，770，852，941]； % 行頻率向量</p><p>　　f2=[1209，1

48、336，1477，1633]； % 列頻率向量</p><p>　　TN=input('鍵入6位電話號(hào)碼= ')； % 輸入6位數(shù)字</p><p>　　TNr=0； %接收端電話號(hào)碼初值為零</p><p>　　for l=1:6；<

49、;/p><p>　　d=fix(TN/10^(6-l))；</p><p>　　TN=TN-d*10^(6-l)；</p><p>　　for p=1:4；</p><p>　　for q=1:4；</p><p>　　if tm(p，q)==abs(d)； break，end % 檢測(cè)碼相符的列號(hào)q</

50、p><p><b>　　end</b></p><p>　　if tm(p，q)==abs(d)； break，end % 檢測(cè)碼相符的行號(hào)p</p><p><b>　　end</b></p><p>　　n=0:1023； % 為

51、了發(fā)聲，加長(zhǎng)序列</p><p>　　x = sin(2*pi*n*f1(p)/8000) + sin(2*pi*n*f2(q)/8000)；% 構(gòu)成雙頻信號(hào)</p><p>　　sound(x，8000)； % 發(fā)出聲音</p><p>　　pause(0.1)</p><p>　

52、　% 接收檢測(cè)端的程序</p><p>　　X=goertzel(x(1:205)，K+1)； % 用Goertzel算法計(jì)算八點(diǎn)DFT樣本</p><p>　　val = abs(X)； % 列出八點(diǎn)DFT向量</p><p>　　subplot(3，2，l)；</p>&

53、lt;p>　　stem(K，val，'.')；grid；xlabel('k')；ylabel('|X(k)|') % 畫出DFT(k)幅度</p><p>　　axis([10 50 0 120])</p><p>　　limit = 80； %</p><p>　　for s=5

54、:8；</p><p>　　if val(s) > limit， break， end % 查找列號(hào)</p><p><b>　　end</b></p><p>　　for r=1:4；</p><p>　　if val(r) > limit， break， end % 查找行號(hào)<

55、;/p><p><b>　　end</b></p><p>　　TNr=TNr+tm(r，s-4)*10^(6-l)；</p><p><b>　　end</b></p><p>　　disp('接收端檢測(cè)到的號(hào)碼為：') % 顯示接收到的字符</p>&l

56、t;p><b>　　disp(TNr)</b></p><p>　　運(yùn)行程序，根據(jù)提示鍵入6位電話號(hào)碼123456，回車后可以聽見6位電話號(hào)碼對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)的聲音，并輸出相應(yīng)的6幅頻譜圖如圖10.10.1所示，左上角的第一個(gè)圖在k=18和k=31兩點(diǎn)出現(xiàn)峰值，所以對(duì)應(yīng)第一位號(hào)碼數(shù)字1。最后顯示檢測(cè)到的電話號(hào)碼123456。</p><p>　　圖1 6位電

57、話號(hào)碼123456的DTMF信號(hào)在8個(gè)近似基頻點(diǎn)的DFT幅度</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　任意送入8位電話號(hào)碼，打印出相應(yīng)的幅度譜。觀察程序運(yùn)行結(jié)果，對(duì)照表1和表2，判斷程序譜分析的正確性。</p><p><b>　?。ㄈ┱f明書要求</b></p><p&

58、gt;　　1．研究雙音多頻撥號(hào)（DTMF）系統(tǒng)，研究電話中雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)原理；</p><p>　　2．分析程序exp8.m，畫出仿真程序流程圖。</p><p>　　3．打印6位和8位電話號(hào)碼DTMF信號(hào)的幅度譜。</p><p>　　4．說明DTMF信號(hào)的參數(shù)：采樣頻率、DFT的變換點(diǎn)數(shù)以及觀測(cè)時(shí)間的確定原則。</p><p>

59、<b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 高西全，丁玉美. 數(shù)字信號(hào)處理（第三版）.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.8</p><p>　　2 王宏. MATLAB6.5及其在信號(hào)處理中的應(yīng)用. 北京：清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　3 李正周. MATLAB數(shù)字信號(hào)處理與應(yīng)用. 北京:清華大學(xué)出版社，20

60、08</p><p>　　4 徐明遠(yuǎn)，劉增力MATLAB仿真在信號(hào)處理中的應(yīng)用.西安:電子科技大學(xué)出版社，2007 </p><p>　　5 李顯宏. MATLAB 7.x界面設(shè)計(jì)與編譯技巧. 北京: 電子工業(yè)出版社， 2006</p><p>　　6 郭仕劍等. MATLAB7.X數(shù)字信號(hào)處理. 人民郵電出版社， 2006</p><p>