序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇數(shù)字信號處理論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；MATLAB仿真；教學(xué)改革

作者簡介：李磊（1981-），男，河南南陽人，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，講師；楊潔（1983-），女，河南商丘人，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，講師。（河南 鄭州 450001）

基金項(xiàng)目：本文系2012年度教育部大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃課題（項(xiàng)目編號：1210459084）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0056-02

“數(shù)字信號處理”課程是電子信息、通信工程、自動化工程及相近專業(yè)必修的專業(yè)課，在電氣工程、測控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。[1]當(dāng)前國家越來越重視大學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。通過實(shí)施教育部大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃和卓越工程師計(jì)劃，促進(jìn)高等學(xué)校轉(zhuǎn)變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練，增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新能力和在創(chuàng)新基礎(chǔ)上的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的工程實(shí)踐能力，需要調(diào)整“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)內(nèi)容，引入新的教學(xué)手段和教學(xué)方法來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這是專業(yè)基礎(chǔ)課教師所面臨的重要課題。筆者介紹了一種針對本科生教學(xué)的分層教學(xué)模式，突破單一的理論灌輸?shù)慕虒W(xué)弊端，顯著提高學(xué)生們學(xué)以致用的能力，并運(yùn)用實(shí)例介紹了這種分層教學(xué)模式。

一、“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字信號處理是一門理論性很強(qiáng)的課程，內(nèi)容抽象，公式繁多，課程內(nèi)容涉及很多數(shù)學(xué)推導(dǎo)與計(jì)算。目前，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要存在以下問題：[2，3]

1.教學(xué)內(nèi)容過度重視理論推導(dǎo)，不注重理論和實(shí)踐相結(jié)合

國內(nèi)大學(xué)的很多任課老師往往注重講授公式性質(zhì)、定理的由來，注重理論的嚴(yán)謹(jǐn)與正確性，這勢必大大占據(jù)有限的授課時(shí)間。這種教學(xué)思路使課程陷于數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算，而使學(xué)生感到枯燥乏味，抓不住重點(diǎn)，教學(xué)效果大打折扣。

2.課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，與工程實(shí)踐還有距離

課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般都以MATLAB軟件作為仿真平臺，對課程中的時(shí)域離散信號、系統(tǒng)的時(shí)頻域理論和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)理論進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。誠然，MATLAB仿真軟件作為信號處理的實(shí)驗(yàn)手段，具有信息量大、形象直觀的特點(diǎn)，在很大程度上補(bǔ)充了單一的理論教學(xué)模式。但是仿真手段畢竟是理論的數(shù)學(xué)編程，還是脫離了工程應(yīng)用的實(shí)際背景。仿真不能完全取代本課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐內(nèi)容。算法仿真內(nèi)容過于形式化、過于簡單，只能作為工程實(shí)踐的前期階段設(shè)計(jì)內(nèi)容。

二、分層教學(xué)法原則與內(nèi)容

傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理課程大多只討論算法的理論及其推導(dǎo)，較少涉及工程實(shí)現(xiàn)方法及相應(yīng)的軟硬件技術(shù)。大學(xué)的教學(xué)應(yīng)是理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究為一體的，實(shí)踐教學(xué)作為理論和科學(xué)研究的橋梁，是現(xiàn)有理論的源頭，也是未來科研開拓的基礎(chǔ)。理論課程應(yīng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)形式的多樣化，包括多種實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、科技競賽和創(chuàng)新活動等。數(shù)字信號處理課程可以分為理論學(xué)習(xí)，算法仿真，數(shù)字信號處理工程應(yīng)用平臺實(shí)驗(yàn)，課題為導(dǎo)向的數(shù)字信號處理課程工程實(shí)踐拓展訓(xùn)練四個(gè)層次。[4]

1.第1層：理論學(xué)習(xí)

廣義來說，數(shù)字信號處理是研究用數(shù)字方法對信號進(jìn)行分析、變換、濾波、檢測、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門技術(shù)學(xué)科。目前本科生只是學(xué)習(xí)經(jīng)典的數(shù)字信號處理理論，主要包括有關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法。因?yàn)榻虒W(xué)時(shí)間有限，現(xiàn)代信號處理或者數(shù)字圖像處理的內(nèi)容只能根據(jù)項(xiàng)目需求有針對性進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生去搜索相關(guān)文獻(xiàn)，查找資料，激發(fā)他們的自學(xué)熱情和能力。

2.第2層：算法仿真

算法仿真往往是電子信息工程實(shí)施以前必經(jīng)的重要階段。MATLAB語言具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和可視化功能。它作為數(shù)字信號處理的有力助手，成為教學(xué)的重要部分。其以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，具有豐富的數(shù)值計(jì)算功能，強(qiáng)大的繪圖功能，更重要的是具有完備的數(shù)字信號處理函數(shù)工具箱。比如FIR濾波器的設(shè)計(jì)，包含三種方法：程序設(shè)計(jì)法、FDATool設(shè)計(jì)法和SPTool設(shè)計(jì)法。其中FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信號處理工具箱專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具，操作簡單、靈活，可以采用多種方法設(shè)計(jì)FIR和IIR濾波器。在MATLAB命令窗口輸入FDATool后回車就會彈出FDATool界面。SPTool是MATLAB信號處理工具箱中自帶的交互式圖形用戶界面工具，它包含了信號處理工具箱中的大部分函數(shù)，可以方便快捷地對信號、濾波器及頻譜進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和瀏覽。學(xué)生可以采用MATLAB進(jìn)行電子工程中算法的前期仿真，然后將MATLAB程序轉(zhuǎn)換成C語言移植到硬件平臺上。

3.第3層：數(shù)字信號處理工程應(yīng)用平臺實(shí)驗(yàn)

數(shù)字信號處理算法需要借助特有的硬件平臺實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，采用的編程語言一般是C語言。目前數(shù)字信號處理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方式一般有三種：（1）利用通用可編程DSP芯片進(jìn)行開發(fā)的方式。由于是采用基于C語言進(jìn)行編程，算法實(shí)現(xiàn)過程簡單，但資源受到限制，并行度差。（2）采用專用集成電路ASIC方式進(jìn)行開發(fā)。雖然效率高，但開發(fā)流程長，成本高，開發(fā)出來的系統(tǒng)不能更改。（3）采用FPGA芯片進(jìn)行開發(fā)?？梢蕴峁└咝屎透哔|(zhì)量的數(shù)字系統(tǒng)。在實(shí)際硬件平臺選型中，使學(xué)生能夠?qū)纹瑱C(jī)、ARM、DSP、FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域加以區(qū)分，從而更加深刻認(rèn)識到DSP和FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的巨大優(yōu)勢。

4.第4層：課題為導(dǎo)向的“數(shù)字信號處理”課程工程實(shí)踐拓展訓(xùn)練

課題為導(dǎo)向的教學(xué)模式是提高學(xué)生實(shí)踐能力的新型教學(xué)模式。它以大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為平臺，以基于案例為教學(xué)模式，以科學(xué)研究的方式組織和引導(dǎo)學(xué)生獲取和運(yùn)用知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和分析解決問題的能力。這種方式克服了教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中單純模仿的弊端，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，拓展學(xué)生的眼界，引導(dǎo)學(xué)生解決開放性問題，促使學(xué)生不斷提出新問題、發(fā)現(xiàn)新問題和解決新問題。

以上這四個(gè)層次并不是單一的順序遞進(jìn)關(guān)系，而是不斷交互的關(guān)系。比如工程實(shí)際問題的解決過程往往促使學(xué)生回歸理論學(xué)習(xí)層次去深入研究，反過來能夠更好地去解決工程實(shí)踐中遇到的技術(shù)難題。算法仿真采用的MATLAB語言需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理工程應(yīng)用平臺實(shí)驗(yàn)使用的C語言進(jìn)行移植，這也需要第二層和第三層內(nèi)容的不斷交互。

三、教學(xué)實(shí)例

為了實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)、潛力開發(fā)和工程創(chuàng)新精神的激勵(lì)，學(xué)校積極為學(xué)生們搭建工程實(shí)驗(yàn)平臺，為學(xué)生參加“全國電子設(shè)計(jì)競賽”、全國挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目等活動奠定基礎(chǔ)。下面基于教育部大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題“基于麥克風(fēng)陣列聲源定位的動態(tài)視頻跟蹤系統(tǒng)”來例證“數(shù)字信號處理”課程的分層教學(xué)模式。[5]

首先，學(xué)生們經(jīng)過調(diào)研確定項(xiàng)目需求，選取合適的算法模型進(jìn)行研究?；谡n題驅(qū)動的教學(xué)模式促使學(xué)生從需求這個(gè)工程項(xiàng)目源頭進(jìn)行考慮。經(jīng)過廣泛的調(diào)研，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)在日常生活中，常規(guī)的攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)的攝像頭安裝是固定的，監(jiān)控方位是靜態(tài)的，只能監(jiān)控有限的方位區(qū)間。這樣的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控方位區(qū)間狹窄，難免存在很大的監(jiān)控盲區(qū)，無法很好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。由人類的耳朵和眼睛協(xié)調(diào)工作的仿生原理得到啟發(fā)，人類的耳朵相當(dāng)于一個(gè)二元聲音傳感器陣列，捕捉到聲源信息，通過大腦判斷，得到聲源的方位信息。然后驅(qū)動我們的脖子扭轉(zhuǎn)到聲源方向，我們的眼睛就可以實(shí)時(shí)看到聲源目標(biāo)，做出視覺的判斷。為此，學(xué)生們用微型麥克風(fēng)陣列來代替人耳，用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來代替脖子，用攝像頭代替眼睛，用DSP處理器來代替人腦實(shí)現(xiàn)信號的運(yùn)算處理和控制功能，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于麥克風(fēng)陣列聲源定位的動態(tài)視頻跟蹤系統(tǒng)，如圖1所示。這樣，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過麥克風(fēng)陣列進(jìn)行多傳感器聯(lián)合信號處理，可以首先根據(jù)聲源的聲音有無來判斷是否啟動監(jiān)控，再通過聲源的方位可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，自動轉(zhuǎn)動攝像頭跟蹤實(shí)時(shí)運(yùn)動的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)、全角度實(shí)時(shí)自動監(jiān)控。

算法模型的確定促使學(xué)生廣泛閱讀文獻(xiàn)，最終找到了陣列信號處理理論作為麥克風(fēng)陣列數(shù)學(xué)建模的理論基礎(chǔ)。通過MATLAB仿真分別分析了仿真的寬帶音頻信號和實(shí)驗(yàn)采集的音頻信號，驗(yàn)證理論模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好地匹配。該本科生研發(fā)團(tuán)隊(duì)把寬頻聲音信號的特點(diǎn)和傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場聲源方位估計(jì)算法相結(jié)合，依據(jù)到達(dá)時(shí)間差的聲源定位原理，提出了一種頻域波束形成算法，系統(tǒng)框圖如圖2所示。系統(tǒng)上電后，多路麥克風(fēng)分別接收音頻信號，并進(jìn)行采樣緩存，送入DSP處理器中進(jìn)行端點(diǎn)檢測，如當(dāng)前信號為噪聲或無用信號，則丟掉已采集的信號幀數(shù)據(jù)；如檢測到有用信號，則對其進(jìn)行頻域波束形成和進(jìn)一步處理，最后采用基于能量值的譜搜索算法計(jì)算出聲源的方位，從而控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動攝像頭轉(zhuǎn)向聲源所在方位，使聲源出現(xiàn)在攝像頭視野范圍內(nèi)。該課題針對當(dāng)前智能視頻監(jiān)控存在的監(jiān)控盲區(qū)的問題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于麥克風(fēng)陣列的寬頻聲源定位系統(tǒng)。通過采用頻域波束形成和基于能量值的譜搜索算法，實(shí)現(xiàn)了二維空間聲源的快速準(zhǔn)確定位。經(jīng)驗(yàn)證該系統(tǒng)在室內(nèi)及室外對各種聲源的實(shí)時(shí)響應(yīng)表現(xiàn)良好，在現(xiàn)代視頻監(jiān)控中具有一定的工程實(shí)用意義。通過該課題學(xué)生們申請了實(shí)用新型專利和發(fā)明專利各一項(xiàng)，學(xué)術(shù)期刊論文2篇，了解了電子信息工程設(shè)計(jì)的步驟和培養(yǎng)了科學(xué)研究的基本素養(yǎng)。

四、結(jié)語

按照上述的分層次遞進(jìn)教學(xué)模式，使學(xué)生按照基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)和DSP工程實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的交互學(xué)習(xí)。這一體系從簡單到復(fù)雜，從理論到實(shí)踐，循序漸進(jìn)，逐步提高。經(jīng)過工程實(shí)踐的訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生們學(xué)習(xí)“數(shù)字信號處理”課程的熱情，鞏固了課本上的知識，拓展了工程實(shí)踐的視野。同時(shí)，大大提高了學(xué)生們獨(dú)立解決問題的能力和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。學(xué)生在專利申請和論文撰寫的訓(xùn)練中，實(shí)踐了科學(xué)研究的方法，為將來的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。通過上述的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，得到了廣大師生的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1]程佩青.數(shù)字信號處理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]王典.數(shù)字信號處理課程分類和分層教學(xué)模式探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，（2）：31-32.

[3]魏強(qiáng)，等.課題驅(qū)動式教學(xué)在《數(shù)字信號處理》課程中的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2012，（20）：212-213.

篇(2)

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新人才；數(shù)字信號處理；教學(xué)方法；探索

“數(shù)字信號處理”課程是工科信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，我院電子信息科學(xué)技術(shù)專業(yè)和電子信息工程專業(yè)以及特色試驗(yàn)班開設(shè)了這門專業(yè)基礎(chǔ)課．我們選用的是丁玉美主編的《數(shù)字信號處理》教材．由于這門課程，理論內(nèi)容比較多，概念比較抽象［1，2］，因此對于學(xué)生來說理解和掌握起來比較困難，此課程是在“信號與系統(tǒng)”課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，數(shù)學(xué)概念多，如果學(xué)生在“信號與系統(tǒng)”課程中掌握和理解的知識不牢靠，對本課程的學(xué)習(xí)將會更加吃力，需要我們積極的探索更加有利于學(xué)生的科學(xué)教學(xué)方法和實(shí)踐方法．本文結(jié)合我院電子信息專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)班的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)和教改工作，分析了本課程存在的一些問題，探索更加有益于教學(xué)的教學(xué)方法，并通過對比采用本文的教學(xué)方法前后特色試驗(yàn)班學(xué)生的成績，實(shí)踐表明采用本文提出的教學(xué)方法，可以提高特色試驗(yàn)班“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，取得了比較好的效果，為其他專業(yè)課程的教學(xué)研究提供了有意義的研究方向．

1“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)存在的問題

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理的發(fā)展也日新月異，理論和技術(shù)方面不斷創(chuàng)新，成為多學(xué)科相互連接的橋梁和紐帶［3－5］．要使“數(shù)字信號處理”課程的知識內(nèi)容跟上時(shí)代的發(fā)展，必須克服在當(dāng)前的教學(xué)教改中存在的一些問題．根據(jù)當(dāng)前教學(xué)實(shí)際，我校特色試驗(yàn)班主要存在以下一些基本的問題，急需探索新方法進(jìn)行解決．（1）數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)不牢靠影響學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，需要學(xué)生對數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識熟練掌握．由于本課程的許多內(nèi)容和實(shí)際的工程應(yīng)用直接相關(guān)，充分運(yùn)用好信號處理的知識，需要使用數(shù)學(xué)工具對實(shí)際工程中的一些采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理．（2）特色試驗(yàn)班學(xué)生許多是從其他的非電子類專業(yè)中招收的學(xué)生，甚至是招收其他學(xué)院的學(xué)生，因此特色實(shí)驗(yàn)班中的學(xué)生對電子信息方面的基礎(chǔ)專業(yè)課程的基礎(chǔ)知識掌握參差不齊，比如“信號與系統(tǒng)”，這門課程是“數(shù)字信號處理”的前置課程，使“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)難度加大．（3）“數(shù)字信號處理”課程的部分內(nèi)容和其他課程的內(nèi)容有一定的重復(fù)，比如“信號與系統(tǒng)”課程等，存在重復(fù)浪費(fèi)教學(xué)資源以及教師之間缺乏溝通等問題，需要對特色實(shí)驗(yàn)班的課程進(jìn)行整合優(yōu)化，提高不同專業(yè)背景的特色實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的學(xué)習(xí)效率．（4）“數(shù)字信號處理”課程的概念抽象，難于理解，需要探索比較形象化的教學(xué)方法來提高教學(xué)質(zhì)量．（5）“數(shù)字信號處理”的教學(xué)內(nèi)容比較多，但是特色實(shí)驗(yàn)班安排的課時(shí)有限，需要探索合理的進(jìn)行主要教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法．

2“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)方法研究

針對我校特色試驗(yàn)班學(xué)生存在的一些基本問題，本文探索了一些教學(xué)方法，并在特色試驗(yàn)班中進(jìn)行了相關(guān)的教學(xué)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的引導(dǎo)，采用形象化的教學(xué)方法．針對特色試驗(yàn)班學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊的問題，我們在教學(xué)的過程中，進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)知識的引導(dǎo)，補(bǔ)充了相關(guān)的知識點(diǎn)，給學(xué)生提醒一些參考內(nèi)容，使這部分學(xué)生能夠課前學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，不至于使學(xué)生因本課程涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識不足而不能掌握本課程的內(nèi)容．同時(shí)，我們針對課程中的數(shù)學(xué)公式多而且概念抽象的特征，提出了采用形象化的教學(xué)方法，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式形象化，將抽象的概念形象化，我們通?？紤]運(yùn)用波形圖或者框圖的方法來實(shí)現(xiàn)形象化．例如在涉及到數(shù)學(xué)公式：f1（t）＝a0＋∑∞n＝1（ancosw1t＋bnsinw1t）的講解過程中，就采用框圖標(biāo)定其中的分量的方法來加強(qiáng)理解，如圖1所示．又比如我們在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)過程中由于FFT變換的理解比較困難，可運(yùn)用相關(guān)軟件，演示將一正弦信號進(jìn)行FFT變換前后的波形圖進(jìn)行對比，讓學(xué)生更加清晰的理解FFT變換的內(nèi)涵和物理意義．（2）整合優(yōu)化兩課程的教學(xué)內(nèi)容，避免重復(fù)教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)資源．對于特色實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的這兩門課程可考慮合并為一門課程，安排好教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量．由于兩課程之間存在一定的重復(fù)，不僅理論教學(xué)方面存在重復(fù)，而且實(shí)踐教學(xué)也存在相關(guān)問題，本文提出了優(yōu)化兩課程的整合方案，節(jié)約了大量的教學(xué)時(shí)間．優(yōu)化整合兩課程后的教學(xué)內(nèi)容如表1所示．（3）注重理論聯(lián)系實(shí)踐，結(jié)合科研，注重電信專業(yè)的專業(yè)需求．“數(shù)字信號處理”課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)，要充分考慮特色試驗(yàn)班學(xué)生專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)講授在電子信息領(lǐng)域?qū)嵱眯詮?qiáng)的內(nèi)容．著重培養(yǎng)特色試驗(yàn)班學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的動手能力和創(chuàng)新能力．我們在針對特色試驗(yàn)班的教學(xué)過程中加入了適當(dāng)?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)，主要運(yùn)用Matlab軟件以及origin軟件進(jìn)行相關(guān)信號的處理與分析．比如我們在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)加入了橫向項(xiàng)目：中石化武漢分公司水力除焦監(jiān)測系統(tǒng)研究的內(nèi)容，對采集信號進(jìn)行分析處理，可以用MAT－LAB編寫相關(guān)程序進(jìn)行FFT變換，提取信號的特征，分析信號的頻譜特性，如圖2所示，通過運(yùn)用MATLAB得到的采集的聲信號頻譜圖．通過實(shí)際項(xiàng)目，讓學(xué)生深刻體會本課程的工程應(yīng)用，加深對理論知識的理解，也可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而提高教學(xué)質(zhì)量．（4）加強(qiáng)對“數(shù)字信號處理”課程虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源．為提高特色試驗(yàn)班學(xué)生的數(shù)字信號處理課程的教學(xué)質(zhì)量，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立了數(shù)字信號處理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室．了數(shù)字信號處理課程虛擬實(shí)驗(yàn)室主要由身份驗(yàn)證、網(wǎng)絡(luò)課堂、網(wǎng)絡(luò)測試以及實(shí)驗(yàn)方案幾個(gè)模塊構(gòu)成，提供登陸管理、作業(yè)管理、作業(yè)提交、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)范例、實(shí)驗(yàn)論壇等欄目和功能，供學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)使用．（5）加強(qiáng)我校特色試驗(yàn)班“數(shù)字信號處理”課程的雙語教學(xué)，提高學(xué)生綜合競爭力．

3結(jié)語

我校特色試驗(yàn)班的“數(shù)字信號處理”課程雖然存在一些問題，但是運(yùn)用本文探索和研究的教學(xué)方法，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生實(shí)踐分析能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，使“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)質(zhì)量明顯得到提高．

作者:鐘東 陳春 單位:湖北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 湖北科技學(xué)院體育學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

［1］OppenheimAV，SchaferRW，BuckJR．Discrete－TimeSignalProcessing［M］．SecondEdition．Prentice－Hall，Inc，1999．

［2］SanjitKMitra．DigitalSignalProcessing－AComputer－BasedApproach［M］．ThirdEdition．TheMcGraw－HillCompanies，Inc，2005．

［3］高軍萍，王霞，李琦，等．?dāng)?shù)字信號處理課程教學(xué)改革的探索與體會［J］．南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：19－21．

篇(3)

一、引言

數(shù)字信號處理是一門面向各大專院校電子信息學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的基本概念、基本分析方法已經(jīng)滲透到了信息與通信工程，生物醫(yī)學(xué)工程，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制，動力工程，航空工程等領(lǐng)域。學(xué)生應(yīng)采取主動的方式獲取本課程所講述的基本概念和基本分析方法，并可利用其分析、解釋和計(jì)算信號、系統(tǒng)及其相互之間約束關(guān)系的問題。但多年來，我們的課程教學(xué)中仍然普遍采用教師主動、學(xué)生被動的滿堂灌輸?shù)慕虒W(xué)理念和方法，看似傳遞給學(xué)生的信息容量大，實(shí)質(zhì)上學(xué)生接受質(zhì)量和效率并不高。鑒于此，本課題組從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)入手[1]，經(jīng)過多年的研究、實(shí)踐和探索，對該課程的教學(xué)進(jìn)行了改革，并取得了較好的成效。

二、課程現(xiàn)狀分析

當(dāng)前的課堂教學(xué)存在著以下弊端。

1.學(xué)生缺乏對本學(xué)科整個(gè)課程體系的全貌了解，各門專業(yè)課程之間缺乏整體聯(lián)系。這使得學(xué)生對該課程的前續(xù)知識準(zhǔn)備不夠，對后續(xù)知識認(rèn)識不足。

2.數(shù)字信號處理課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，涉及的數(shù)學(xué)知識較多，學(xué)習(xí)難度較大。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生會感到內(nèi)容枯燥難懂，學(xué)習(xí)興趣不足，學(xué)習(xí)的積極性、主動性不高。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少，驗(yàn)證性內(nèi)容偏多，缺乏綜合性課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。致使很多學(xué)生沒有興趣在課前搜集整理相關(guān)資料，了解相關(guān)內(nèi)容，還是依賴教師課堂講授，被動等待教師解惑。

4.隨著高校不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)不斷增加，導(dǎo)致學(xué)生整體平均水平相對下降，大班授課教學(xué)效果不佳。

三、課程改革思路

課程改革是指教師教學(xué)方式及學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，是教師和學(xué)生雙向的改變，是教與學(xué)的相互溝通[2]。對于教師來說，要與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新教學(xué)觀念、教學(xué)思想、教學(xué)模式，變灌輸式、單向式為啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)；對于學(xué)生來說，要形成積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得知識與技能的過程成為學(xué)會學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程，由傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的被動性、依賴性、統(tǒng)一性、虛擬性、認(rèn)同性轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代學(xué)習(xí)方式的主動性、獨(dú)立性、獨(dú)特性、體驗(yàn)性與問題性。針對當(dāng)前國內(nèi)高等教育中教師過分主動、學(xué)生過分被動，理論學(xué)習(xí)相對過多、實(shí)踐動手機(jī)會相對太少的特點(diǎn)，應(yīng)該想辦法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、積極性，鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮自己的個(gè)性和特長，不斷自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、自由創(chuàng)新，努力增加學(xué)生動手實(shí)踐機(jī)會，提高他們的綜合素質(zhì)和解決實(shí)際問題的能力。針對課程現(xiàn)狀，提出以下具體改革措施。

1.針對課程內(nèi)容之間的聯(lián)系問題，學(xué)院即將在各專業(yè)新生中課程中開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程。在這門課中，會粗略講解本專業(yè)各課程內(nèi)容之間的聯(lián)系。要想透徹理解數(shù)字信號處理課程內(nèi)容，尤其要先深入理解前續(xù)課程信號與系統(tǒng)的精髓內(nèi)容，即信號的三大變換以及線性時(shí)不變系統(tǒng)常用的各種表征方式之間相互聯(lián)系。由于信號與系統(tǒng)的內(nèi)容較之?dāng)?shù)字信號處理更加抽象難懂，數(shù)學(xué)公式較多，使很多同學(xué)產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)得一知半解，囫圇吞棗。這導(dǎo)致了相對容易的數(shù)字信號處理學(xué)起來也有些晦澀難懂了。因此在講述信號與系統(tǒng)課程時(shí)就要告知學(xué)生課程的重要性及與數(shù)字信號處理課程之間的聯(lián)系，而在講解數(shù)字信號處理課程時(shí)則要講述清楚和后續(xù)課程之間的聯(lián)系及對后續(xù)課程學(xué)習(xí)的影響。

2.針對數(shù)字信號處理課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容較為抽象的問題，教師應(yīng)注重基本概念及其物理意義的講解，加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活及現(xiàn)代社會科技發(fā)展的聯(lián)系，教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注本學(xué)科前沿動態(tài)，提升自身理論水平，將和本門課程有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)知識引入課堂，將學(xué)生感興趣的內(nèi)容引入課堂，比如數(shù)字信號處理在短波通信、數(shù)字圖像處理、儀器儀表、汽車系統(tǒng)等領(lǐng)域的最新應(yīng)用介紹給學(xué)生，可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可讓學(xué)生初步了解自己畢業(yè)以后可能的就業(yè)方向。另外，教師應(yīng)精選終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識和技能，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握核心理論、初步信號仿真能力及工程應(yīng)用，適當(dāng)減少復(fù)雜公式的計(jì)算和推導(dǎo)，避免學(xué)生陷入到復(fù)雜的計(jì)算中去。

針對學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、積極性不強(qiáng)的問題，教師應(yīng)改變課程實(shí)施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，積極引導(dǎo)學(xué)生，善于提問學(xué)生，善于培養(yǎng)學(xué)生提問，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、交流與合作的能力。采取翻轉(zhuǎn)課堂的形式，讓學(xué)生到講臺上講解，還可適當(dāng)給予學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)，這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，又鍛煉了學(xué)生的思考及演講能力。本人在課程教學(xué)中采用課堂互動、討論、學(xué)生講授、分組論文寫作等新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，取得了比較滿意的教學(xué)效果。

3.針對缺乏設(shè)計(jì)性及綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的問題，由于課時(shí)較少，本課程只有4次8個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，這種現(xiàn)狀下，課內(nèi)設(shè)置50%的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，一些綜合性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)只能作為學(xué)生的課后大作業(yè)來完成。將學(xué)生分為3―5人一組，每組選一個(gè)課題完成，課題內(nèi)容盡可能接近實(shí)際項(xiàng)目。每個(gè)小組成員根據(jù)自身特點(diǎn)領(lǐng)取相應(yīng)任務(wù)和資源，這樣既可鍛煉自身能力，又可培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識。在課題實(shí)施過程中，教師起引導(dǎo)作用，可以幫助學(xué)生分析所遇到的問題，鼓勵(lì)學(xué)生自己探索、思考解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

4.針對班型較大問題，在師資力量允許的情況下盡量小班授課，以保證授課質(zhì)量。若師資力量薄弱，則采取理論課大班授課，而實(shí)驗(yàn)課小班教學(xué)的方式，便于教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)生能及時(shí)得到指?А2捎?MOOC教學(xué)也是不錯(cuò)的解決辦法，MOOC教學(xué)突破了傳統(tǒng)課程時(shí)間、空間的限制，突破了傳統(tǒng)課程人數(shù)限制，便于學(xué)生學(xué)習(xí)，也便于和學(xué)生互動。我們已經(jīng)著手錄制教學(xué)視頻，放到網(wǎng)絡(luò)平臺，作為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。

四、?n程考核

課程的教學(xué)效果主要依靠課程考核來進(jìn)行。課程的考核貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，包括課堂回答問題情況、出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量等環(huán)節(jié)，對學(xué)生進(jìn)行全方位考核。這種考核形式能更加全面地考核學(xué)生日常學(xué)習(xí)情況，激勵(lì)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。

篇(4)

1.1中短波電臺的現(xiàn)狀

中短波電臺在歷史上為保證航行安全做出了重要貢獻(xiàn)，至今仍承擔(dān)海上通信安全、遇險(xiǎn)、救助等任務(wù)。目前在我國沿海有上海、廣州、天津、大連等電臺，它們的工作方式基本上是VHF，SSB，NBDP，Morse，覆蓋的頻段為400KHz到30MHz。由于各種通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，中短波通信受到越來越大的沖擊。不但它的應(yīng)用范圍上有很大的局限性，而且更是由于中短波電臺系統(tǒng)大多采用模擬方式，它的抗干擾性差，不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的噪聲使它的通信質(zhì)量難以得到保證。目前，通信數(shù)字化技術(shù)已相當(dāng)成熟，基于這個(gè)技術(shù)本論文提出了中短波通信數(shù)字化的觀點(diǎn)。數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)不同，它的特性不易隨使用條件的變化而變化，數(shù)字信號可以存儲，可以按照理論算法運(yùn)算，可以獲得較高的指標(biāo)。這些特點(diǎn)決定了中短波通信的噪聲可以通過數(shù)字化來解決。

1.2中短波電臺的發(fā)展方向

在我國不同區(qū)域、不同級別、不同用途、不同波段的無線電臺很多，無線電臺的這些特點(diǎn)，不但使相互間的聯(lián)合通信很困難，也給電臺的功能擴(kuò)展增加了難度，同時(shí)更為重要的是，它使電臺無法適應(yīng)新技術(shù)的飛速發(fā)展而及時(shí)更新?lián)Q代。因此采用數(shù)字化技術(shù)，對來自天線射頻的信號直接進(jìn)行采樣，以通用的數(shù)字信號處理器為硬件平臺，用軟件來完成無線電臺的所有功能，是無線電臺的發(fā)展方向。

根據(jù)我國的目前的情況，改造現(xiàn)有的模擬電臺具有非常重要的意義，因?yàn)樗鞘雇ㄐ旁O(shè)備向小型化、模塊化、數(shù)字化和軟件化過度的一種切實(shí)可行的方法。對于短波無線電臺而言，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字器件越來越多的應(yīng)用到HF收發(fā)信機(jī)設(shè)備中，現(xiàn)有的HF收發(fā)信設(shè)備普遍采用微處理器作為電臺控制，有的采用了數(shù)字式頻率合成器，采用了數(shù)字式天線匹配器，有的還采用了數(shù)字信號處理器以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)鏈路建立和抗干擾通信。

進(jìn)入九十年代，國外的通信廠家推出的新型HF收發(fā)信設(shè)備，出現(xiàn)了數(shù)字化接收機(jī)，數(shù)字化發(fā)射激勵(lì)器、數(shù)字化電臺等設(shè)備。這類設(shè)備同以往設(shè)備的最大區(qū)別是采用數(shù)字信號處理技術(shù)代替了以往設(shè)備中與各種工作方式有關(guān)的模擬器件，這樣可以利用數(shù)字信號處理方面的許多優(yōu)點(diǎn)，例如在模擬設(shè)備中的邊帶濾波器的群遲延特性在通帶范圍內(nèi)是U型的，不是常數(shù)，而在數(shù)字信號處理中用FIR濾波器很容易實(shí)現(xiàn)群遲延特性為常數(shù)。

HF收發(fā)信設(shè)備數(shù)字化的實(shí)質(zhì)是收發(fā)信設(shè)備中信道部分的數(shù)字化，它采用數(shù)字信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)音頻與中頻之間的頻潛變換，涉及的內(nèi)容主要有音頻處理，各種工作方式的調(diào)制/解調(diào)，中頻及射頻的自動增益控制/自動電平控制。

HF收發(fā)信設(shè)備信道數(shù)字化后，由于采用了大規(guī)模集成電路取代分立元件，用軟件實(shí)現(xiàn)濾波器等功能，簡化了硬件電路，同時(shí)提高了性能指標(biāo)和可*性，也增加了電臺靈活性，為軟件無線電打下了基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的模擬式HF收發(fā)信機(jī)設(shè)備均采用2至3個(gè)中頻，否則無法實(shí)現(xiàn)高的性能指標(biāo)。理想的數(shù)字化方案應(yīng)是*近天線的數(shù)字化，考慮到HF波段的特點(diǎn)和現(xiàn)有的技術(shù)，現(xiàn)在取消中頻直接在射頻上數(shù)字化在技術(shù)上是非常困難的，在目前是難以實(shí)現(xiàn)的，較好的數(shù)字化方案是應(yīng)該在較適中的頻率上數(shù)字化。

收發(fā)信機(jī)普遍采用高中頻的方案：第一中頻在40MHz到100MHz之間，受到硬件技術(shù)發(fā)展水平的限制，在一中頻實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是非常困難的，因此HF收發(fā)信機(jī)的數(shù)字化主要集中在9MHz、2.5MHz、500KHz、200KHz。

高于200KHz中頻的數(shù)字化通常只采用兩個(gè)中頻，而低于200KMz中頻的數(shù)字化往往要采用三個(gè)中頻。采用三個(gè)中頻的HF收發(fā)信設(shè)備較采用兩個(gè)中頻的HF收發(fā)信設(shè)備的硬件電路要復(fù)雜。在較低的中頻上數(shù)字化是采用三個(gè)中頻的主要原因，目前的技術(shù)在二中頻上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化己經(jīng)成熟，且在三中頻上數(shù)字化也沒有明顯的好處，所以新的數(shù)字化方案中避免在較低的中頻上數(shù)字化。

綜上所述，目前的HF收發(fā)信設(shè)備的數(shù)字化方案應(yīng)采用雙中頻方案，在二中頻上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，二中頻的頻率應(yīng)高于200KHz。在較高的中頻上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化可以獲得較高的處理增益，達(dá)到較高的性能指標(biāo)。

2．多級抽取數(shù)據(jù)處理原理

對于數(shù)字電視廣播信號反射回波的頻譜分布，我們只對其中心頻率附近可能出現(xiàn)的運(yùn)動目標(biāo)的一段頻譜感興趣，例如：由傳輸速率決定的數(shù)字電視廣播信號的頻譜寬度為432MHz，而實(shí)際目標(biāo)可能覆蓋的頻段不會超過20kHz。如果對所有采樣點(diǎn)計(jì)算FFT，計(jì)算量非常大，且這樣的計(jì)算效率很低。如果采用信號抽取方法就可以做局部的譜分析，提高計(jì)算效率。實(shí)現(xiàn)局部頻譜分析的工作原理，如圖1所示。信號經(jīng)過復(fù)調(diào)制，把要進(jìn)行分析的一段頻譜（例如X0附近）搬移到零頻附近，然后進(jìn)行MB1的抽取，這樣在較少的點(diǎn)數(shù)下做信號頻譜分析，達(dá)到細(xì)化頻譜的目的。

但是當(dāng)抽取因子M很大時(shí)，一次抽取對濾波器的特性要求很高，為濾波器的設(shè)計(jì)帶來困難。如果采用多級采樣率變換來實(shí)現(xiàn)抽取，不但可以簡化濾波器的設(shè)計(jì)，而且可以進(jìn)一步減少計(jì)算量和系統(tǒng)的存儲量。

3．多抽樣率數(shù)字信號處理技術(shù)

在一個(gè)信號處理系統(tǒng)中有時(shí)需要不同的抽樣率。這樣做的目的有時(shí)是為了系統(tǒng)中各處需要不同的抽樣率，以利于信號的處理、編碼、傳輸和存儲，有時(shí)是為了節(jié)省計(jì)算工作量。使抽樣率降低的抽樣率轉(zhuǎn)換稱為抽取；使抽樣率升高的抽樣率轉(zhuǎn)換稱為內(nèi)插，抽取和內(nèi)插是多抽樣率信號處理的基木環(huán)節(jié)。

3.1多抽樣率數(shù)字信號處理

實(shí)現(xiàn)多抽樣率變換的基本方法包括：整數(shù)抽取、整數(shù)內(nèi)插、抽樣速率的有理數(shù)變換等。

（1）整數(shù)抽取

如圖2所示為整數(shù)抽取器的結(jié)構(gòu)，其中為抗混疊低通濾波器，其理想頻域響應(yīng)為：

（1）

設(shè)輸入信號的頻域響應(yīng)為，通過計(jì)算可得輸出信號的頻域響應(yīng)為

（2）

若滿足（1）式，則有。即整數(shù)抽取序列的數(shù)字譜是M個(gè)輸入序列經(jīng)頻譜擴(kuò)展（M倍）和周期移位后的迭加譜，提高了信號的頻域分辨率。

圖2整數(shù)抽取器的結(jié)構(gòu)

（2）整數(shù)內(nèi)插

如圖3所示為整數(shù)內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)，其中為平滑低通濾波器，其理想頻域響應(yīng)為：

（3）

圖3整數(shù)內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)

設(shè)輸入信號的頻域響應(yīng)為，通過計(jì)算可得輸出信號的頻域響應(yīng)為

（4）

即整數(shù)內(nèi)插序列的數(shù)字譜是輸入序列經(jīng)L倍壓縮后的譜提高了信號的時(shí)域分辨率。

（3）抽樣速率的有理數(shù)變換

以上介紹的整數(shù)內(nèi)插與抽取都屬于采樣速率的整數(shù)變換，將其推廣可得抽樣速率的有理數(shù)變換。有理數(shù)（L/M）倍的速率變換可以這樣來實(shí)現(xiàn)：首先通過L倍內(nèi)插然后進(jìn)行M倍抽取。其中為內(nèi)插低通濾波器與抽取低通濾波器合二為一，滿足下式，式中

（5）

3.2濾波器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在多抽樣率系統(tǒng)中我們總是設(shè)法把乘法運(yùn)算安排在低抽樣率的一側(cè)以使每秒鐘內(nèi)的乘法次數(shù)（MPS）最少。但在抽取器和內(nèi)插器中濾波的卷積運(yùn)算都是在抽樣率較高的一側(cè)，例如實(shí)現(xiàn)抽取器的運(yùn)算，如果先做抗混迭濾波的卷積計(jì)算然后抽取，則必然有很多計(jì)算工作是徒勞的，而且一個(gè)卷積運(yùn)算又必須再在輸入信號的抽樣時(shí)間間隔內(nèi)完成，這樣就使得每秒鐘的乘法次數(shù)很高。在實(shí)現(xiàn)多抽樣率系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)IR結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。一方面它絕對穩(wěn)定的，并具有很容易做成線性相位的優(yōu)點(diǎn)，另一方面也容易實(shí)現(xiàn)高效結(jié)構(gòu)。

多抽樣率系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)一般有3種結(jié)構(gòu)：直接實(shí)現(xiàn)、多相結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)、時(shí)變網(wǎng)絡(luò)的高效實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際中應(yīng)用廣泛的是多相結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在HSP50215、HSP50214中也主要使用這種方式。多抽樣率系統(tǒng)中的多相表示和整數(shù)倍內(nèi)插器表示兩種方式。其中多相表示又稱為多相分解，是指將數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)H（z）分解成若干個(gè)相位不同的組。通常，對于簡單整系數(shù)濾波器，在抽取系統(tǒng)中，當(dāng)抽取因子D不恰好是2的冪，但包含多個(gè)二倍抽取器的級連，我們常常在抽取系統(tǒng)的第一級（或內(nèi)插系統(tǒng)的最后一級）采用運(yùn)算極為簡單的整系數(shù)濾波器，因?yàn)檫@種簡單的整系數(shù)濾波器的的低通濾波性能并不很好，所以它只用于抽取系統(tǒng)的第一級或內(nèi)插系統(tǒng)的最后一級，其余各級則仍使用半帶濾波器。這是HSP502I4中CIC濾波器和半帶濾波器級連這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

（1）數(shù)字高通濾波器的設(shè)計(jì)

設(shè)采樣頻率為F=250Hz，為了減少孔徑誤差，其頻率穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定度（由需要的處理精度確定）。其中對于孔徑誤差，它指因采樣頻率不穩(wěn)定造成采樣脈沖未在預(yù)定時(shí)刻t0出現(xiàn)，而是在t0之前或之后出現(xiàn)，所采樣的值與實(shí)際t0時(shí)刻的值之差。其頻率穩(wěn)定度為max[|f－f0|]/f0，式中f0為標(biāo)準(zhǔn)頻率，f為實(shí)際出現(xiàn)或允許出現(xiàn)的頻率，且N=125，其中：

|Gd（k）|=[0，a1，a2，1，…，1，a2，a1]（6）

Gd（k）=exp（－jkpi（N－1）/N）k=0，1，2，…，N－1（7）

式中N為Gd（k）的長度，在計(jì)算機(jī)上調(diào)整a1和a2，可改變高通濾波器的頻率特性。由傅里葉反變換可求得其N點(diǎn)單位抽樣響應(yīng)g（n）=IDFT（Gd（k）），且g（n）對稱。

（2）由數(shù)字高通濾波器到多帶阻帶通濾波器

根據(jù)多抽樣率思想，對g（n）進(jìn)行插值，每一個(gè)g（n）后面插入K－1個(gè)0，令h（n）=g（n/K），n=0，K，2K，3K，…，（N－1）K；h（n）=0，n=其他。并取h（n）的長度為KN，K=F/50=5。

由多抽樣率理論很容易推導(dǎo)出h（n）的頻譜將是g（n）的頻譜的K倍壓縮。在matlab上仿真，由h（n）的頻譜圖可以看出，其阻帶中心頻率在0Hz，50Hz，100Hz，150Hz，200Hz處。

調(diào)整a1和a2的值，可達(dá)到阻帶寬度為0.36Hz時(shí)，衰減超過60dB；阻帶寬度為0.4Hz時(shí)，衰減超過52dB；通帶下限頻率（或上限頻率）與阻帶中心頻率的差為2（F/N）/（F/50）=2×50/N=0.8Hz，通帶減不超過3dB。在直流附近，低于0.18Hz的信號將被濾掉，衰減大于60dB，大于0.8Hz的信號將得到保留，其衰減不超過3dB，在通帶內(nèi)的紋波系數(shù)小于1.2%。

參考文獻(xiàn)：

1．宗孔德，《多抽樣信號處理》，清華大學(xué)出版社，2004

2．玉美、高西全、彭學(xué)愚，《數(shù)字信號處理》，西安電子科技大學(xué)出版社，2006

3．姚天任、孫洪，《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》，華中科技大學(xué)出版社，2005

4．周浩敏，《信號處理技術(shù)基礎(chǔ)》，北京航空航天出版社，2001

篇(5)

關(guān)鍵詞：快速傅里葉變換；Matlab；圖像去噪；頻譜分析

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 23-0000-02

Signal FFT Spectrum Analysis Algorithm and Implementation Study

Zhang Guo, Zheng Hongkai

(Chengdu Vocational College of Agricultural Science and Technology,Chengdu 611130,China)

Abstract:Fast Fourier transform techniques have become powerful tools for digital signal processing.This paper attempts to analyze the use of the algorithm for image denoising,but also gives a signal with Matlab system implementation and display spectral analysis method.

Keywords:Fast Fourier transform;Matlab;Image de-noising;Spectral analysis

一、引言

杜基從實(shí)際應(yīng)用的角度提出了用采集的有限長時(shí)間序列通過計(jì)算相關(guān)函數(shù)而得到譜估計(jì)的方法，奠定了譜分析的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)， 被人們稱為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)譜分析的先驅(qū)。1965年他與庫利在前人研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)出快速傅立葉變換（FFT）算法，極大地減少了傅立葉變換的計(jì)算量。由于FFT的出現(xiàn)，大大加速了數(shù)字譜分析方法在實(shí)際中的應(yīng)用，開創(chuàng)了數(shù)字信號處理的一個(gè)新里程。在使用數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，F(xiàn)FT算法起著極為重要的作用 。

二、基于Matlab系統(tǒng)的信號FFT頻譜分析與顯示

在二維平面坐標(biāo)上，將m作為橫坐標(biāo)，k作為縱坐標(biāo)，把|X（m，k）|的值作為灰度作圖，則得到x（n）的動態(tài)頻譜圖。

對|X（m，k）|的值實(shí)施偽彩色映射，可得到偽彩色的動態(tài)頻譜圖，以獲得更好的分辨率和視覺效果，并增強(qiáng)頻譜圖的可讀性。把|X（m，k）|的最小值Xmin映射為歸一化的0電平，最大值Xmax映射為歸一化的1電平，而將|X（m，k）|線性映射為O～1之間的電平值Ci。再利用彩色映射，計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器把Ci顯示出來，則獲得偽彩色顯示的動態(tài)頻譜圖．為了充分利用彩色空間的動態(tài)范圍，選擇適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)頻譜值Base．小于Base的頻譜值都被限定在此基準(zhǔn)電平上，而大于Base的譜值則被線性映射到由0～1的歸一化彩色值．以C={c（m，k）}表示彩色值矩陣，由|X（m，k）|到c（m，k）的映射的數(shù)學(xué)表示如下：

其中

B（m，k）=

（一）偽彩色映射和頻譜圖顯示?？芍苯诱{(diào)用的用于偽彩色映射和頻譜圖顯示的Matlab功能函數(shù)主要包括：

1.偽彩色映射函數(shù)：colormap（MAP）。其中MAP是所采用的偽彩色映射矢量，它是一個(gè)64×3的矩陣。其第一、第二和第三列的值分別表示紅色、綠色和藍(lán)色的飽和度。例如，MAP=[0 0 0]表示一個(gè)純黑的映射；MAP=[1 1 1]表示一個(gè)純白的映射；MAP=[1 0 0]表示一個(gè)純紅的映射。MAP值也可以是Matlab的注冊矩陣（64×3），如：MAP=hsv代表64個(gè)RGB色飽和度映射層次；MAP=gray是64個(gè)線性灰度值映射層次；MAP=hot是64個(gè)從黑-紅-黃-白飽和度值遞進(jìn)映射層次；MAP=copper代表64個(gè)線性古銅色調(diào)的映射層次．

2.頻譜圖顯示函數(shù)：imagesc（t，f，C）其中t是時(shí)間坐標(biāo)，f是頻率坐標(biāo)，C則是從幅度譜值經(jīng)偽彩色映射后的彩色電平值。如果整段語音的分幀數(shù)為M，則t是一個(gè)M維的行矢量，它的值是每幀起點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間序號。頻譜的頻域有效樣點(diǎn)為N/2，所以，是一個(gè)N/2的行矢量，每個(gè)元素對應(yīng)于頻譜幅度值。相應(yīng)地，C是一個(gè)M×（N/2）維的矩陣。

（二）流程示意圖。整個(gè)FFT頻譜分析與顯示過程可用圖2-1所示的流程圖示意．

圖2-1 分析與顯示流程示意框圖

（三）程序。以下給出實(shí)現(xiàn)上述方法的一個(gè)具體的Matlab程序?qū)嵉埂?/p>

function spgram （SwaveFileNam，Winsiz，Shift，Base，Coltype）；

[Signl，F(xiàn)s]=wavread（SwaveFileNam）；

nseg=floor（（length（Signl）-Winsiz）/Shift）+1；

A=zeros（Winsiz/2+1，nseg）；

for i= 1：nseg

n1=（i-1）*Shift+1； n2=n1+（Winsiz-1）；

xx=Signl（n1：n2）； xx= xx.*hamming（Winsiz）；

y=myfft（xx）； y=y（1：Winsiz/2+1）；

y=y.*conj（y）；y=10*log10（y）；A（：，i）=y；

end

L1=（A>Base）； L0=（A

C=（B-Base）./（max（max（B））-Base）；

y=[0：Winsiz/2]*Fs/Winsiz； x=[0：nseg-1]*Shift；

if Coltype==1 colormap（hot）；

else

mycoltype=gray； mycoltype=mycoltype（64：-1：1，：）；

colormap（mycoltype）；

end

imagesc（x，y，C）； axis xy；

三、利用快速傅里葉變換去除圖像噪聲

圖像的平滑處理技術(shù)即圖像的去噪聲處理，主要是為了去除實(shí)際成像過程中，因成像設(shè)備和環(huán)境所造成的圖像失真，提取有用信息。眾所周知，實(shí)際獲得的圖像在形成、傳輸、接收和處理的過程中，不可避免地存在著外部干擾和內(nèi)部干擾，如光電轉(zhuǎn)換過程中敏感元件靈敏度的不均勻性、數(shù)字化過程的量化噪聲、傳輸過程中的誤差以及人為因素等，均會使圖像變質(zhì)。因此，去除噪聲，恢復(fù)原始圖像是圖像處理中的一個(gè)重要內(nèi)容。

（一）相關(guān)的Matlab功能函數(shù)簡介?？芍苯诱{(diào)用的用于偽彩色映射和頻譜圖顯示的Matlab功能函數(shù)主要包括：

1.A=imread （FILENAME，F(xiàn)MT）用于讀取圖像文件，如果文件是灰階圖像，A是一個(gè)二維數(shù)組。如果文件是真彩圖像時(shí)，是一種三維數(shù)組。FMT的是一個(gè)字符串，指明文件的格式。該文件必須在當(dāng)前目錄。

2.imshow（I，N）顯示圖像，如果省略參數(shù)N，imshow采用256級灰度，24位顯示。

（二）流程示意圖。整個(gè)圖像去噪處理可用圖3－1所示的流程圖示意。

圖3－1 圖像去噪流程示意框圖

（三）程序。以下給出實(shí)現(xiàn)上述方法的一個(gè)具體的Matlab程序?qū)嵉埂?/p>

I=imread（'原圖片.jpg'）；

imshow（I）；

title（'原圖片'）；

f=double（I）； % 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，MATLAB不支持圖像的無符號整型的計(jì)算

g=fft2（f）； % 傅立葉變換

g=fftshift（g）； % 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)矩陣

[M，N]=size（g）；

nn=2； % 二階巴特沃斯（Butterworth）低通濾波器

d0=50；

m=fix（M/2）；n=fix（N/2）；

for i=1：M

for j=1：N

d=sqrt（（i-m）^2+（j-n）^2）；

h=1/（1+0.414*（d/d0）^（2*nn））； % 計(jì)算低通濾波器傳遞函數(shù)

result（i，j）=h*g（i，j）；

end

end

result=ifftshift（result）；

J2=ifft2（result）；

J3=uint8（real（J2））；

figure，imshow（J3）； % 顯示濾波處理后的圖像

title（'第一次去噪'）；

（四）說明。事先用文本編輯器把以上程序編成一個(gè)M-file文件。并保證所用的PC機(jī)上已正確安裝Matlab系統(tǒng)。

“原圖片.jpg”必須與M-file文件置于同一目錄下。

（五）結(jié)果分析。圖3-2是有噪聲的原始圖片，我們可以清楚地看到圖片上有許多斑點(diǎn)，經(jīng)過去第一次降噪處理后，斑點(diǎn)變得模糊，如圖3-3。

我們緊接著對經(jīng)過第一次降噪的圖片繼續(xù)進(jìn)行降噪處理，可以看到，斑點(diǎn)越來越模糊。如圖3-4、圖3-5。

通過以上圖片結(jié)果，可以看到，傅立葉變換能夠在一定程度上將圖像噪聲降低。但是，理論上使用FFT能夠?qū)⒑性肼暤膱D像還原到與原圖象差別很小的狀態(tài)，可是根據(jù)以上結(jié)果，噪點(diǎn)在被柔化的同時(shí)，我們需要的圖象信息也被柔化了，尤其是在面部的黑色噪點(diǎn)，它與面部同時(shí)柔化顯得非常嚴(yán)重。

圖3-2 原始有噪聲圖片 圖3-3 經(jīng)過第一次降噪處理后圖片

圖3-4 經(jīng)過第二次降噪處理后圖片 圖3-5 經(jīng)過第三次降噪處理后圖片

我認(rèn)為，造成這種情況是低通濾波器的原因，應(yīng)該根據(jù)圖象的實(shí)際情況選擇或者設(shè)計(jì)合適的低通濾波器。設(shè)計(jì)針對不同噪聲去噪的低通濾波器將是我下一步研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）William H.Press，Saul A.Teukolsky，William T.Veterling，Brian P.Flannery.C數(shù)值算法（第二版）.傅祖蕓,趙梅娜,丁巖石等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2004

[2]俞卞章.數(shù)字信號處理.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1993

[3]任淑艷等.應(yīng)用VHDL語言的FFT算法實(shí)現(xiàn)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,8(6):24～26

[4]程佩青.數(shù)字信號處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002

[5]應(yīng)啟珩,馮一云,竇維蓓.離散時(shí)間信號分析和處理.北京:清華大學(xué)出版社,2001:1155―1591

篇(6)

關(guān)鍵詞:同態(tài)分析;線性預(yù)測分析(LPC);基音周期;Matlab

中圖分類號:TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)20-150-02

Speech Signal Extraction Method of Pitch Based on CEP and LPC Spectrum

MA Ying,SHI Xiaorong,LI Haixin

(Qinghai Nationality College,Xining,810000,China)

Abstract:In voice signal analysis,by analysing the voice signal substantive characteristics′ parameter,these parameters can be used to carry on high effective processing and voice communication,speech synthesis and speech recognition.Therefore,difference between speech signal extraction of pitch by CEP and speech signal extraction of pitch by LPC spectrum are analysed,and Matlab is used to realize the simulation analysis.LPC spectrum is used toestimate tone cycle's algorithm which has big calculation,but the CEP spectrum algorithm is more direct-viewing,and the tone summit becomes prominent,CEP spectrum has widely application prospect.

Keywords:analysis of same state;LPC;pitch;Matlab

0 引 言

語音信號的分析,就是提取語音產(chǎn)生模型的各種參數(shù)(語音的特征參數(shù)),應(yīng)用于語音的編碼、識別和合成等。不論是分析怎樣的參數(shù)以及采用什么分析方法,在按幀進(jìn)行語音分析,提取語音特征參數(shù)前,有一些經(jīng)常使用的、共同的短時(shí)分析技術(shù)必須預(yù)先進(jìn)行,如語音信號的數(shù)字化、預(yù)加重、加窗和分幀等。經(jīng)過這些處理,語音信號就被分割成一幀一幀加過窗函數(shù)的短時(shí)信號,然后再把每一個(gè)短時(shí)語音幀看成平穩(wěn)的隨機(jī)信號,利用數(shù)字信號處理技術(shù)提取語音特征參數(shù)。

在進(jìn)行處理時(shí),按幀從數(shù)據(jù)區(qū)中取出數(shù)據(jù),處理完后再取下一幀。最后得到由每一幀參數(shù)組成的語音特征參數(shù)的時(shí)間序列。基音周期是語音信號最重要的參數(shù)之一,它描述了語音激勵(lì)源的一個(gè)重要特征。因?yàn)闈h語言是一種有調(diào)語言,基音的變化模式稱為聲調(diào),它攜帶著非常重要的具有辨意作用的信息,有區(qū)別意義的功能,所以基音周期的提取和估計(jì)對漢語言更是一個(gè)十分重要的問題。

1 同態(tài)分析

1.1 同態(tài)信號處理的原理

同態(tài)信號處理也稱為同態(tài)濾波,實(shí)現(xiàn)將卷積關(guān)系和乘積關(guān)系變換為求和關(guān)系的分離處理。將非線性信號處理變?yōu)榫€性信號處理的過程。語音信號x(n)可視為聲門激勵(lì)信息u(n)及聲道沖擊響應(yīng)h(n)的卷積:x(n)=u(n)*h(n);通過處理可將語音信號的聲門激勵(lì)信息及聲道沖擊響應(yīng)信息分離開來,從而求得聲道共振特征和基音周期。卷積同態(tài)系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng)[3]:

第一個(gè)子系統(tǒng)特征系統(tǒng)D*[] 完成將卷積信號轉(zhuǎn)化為加性信號的運(yùn)算,對x(n)=x1(n)x2(n)進(jìn)行如下處理:

Z[x(n)]=X(z)=X1(z)X2(z)(1)

ln X(z)=ln X1(z)+ln X2(z)=

1(z)+2(z)=(z)(2)

Z-1[(z)]=Z-1[1(z)+2(z)]=

1(n)+2(n)=(n)(3)

第二個(gè)子系統(tǒng)對加性信號進(jìn)行所需要的線性處理(滿足線性疊加原理等):

(n)=LTI[(n)]=LTI[1(n)+2(n)]

第三個(gè)子系統(tǒng)是逆特征系統(tǒng)D-1*[],使其恢復(fù)為卷積性信號。對(n)=1(n)+2(n)進(jìn)行如下處理:

Z[(n)]=(z)=1(z)+2(z)(4)

exp[(z)]=Y(z)=Y1(z)Y2(z)(5)

y(n)=Z-1[Y1(z)Y2(z)]=y1(n)y2(n)(6)

1.2 倒譜

設(shè)X(ejω)=|X(ejω)|ejarg[X(ejω)],對其取對數(shù)得:

(ejω)=ln|X(ejω)|+j arg[X(ejω)]

(ejω)仍然是復(fù)數(shù),只考慮其實(shí)部。令:

c(n)=IDTFT[ln|X(ejω)|]

c(n)=IDFT[ln|X(k)|]

式中:c(n)是序列x(n)對數(shù)幅度譜的傅里葉逆變換,稱為倒頻譜,簡稱為倒譜,有時(shí)也稱為對數(shù)倒頻譜,其量綱為時(shí)間。c(n)就是要求取得語音信號倒譜特征[4]。因此,設(shè)信號為s(n),則其倒譜為:

c(n)=IDFT{ln|DFT[s(n)]|}

1.3 倒譜的作用

倒譜的作用為:

(1) 區(qū)分清/濁音;

(2) 求濁音的基音周期,可以得到濁音的激勵(lì)信號;

(3) 得到聲道沖擊響應(yīng)[5]h(n)。

2 基于LPC系數(shù)的倒譜

由于語音樣點(diǎn)之間存在相關(guān)性,所以可以用過去的樣點(diǎn)值預(yù)測現(xiàn)在或未來的樣點(diǎn)值。這是線性預(yù)測分析的基本思想。通過使實(shí)際語音x(n)和線性預(yù)測結(jié)果x′(n)之間的誤差e(n){e(n)=x(n)- x′(n)} 在某個(gè)準(zhǔn)則下達(dá)到最小值來決定惟一的一組預(yù)測系數(shù)ak。這組系數(shù)就能反映語音信號的特性,可以作為語音信號特征參數(shù)用于語音編碼、語音合成和語音識別等應(yīng)用中去。語音信號的倒譜特征系數(shù)與語音信號的LPC參數(shù)有密切關(guān)系。LPC系數(shù)是線性預(yù)測分析的基本參數(shù),它可以表示整個(gè)LPC系統(tǒng)沖激響應(yīng)的復(fù)倒譜。

預(yù)測誤差e(n)就是激勵(lì)信號G•u(n),預(yù)測系數(shù){ak}就是聲道濾波器的系數(shù){dk}。線性預(yù)測分析可以對生成模型的增益參數(shù)G和濾波器系數(shù){dk}進(jìn)行直接和高效率的計(jì)算。這樣,結(jié)合清濁音的判斷和基音周期的估計(jì),可得到語音信號生成模型的全部參數(shù),實(shí)現(xiàn)語音的產(chǎn)生。

3 Matlab仿真及基音周期提取

具體步驟如下:

(1) 打開Matlab軟件,在命令窗口中利用wavread函數(shù)打開語音信號的波形文件,得到抽樣頻率fs,n bits的值以及語音信號的二維圖形。實(shí)驗(yàn)仿真是對一男聲“沙地”的語音信號進(jìn)行分析,其采樣頻率為8 kHz[6]。

(2) 對該語音信號截取一幀的長度,幀長為20 ms。

(3) 定義窗函數(shù),在此選用漢明窗。

(4) 對截取的一幀語音信號AMP(見圖1)進(jìn)行加窗處理。

圖1 一幀語音信號

(5) 對截取加窗后的一幀語音信號AMP進(jìn)行CEP和LPC譜分析,觀察波形圖,估計(jì)基音周期。如圖2,圖3所示。

圖2 LPC譜

圖3 CEP譜

4 LPC譜(左)和CEP譜(右)的討論

對一幀語音信號做CEP譜和LPC譜都能準(zhǔn)確地分析出語音信號的基音周期。LPC譜圖波峰位置恰好對應(yīng)CEP譜圖中的波谷位置;波形基本上關(guān)于橫軸對稱;LPC譜估計(jì)基音周期,可以采用離開原點(diǎn)的第一個(gè)波谷出現(xiàn)的樣值點(diǎn)除以采樣頻率;而用CEP譜圖估計(jì)基音周期,可以采用離開原點(diǎn)的第一個(gè)波峰出現(xiàn)的樣點(diǎn)值除以采樣頻率[7]。

但是,在語音信號分析過程中窗長的選擇對于語音特征參數(shù)的選擇是非常重要的,如果窗長很大,當(dāng)語音信號通過時(shí),反映波紋細(xì)節(jié)的高頻部分被阻礙,短時(shí)能量隨時(shí)間變化很小,不能真實(shí)地反映語音信號的幅度變化;反之,窗長太小,短時(shí)能量隨時(shí)間有急劇的變化,不能得到平滑的能量函數(shù),因此應(yīng)該根據(jù)不同的需要選擇合適的窗長,否則提取特征參數(shù)會產(chǎn)生很大的誤差[8]。

此外,采用LPC譜估計(jì)基音周期的方法,其算法的運(yùn)算量較大,而CEP 譜算法簡單,概念更直觀,且在少部分情況下基音峰會變得更突出,基音周期的估計(jì)值更加準(zhǔn)確;在實(shí)際的基音周期檢測算法中,CEP譜的應(yīng)用更為廣泛,因此基于CEP譜的改進(jìn)算法是進(jìn)一步需要研究的理論。

參考文獻(xiàn)

[1]陳洪立.一種基音周期估計(jì)方法[J].江西通信科技,2004(2):8-10.

[2]王文延,曾慶寧.一種噪聲環(huán)境下的語音端點(diǎn)檢測方法[J].聲學(xué)技術(shù),2007,26(3):435-441.

[3][美]夸特爾瑞.離散時(shí)間語音信號處理(原理與應(yīng)用)[M].趙勝輝,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2000.

[4]王洪海,劉剛,郭建軍.基于滑動倒譜的自動語言識別[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào),2008(4):336-341.

[5]李躍強(qiáng),孫星明,周天亮.基于復(fù)倒譜變換的數(shù)字音頻水印研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2006,32(23):145-148.[6]叢玉良.數(shù)字信號處理及其Matlab實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[7]拉賓納,謝弗.語音信號數(shù)字處理[M].朱雪龍,譯.北京:科學(xué)出版社,1993.

[8]劉建,鄭方,吳文虎.基于混合幅度差函數(shù)的基音提取算法[J].電子學(xué)報(bào),2006,34(10):1 925-1 928.

篇(7)

系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前電壓型可逆變流器控制策略的發(fā)展概況，并對其詳細(xì)分類研究。在比較各種控制方案優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上最終確定了以電流d-q變換結(jié)合滑?？刂谱鳛楸菊n題的控制策略。

詳細(xì)闡述了電壓型可逆變流器的數(shù)學(xué)模型，包括通用數(shù)學(xué)模型、d-q變換大信號數(shù)學(xué)模型、以及d-q變換小信號數(shù)學(xué)模型。根據(jù)d-q變換大信號數(shù)學(xué)模型建立了系統(tǒng)的電流環(huán)。結(jié)合d-q變換小信號數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了電壓環(huán)以及電壓環(huán)的滑?？刂破?。

確定了電壓空間矢量(SVPWM)作為開關(guān)控制策略。詳細(xì)闡述了其基本原理?；贛ATLAB對其進(jìn)行了仿真研究。針對可逆變流器使用常規(guī)的PID控制對系統(tǒng)參數(shù)變化的較為敏感性，電壓環(huán)采用了滑模變結(jié)構(gòu)控制以期得到改善。基于MATLAB仿真軟件完成了系統(tǒng)的忽略高次諧波、不忽略高次諧波下的SPWM、SVPWM的閉環(huán)系統(tǒng)仿真。

針對單片機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算速度慢，實(shí)時(shí)性控制較差，因此本課題采用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F240來控制系統(tǒng)，以期提高計(jì)算速度。

根據(jù)本課題的控制方案，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件流程，編寫了系統(tǒng)的電流電壓雙閉環(huán)程序?；赥MS320F240發(fā)出開關(guān)頻率fs =900Hz的空間矢量波形。理論上的分析結(jié)合實(shí)踐過程完成了系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制方案的可行性。

本課題獲得河北省教委科技基金支持，是國家自然科學(xué)基金的后續(xù)課題，對解決電網(wǎng)諧波污染，提倡綠色用電有著重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論上的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞　功率因數(shù)校正；可逆變流器；滑模變結(jié)構(gòu)控制；空間矢量；數(shù)字信號處理器

Abstract

Development survey of control strategy of voltage type reversible converter is summarized systematically. Control strategy is studied in detail. Direct current d-q change and sliding mode controls are regarded as control strategy of this paper on the basis of comparing of advantages and disadvantages varieties of control strategy.

Mathematics mode is set forth detailedly， including; current general mathematics mode; d-q change large signal mathematics model and d-q change small signal mathematics model. The system current loop is established according to d-q change large signal mathematics model. The voltage loop and its SMC are designed according to d-q change small signal mathematics model.

Space vector PWM is regarded as switch control strategy .Its essential principle is set forth detailedly and is simulated based on MATLAB. Voltage loop adopts variable structure control with sliding mode in order to improve with regard to conventional PID control， which is sensitive to system parameter. Close loop system simulation of SPWM and SVPWM is completed with neglecting high harmonics and without neglecting high harmonics based on MATLAB.

Because calculation speed of single chip microprocessor is slow and it realizes timing control poorly， digital signal processor TMS320F240 of TI Company is adopted to improve the calculation speed.

Flowchart of system software is designed according to control strategy of this paper. The double close loop program of current and voltage is complied. SVPWM wave of switch frequency (900Hz) is emitted based on TMS320F240.Open loop experimentation and close experimentation is completed according to theory analysis and practice process， validating feasibility of control strategy.

This paper obtains the sustainment of science and technology fund of committee of education in province HeBei and is the follow-up task of nature science fund of country and has the important value of economy and the guidance significance of theory.

Keywords power factor correction; reversible converter; variable structure control with sliding mode; space vector; digital signal processor

目　錄

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………Ⅱ

第1章 緒論…………………………………………………………………1

1.1 功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展概況………………………………………1

1.1.1 單個(gè)三相PFC電路………………………………………………2

1.1.2 電流斷續(xù)狀態(tài)下三相單開關(guān)變換器……………………………3

1.1.3 電流斷續(xù)狀態(tài)下的三相升壓變換器……………………………4

1.1.4 電流連續(xù)狀態(tài)下三相升壓變換器………………………………4

1.1.5 三相降壓整流器…………………………………………………5

1.2 電壓型可逆變流器的開關(guān)控制策略…………………………………5

1.3 電壓型可逆變流器的控制方案………………………………………6

1.3.1 間接電流控制……………………………………………………6

1.3.2 直接電流控制……………………………………………………7

1.4 可逆變流器控制策略的新發(fā)展………………………………………9

1.4.1 單周控制…………………………………………………………10

1.4.2 占空比控制………………………………………………………10

1.4.3 基于Lyapunov非線性大信號方法控制………………………10

1.4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯控制………………………………………10

1.4.5 雙電流控制………………………………………………………11

1.4.6 輸出直流電壓的優(yōu)化前饋補(bǔ)償控制……………………………11

1.5 本課題工作…………………………………………………………11

第2章 可逆變流器控制方案及數(shù)學(xué)模型…………………………13

2.1 可逆變流器數(shù)學(xué)模型概述…………………………………………13

2.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………………13

2.2.1 系統(tǒng)通用數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………14

2.2.2 系統(tǒng)d-q數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………16

2.2.3 系統(tǒng)小信號數(shù)學(xué)模型……………………………………………18

2.3 系統(tǒng)的控制方案……………………………………………………21

2.4 變流器電流環(huán)的設(shè)計(jì)………………………………………………22

2.5 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論………………………………………………25

2.5.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問題……………………………………26

2.5.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本策略……………………………………26

2.5.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)………………………………27

2.6 滑?？刂破骷半妷涵h(huán)的設(shè)計(jì)………………………………………28

2.6.1 廣義控制對象的確定……………………………………………28

2.6.2 滑模控制器的改進(jìn)………………………………………………32

2.7 本章小結(jié)……………………………………………………………36

第3章 系統(tǒng)仿真研究……………………………………………………37

3.1 空間矢量PWM(SVPWM)的基本原理……………………………37

3.2 空間矢量的工作模式和時(shí)間的計(jì)算………………………………38

3.3 空間矢量調(diào)制比及其對系統(tǒng)的影響………………………………42

3.4 空間矢量的MATLAB仿真………………………………………43

3.5 控制系統(tǒng)仿真研究………………………………………………45

3.5.1 不忽略高次諧波下的總系統(tǒng)SPWM仿真……………………49

3.5.2 不忽略高次諧波下的總系統(tǒng)空間矢量仿真……………………50

3.6 本章小結(jié)……………………………………………………………52

第4章 基于DSP軟件實(shí)現(xiàn)……………………………………………53

4.1 TMS320F240的結(jié)構(gòu)與匯編原理……………………………………53

4.2 TMS320F240的中斷結(jié)構(gòu)……………………………………………54

4.3 TMS320F240的定點(diǎn)運(yùn)算……………………………………………55

4.4 系統(tǒng)控制的硬件和軟件設(shè)計(jì)………………………………………56

4.4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………57

4.4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………58

4.5 本章小結(jié)……………………………………………………………60

第5章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………61

5.1 開環(huán)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………………62

5.2 閉環(huán)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………………64

5.2.1 電流閉環(huán)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………64

5.2.2 電壓閉環(huán)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………67

5.3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)………………………………………………………69

5.4 本章小結(jié)……………………………………………………………69

結(jié)論……………………………………………………………………………71

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………72

攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文……………………………………………77

致謝……………………………………………………………………………78

點(diǎn)擊查看全文