论文导读：)，通过扬声器可以听到“重庆邮电大学，重庆邮电大学”声音，对原始语音信号进行FFT 频谱分析，程序关键代码如下：　　figure；　　t=(0：length(x)-1)/Fs；　　subplot(2，1，1)；plot(t，x)；　　title('信号原形')；xlabel('时间(s)')；ylabel('幅度')；　　X=fft(x)；m=(0：length(X)-1)；　　w=2*m/length(X)；　　subplot(2，1，2)；plot(w，a

摘要：针对“数字信号处理”实验课简单、教学效果差等问题，将数字信号处理实验分设为验证性、研究性和综合设计性实验，探讨了基于MATLAB的数字信号处理实验的方法和步骤。实践表明，在数字信号处理实验中加入研究性和综合设计性实验可以培养学生

源于：********http://www.7ctime.com的求知欲和创新意识，提高学生的综合能力。

关键词：数字信号处理；综合设计性实验；MATLAB

作者简介：曹建玲(1974-)，女，河北辛集人，重庆邮电大学通信学院，讲师；刘焕淋(1970-)，女，重庆人，重庆邮电大学通信学院，教授。(重庆　400065)

基金项目：本文系重庆市教育教学改革项目(项目编号：113002)的研究成果。

1007-0079(2012)32-0088-02

“数字信号处理”是重庆邮电大学通信电子类、自动化、测控仪器等专业的一门理论性、实践性均很强的主干课，学生在学习这门课时普遍对理论不能理解，也很难将该课程的理论知识应用到工程实践中，因此实验在教学中占有十分重要的地位。如何让学生理解和掌握课程内容及学会灵活运用这一理论工具，提高解决实际问题的能力、提高科研能力和创新能力是“数字信号处理”实验教学所要解决的关键问题。

一、实验教学体系

实验内容上，改变以往运用MATLAB工具对数字信号处理基本理论单一化仿真验证的软件实现方法，增加了研究性和综合性实验，将实验分为三大类：仿真验证实验、研究性实验、综合设计性实验。仿真验证实验主要是运用MATLAB工具对基本理论仿真验证，实验内容主要有利用MATLAB验证时域采样定理；利用MATLAB实现时域离散系统的时域和频域分析。研究性实验要求学生在实验中改变某些参数，看这些参数对结果的影响，分析原因。实验内容主要有用FFT进行谱分析、IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计。综合设计性实验要求学生实例编程完成实验内容，例如综合设计数字语音滤波系统，此实验综合了信号的采样定理、FFT的基本原理及IIR和FIR数字滤波器设计方法的数字信号理论知识。实验教学体系归纳如图1所示。

二、实验教学内容

1.仿真验证性实验

验证性实验比较简单，目的是加强学生对数字信号处理所学基础知识的理解，主要是对比较抽象的知识点进行原理性演示，给学生以直观的认识。学生只需要参照实验指导书上的程序输入就可观察到图形。例如对于时域采样定理，学生很难理解信号采样前后频谱的关系，没有直观的认识。通过实验，学生可以看到采样后信号的频谱发生的改变，也可以看到采样频率和最高频率分量不同时频谱的特点，从而理解采样定理。

2.研究性实验

研究性实验要求学生首先从理论上进行分析，参照指导书上的要求，编写MATLAB程序，得出在不同参数下的多个实验现象，并对这些实验现象进行比较研究，发现问题并用所学的理论知识解决问题，以便在实际中应用。如用FFT进行谱分析，在实验中要求对给出的三类信号(周期序列、非周期序列和连续信号)分别进行谱分析。对于每类信号进行谱分析的时候，采样点数N变换三种取值，对比N不同取值下FFT图形，并和信号的幅频特性曲线比较，以理解DFT的物理意义及分析出FFT作谱分析时有关参数的选择方法。

例如对连续信号x=cos(8πt)+cos(16πt)+cos(20πt)做谱分析关键代码如下：

N=64；

fs=64；

n=0：N-1；

x=cos(8*pi*n/fs)+cos(16*pi*n/fs)+cos(20*pi*n/fs)；

Xk=fft(x，N)；

stem(0：N-1，abs(Xk)，'.')；

得到的此连续信号的64点采样序列和序列的64点的FFT频谱如图2所示。

3.综合设计性实验

综合设计性实验综合数字信号处理的知识点，并与实际系统相联系，使学生拓宽知识面，培养学生的创新性和科研素质。下面以数字语音滤波系统设计为例来介绍综合设计性实验。该实验首先是采集语音信号，对采集的语音信号进行采样，然后用FFT进行频谱分析，根据信号的频谱特性、双线性变换法设计不同功能的数字滤波器进行滤波，得出滤波前后的频谱，分析信号的变化。

(1)采集语音信号及信号采样。利用计算机Windows下的录音机设备录制一段“重庆邮电大学，重庆邮电大学”话音，时间约在4s左右，得到数据文件cqupt.wav。然后在MATLAB软件平台下，利用函数[x，Fs，Nbits]=wavread(‘cqupt.wav’)，对此语音信号进行采样，可以得到语音信号的采样频率Fs、采样点数和声音数据变量。[3]将得到的声音数据组放在向量x中，采样频率fs为44.1kHz，采样位数Nbits为16bit。

(2)FFT频谱分析。键入函数sound(x，Fs，Nbits)，通过扬声器可以听到“重庆邮电大学，重庆邮电大学”声音，对原始语音信号进行FFT 频谱分析，程序关键代码如下：

figure；

t=(0：length(x)-1)/Fs；

subplot(2，1，1)；plot(t，x)；

title('信号原形')；xlabel('时间(s)')；ylabel('幅度')；

X=fft(x)；m=(0：length(X)-1)；

w=2*m/length(X)；

subplot(2，1，2)；plot(w，abs(X))；

title('信号的频谱')；xlabel('数字频率(rad)')；ylabel('幅度')；X=fft(x)

得到原始声音信号的时域和频域波形如图3所示。

从图3可以看出，语音信号主要以低频为主，能量主要集中在0.2π以内，0.4π以外的高频部分非常少。(3)设计数字滤波器。根据待处理语音信号的特点，分别设计数字低通、高通、带通、带阻滤波器进行滤波处理，过渡带宽度取0.05π，通带最大衰减0.25dB，阻带最小衰减50dB。

性能指标：

低通滤波器：wp=0.075π，s=0.125π

高通滤波器：wp=0.375π，ws=0.425π

带通滤

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