数字信号处理综合性实验项目设计
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇数字信号处理综合性实验项目设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：对“数字信号处理”实验内容进行改革，重新规划实验教学体系，开发出综合设计型的实验项目。把语音信号的实时采集、FFT谱分析、数字滤波器设计、滤波前后信号的时域和频谱波形的显示放到一个实验项目中。实验内容具有趣味性，能激发学习兴趣，收到良好效果。
关键词：
中图分类号：TN911.72文献标识码：A文章编号：10053824（2013）06008104
0引言
随着计算机和大规模集成电路技术的快速发展，数字信号处理技术已在许多领域得到广泛的应用[1]，数字信号处理已成为高等院校电气信息类专业一门重要的专业基础课程。该课程的特点是概念多，公式、性质的推导和证明繁琐，学生从课堂上看到和听到的多是一些枯燥的数学公式、单调的推导过程和难以理解的算法[2]，很难将与该课程相关的理论知识应用到工程实践中。如果对数字信号处理实验进行合理的规划，并加入一些综合设计性的实验项目，将有助于学生对数字信号处理的基本概念和信号处理算法的理解、掌握和应用[3]。为了使该课程的实验教学能有效地提高学生的综合素质，满足学生实践能力培养的要求[4]，我们对数字信号处理实验教学内容进行了改革，重新构建了实验体系，并设计出了综合设计性的实验项目。把基于PC（personal computer）机的语音信号采集、加噪、滤波、信号时域波形的显示和谱分析等内容放到一个综合性实验项目当中，提高了学生的学习兴趣，取得了良好的效果[5]。
1综合性实验项目的设计
数字信号处理主要研究的是线性时不变离散时间系统的系统分析与系统综合[6]。它包括序列的FT（fourier transform）、DFT（discrete fourier transform）、FFT（fast fourier transform）、系统网络结构、IIR（infinite impulse response）和FIR（finite impulse response）数字滤波器的设计等主要内容[7]。我校开设的实验是采用Matlab对离散时间系统进行时域和频域分析，利用FFT进行谱分析以及IIR和FIR数字滤波器的设计。以前的实验只是应用Matlab验证数字信号处理基本理论，根据指标设计数字滤波器等，这样的实验内容缺乏工程应用背景，难以激发学生的兴趣。因此，课程组老师对这门课的实验重新进行了规划。在“用双线性变换法设计IIR数字滤波器”实验中，要求对医学上的心电图信号进行滤波处理[8]；在“FIR数字滤波器设计与实现”实验中，要求设计一个数字低通滤波器，从一个带有高频噪声的信号中提取单频调幅信号。此外，还设计了一个综合性的实验项目，即“基于Matlab的实时语音信号分析和处理”。
1.1实验内容设计
综合性实验项目的主要内容包括：语音信号的实时采集、FFT谱分析、数字滤波器的设计、语音信号的播放4个部分，其结构框图如图1所示。在Matlab运行环境下，学生通过连接到PC机的麦克风实时采集自己的语音信号；设计IIR和FIR 2种数字滤波器， FIR滤波器要求设计出低通、高通、带通和带阻4种类型。设计的滤波器的频率指标和衰减指标由自己选定和调整，显示采集的语音信号滤波前后的时域和频域（FFT谱分析）波形图，用耳机播放滤波前后的语音信号。
2结语
我校的数字信号处理课程共开设了6个实验项目，综合性实验项目是其第6个实验。学生通过前5次实验的训练，对Matlab的使用、离散信号的谱分析、离散系统的频响特性分析、IIR和FIR数字滤波器的设计等相关知识有了一定的基础。在第6个综合性实验项目中，老师只给出实验的要求，实验中信号的采集、信号的谱分析、滤波器的设计、信号时域和频域波形的显示都由学生自己通过Matlab编程解决。在做实验之前，要求学生查询和理解本实验所用的相关函数的用法。由于学生能身临其境地体会到实验的效果和实验项目所具有的趣味性，由此激发了学生的学习兴趣和创新意识。在上实验课的过程中，有学生提出用Windows下的录音机或其他软件来录制语音，也有同学在网上下载WAV格式的手机铃声进行信号的处理，处理完后作为自己手机的铃声。数字信号处理的6个实验结束后，我们做了一个关于实验授课情况的调查问卷，大部分学生认为，综合性实验项目调动了学生主动学习的积极性，加深了对课程理论知识点的理解，提高了综合运用知识的能力。
参考文献：
[1]何方白，张德民，阳莉，等.数字信号处理[M].北京：高等教育出版社，2009：1.
[2]李强，明艳，陈前斌，等.基于Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现[J].实验技术与管理，2006（5）：8183，114.
[3]杨述斌.数字信号处理实践教学的层次设计[J].实验室研究与探索，2009（2）：123125.
[4]何方白，朱连轩，李强，等.积极进行数字信号处理实验教学改革[J].实验科学与技术，2003（3）：2830.
[5]汪春梅，杨敏，倪继锋，等.利用开放性“数字信号处理”课程设计培养学生的创新精神[J].实验室研究与探索，2010（11）：122124.
[6]夏平，向学军，吉培荣，等.基于MATLAB的信号与系统、数字信号处理实验体系教学实践[J].电气电子教学学报，2004（5）：7374，99.
[7]袁小平，王艳芬，史良，等.基于Matlab的《数字信号处理》课程的实验教学[J].实验室研究与探索，2002（1）：5860.
[8]丁玉美，高西全.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002：424.
[9]陈宇锋.基于声卡和MATLAB的语音信号采集和处理[J].中国现代教育装备，2006（5）：4951，56.
[10]李军，周亚训.基于MATLAB和DSP的数字信号处理课程实验设计[J].实验室研究与探索，2007（1）：2630.
[11]楼顺天，李博菡.基于MATLAB的系统分析与设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998：205206.
[12]许文仪，谷雨.基于MATLAB的声波分析研究[J].实验室研究与探索，2008（7）：3741，51.
作者简介：
李强（1968），男，湖南益阳人，副教授，主要从事信号处理研究。
基金项目：重庆市教改项目――面向“三网融合”的通信工程、广播电视工程、网络工程的人才培养体系与教学内容的改革与实践（103114）；工科院校电子信息专业信号处理系列课程教学改革手段的研究与实践（113002）；重庆邮电大学通信学院2010院级教育教学改革项目（CIEJG20100201）。