數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

1緒論11課程設(shè)計(jì)背景數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)，用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行過濾、檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)等處理，在通信、圖像、語音、雷達(dá)等許多領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。尤其在圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等方面取得了令人矚目的進(jìn)展和成就。由此可見，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)尤為重要。目前數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有許多現(xiàn)成的高級(jí)語言設(shè)計(jì)程序，但他們都存在設(shè)計(jì)效率較低，不具有可視圖形，不便于修改參數(shù)等缺點(diǎn)，而MATLAB為數(shù)字濾波的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。他以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)交互式的工作環(huán)境中。尤其是MATLAB工具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進(jìn)行科學(xué)研究與工程應(yīng)用。其中的信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱、小波工具箱等更是為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了可能。本次課程設(shè)計(jì)主要介紹基于MATLAB環(huán)境的IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，然后將設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用于語音信號(hào)的處理，針對(duì)處理結(jié)果進(jìn)一步分析了濾波器性能的。12課程設(shè)計(jì)目的了解IIR、FIR數(shù)字濾波器的工作原理。掌握IIR、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)思路及方法步驟，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)各種低通、高通、帶通濾波器。鍛煉自己解決問題和動(dòng)手能力。13課程設(shè)計(jì)內(nèi)容131課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)題1設(shè)計(jì)卷積運(yùn)算的演示程序1可輸入任意兩個(gè)序列X1N、X2N，指定X1N為自己的學(xué)號(hào)X1N2,0,0,7,5,7,1,7,0,2,2,4。2X2N的內(nèi)容和長度自選。例如X2N1,243,617,1293,2217,3225,4088,4587,4587,4088,3225,2217,1293,617,243,10000。3分別動(dòng)態(tài)演示兩個(gè)序列進(jìn)行線性卷積X1NX2N和圓周卷積X1NX2N的過程；要求分別動(dòng)態(tài)演示翻轉(zhuǎn)、移位、乘積、求和的過程；4圓周卷積默認(rèn)使用兩個(gè)序列中的最大長度，但卷積前可以指定卷積長度N用以進(jìn)行混疊分析；A改變圓周卷積長度N，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析2類卷積的關(guān)系。B在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)下選一段聲音文件XP系統(tǒng)在“CWINDOWSMEDIA”，讀取文件取10MS的聲音數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)域序列X1N,序列內(nèi)容自定義。利用X2N1,243,617,1293,2217,3225,4088,4587,4587,4088,3225,2217,1293,617,243,1。利用FFT實(shí)現(xiàn)快速卷積，驗(yàn)證時(shí)域卷積定理，并與直接卷積進(jìn)行效率對(duì)比（驗(yàn)證時(shí)采用MATLAB子函數(shù)）。2編寫程序演示采樣定理（時(shí)域采樣、頻譜周期延拓），同時(shí)演示采樣頻率小于2FC時(shí)，產(chǎn)生的混疊效應(yīng)1對(duì)下面連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，A為幅度因?qū)W號(hào)，NANATUAETXATA,2,SIN00子，A為衰減因子，為模擬角頻率，其中N為學(xué)號(hào)例如，王墨同學(xué)N232要求輸入采樣頻率FS（根據(jù)程序處理需要指定范圍）后，在時(shí)域演示信號(hào)波形、采樣脈沖及采樣后信號(hào)；在頻域演示不同采樣頻率下對(duì)應(yīng)信號(hào)的頻譜。132課程設(shè)計(jì)題1利用WINDOWS下的錄音機(jī)或其他軟件，進(jìn)行語音信號(hào)的采集（WAV）；2語音信號(hào)的頻譜分析，畫出采樣后語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；3產(chǎn)生噪聲信號(hào)并加到語音信號(hào)中，得到被污染的語音信號(hào)，并回放語音信號(hào)；4污染信號(hào)的頻譜分析，畫出被污染的語音信號(hào)時(shí)域波形和頻譜；5根據(jù)有關(guān)的頻譜特性，采用間接法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器，并畫出相應(yīng)濾波器的幅頻、相頻圖（設(shè)計(jì)3個(gè)IIR濾波器）A模擬濾波器類型切比雪夫?yàn)V波器（低通、帶通、高通）B總體要求MATLAB原程序仿真波形技術(shù)指標(biāo)6根據(jù)有關(guān)的頻譜特性，采用直接法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，并畫出相應(yīng)濾波器的幅頻、相頻圖（設(shè)計(jì)3個(gè)FIR濾波器）A濾波器類型KAISER窗（低通、帶通、高通）B總體要求MATLAB原程序仿真波形技術(shù)指標(biāo)窗函數(shù)7用自己設(shè)計(jì)的這些濾波器分別對(duì)被不同噪聲污染的信號(hào)進(jìn)行濾波；8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；9回放語音信號(hào)。2課程設(shè)計(jì)的基本原理21IIR濾波器的設(shè)計(jì)原理IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)一般是利用目前已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常采用模擬濾波器原型有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器等。IIR數(shù)字濾波器單位取樣響應(yīng)是時(shí)寬無限的HN，即。數(shù)字濾波器按照實(shí)現(xiàn)的方法和結(jié)構(gòu)形式分為遞歸型或非遞歸型兩類。遞歸型數(shù)字濾波器的當(dāng)前輸出YN是輸入XN的當(dāng)前值和以前各輸入值XN，XN1，及以前各輸出值YN，YN1，的函數(shù)。一個(gè)N階遞歸型數(shù)字濾波器IIR濾波器的差分方程如公式21所示21NIMIINYANXBY10其中，式中的系數(shù)至少有一項(xiàng)不為零。說明必須將延時(shí)的輸出序列進(jìn)行反饋。遞歸系統(tǒng)的傳統(tǒng)函數(shù)定義如公式22所示22NIIMIIZABZH10遞歸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)HZ在Z平面上不僅有零點(diǎn)，而且有極點(diǎn)。非遞歸型數(shù)字濾波器當(dāng)前的輸出值YN僅為當(dāng)前及以前的輸入序列的函數(shù)，而與以前的各個(gè)輸出值無關(guān)，因此從結(jié)構(gòu)上看非遞歸系統(tǒng)沒有反饋環(huán)路。IIR濾波器目前最通用的方法是利用已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)切比雪夫?yàn)V波器，下面介紹切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)原理。契比雪夫?yàn)V波器通帶下降斜率大，在MATLAB下可使用CHEBY1函數(shù)設(shè)計(jì)出契比雪夫I型IIR濾波器。CHEBY1函數(shù)可設(shè)計(jì)低通、高通、帶通和帶阻契比雪夫I型濾IIR波器，其通帶內(nèi)為等波紋，阻帶內(nèi)為單調(diào)。契比雪夫I型的下降斜度比II型大，但其代價(jià)是通帶內(nèi)波紋較大。CHEBY1函數(shù)的用法為B,ACHEBY1N,RP,WN,/FTYPE/在使用CHEBY1函數(shù)設(shè)計(jì)IIR濾波器之前，可使用CHEBLORD函數(shù)求出濾波器階數(shù)N和截止頻率WN。CHEBLORD函數(shù)可在給定濾波器性能的情況下，選擇契比雪夫I型濾波器的最小階和截止頻率WN。CHEBLORD函數(shù)的用法為N,WNCHEBLORDWP,WS,RP,RS其中WP和WS分別是通帶和阻帶的拐角頻率（截止頻率），其取值范圍為0至1之間。當(dāng)其值為1時(shí)代表采樣頻率的一半。RP和RS分別是通帶和阻帶區(qū)的波紋系數(shù)。22FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理FIR數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)是時(shí)寬有限的HN，即。一個(gè)N階的非遞歸型數(shù)字濾波器FIR濾波器的差分方程如公式23所示231010KNKNXBNXHNY差分方程式中的系數(shù)等于單位取樣響應(yīng)的序列值HN，其系統(tǒng)函數(shù)HZ可以表示為公式24所示的形式2410NKKZBHHZ是的多項(xiàng)式，因此它的極點(diǎn)只能在Z平面的原點(diǎn)上。FIR濾波器通常采用窗函數(shù)方法來設(shè)計(jì)。窗設(shè)計(jì)的基本思想是，首先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)睦硐脒x頻濾波器（它總是具有一個(gè)非因果，無限持續(xù)時(shí)間脈沖響應(yīng)），然后街區(qū)（加窗）它的脈沖響應(yīng)得到線性相位和因果FIR濾波器。我們用表示理想的選頻濾波器，它在通帶上具有單位增益和線性相位，在阻JWEHD帶上具有零響應(yīng)。一個(gè)帶寬WC0X2X2MX21M1YNSUMX1X2IFNM3SUBPLOT7,1,4MNSTEMX2YLABELSHIFTENDNN1ENDSUBPLOT717STEMYYLABELYMATLAB軟件仿真得圓周卷積圖如圖32所示圖32圓周卷積圖313卷積翻轉(zhuǎn)求和設(shè)計(jì)卷積翻轉(zhuǎn)求和的程序如下M1WAVREADCWINDOWSMEDIACHORDWAV,10M1M1M1M11,M2124361712932217322540884587458740883225221712936172431SUBPLOT711STEMM1YLABELX1NSUBPLOT712STEMM2YLABELX2NYCONVM1,M2SUBPLOT713STEMYYLABELYNMAXLENGTHM1,LENGTHM2X1FFTM1,25X2FFTM2,25SUBPLOT714STEMX1YLABELX1SUBPLOT715STEMX2YLABELX2Y1X1X2SUBPLOT716STEMY1YLABELY1Y2FFTYSUBPLOT717STEMY2YLABELY2MATLAB軟件仿真得圓周卷積圖如圖33所示圖33卷積翻轉(zhuǎn)求和圖32語音信號(hào)的采集及分析對(duì)于不同的濾波器，應(yīng)當(dāng)選取與之相應(yīng)的語音信號(hào)，那樣經(jīng)過濾波器處理后的效果比較好。如采用“CWINDOWSMEDIADINGWAV”聲作為語音信號(hào)，那么語音信號(hào)采樣程序如下X,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIADINGWAVXX,1FIGURE1SUBPLOT2，1，1PLOTXSOUNDX,FS,BITSTITLE語音信號(hào)時(shí)域波形圖YFFTX,600FFS/3001600SUBPLOT2，1，2PLOTF1300,ABSY1300TITLE語音信號(hào)頻譜圖經(jīng)過MATLAB仿真軟件運(yùn)行后得到原始語音信號(hào)的時(shí)域波形和其頻譜如下圖34所示0123X104020150100500050101502低低低低低低低低低低0123X104051015202530低低低低低低低低圖34原始語音信號(hào)時(shí)域波形和頻譜圖33加噪聲干擾后的語音信號(hào)分析噪聲可自行選擇，不過干擾頻率要選取適當(dāng)，否則經(jīng)過濾波器處理后不能得到較為理想的語音信號(hào)。加噪聲干擾的程序如下X0,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIADINGWAVX0X0,1SOUNDX0,FS,BITSNLENGTHX0XFFTX0,600FFS/3001600T01/30000N1/30000NOISE1005COS2PI100TNOISEZEROS0,500,NOISE1NOISEFFTNOISE,1200SOUNDNOISE,FS,BITSSIGNALX0NOISESOUNDSIGNAL,FS,BITSSIGNALFFTSIGNAL,1200SUBPLOT321PLOTX0TITLE原始語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT322PLOTF1300,ABSX1300TITLE原始語音信號(hào)頻譜SUBPLOT323PLOTNOISETITLE噪聲信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT324PLOTF1300,ABSNOISE1300TITLE噪聲信號(hào)頻譜SUBPLOT325PLOTSIGNALTITLE受噪聲污染后語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT326PLOTF1300,ABSSIGNAL1300TITLE受噪聲污染后語音信號(hào)頻譜用MATLAB軟件運(yùn)行以上程序得含噪聲語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖如圖35所示0123X10402002低低低低低低低低低低0123X10402040低低低低低低低低0123X1040050005低低低低低低低低0123X10402040低低低低低低0123X10405005低低低低低低低低低低低低低低0123X104050100低低低低低低低低低低低低圖35原始語音信號(hào)與加噪聲語音信號(hào)34數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)341IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟（1）確定所需類型數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)；（2）按照雙線性變換法或者脈沖響應(yīng)不變法把給定的濾波器的邊界頻率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)類型模擬濾波器的邊界頻率；（3）根據(jù)模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)為相應(yīng)的模擬低通濾波器；（4）用（2）中所選的方法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器；如果要設(shè)計(jì)的濾波器是高通、帶通或帶阻濾波器，則首先把它們的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)為數(shù)字低通濾波器，最后通過頻率轉(zhuǎn)換的方法來得到所要的濾波器。342FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)步驟FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有許多種，如窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣設(shè)計(jì)法和最優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本原理是用一定寬度窗函數(shù)截取無限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長的脈沖響應(yīng)序列，主要設(shè)計(jì)步驟為1通過傅里葉逆變換獲得理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)HDN。2由性能指標(biāo)確定窗函數(shù)WN和窗口長度N。3求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應(yīng)HN，HN即為所設(shè)計(jì)FIR濾波器系數(shù)向量BN。35濾波處理語音信號(hào)在MATLAB中,函數(shù)SOUND可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式如下所示SOUNDX,FS,BITS，可以用來感覺濾波前后的聲音信號(hào)有何變化。4設(shè)計(jì)程序的調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果41切比雪夫低通濾波器處理語音信號(hào)411切比雪夫低通濾波器的設(shè)計(jì)切比雪夫低通濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下所示FP1000FC800FK30000RP1RS10切比雪夫低通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FP1000FC800FK30000RP1RS10WP2PIFP/FKWS2PIFC/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SB,ACHEBY1N,RP,WC,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FKPLOTW,ABSHTITLE切比雪夫低通濾波器的幅頻特性AXIS05000012GRIDON經(jīng)MATLAB軟件運(yùn)行得到切比雪夫低通濾波器的幅頻特性如圖41所示05001000150020002500300035004000450050000020406081低低低低低低低低低低低低低低圖41切比雪夫低通濾波器幅頻特性412切比雪夫低通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄A。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIADINGWAV；程序采用噪聲信號(hào)為NOISE1005COS2PI300TMATLAB軟件仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖42所示圖42切比雪夫低通濾波器對(duì)語音信號(hào)處理圖42切比雪夫高通濾波器處理語音信號(hào)421切比雪夫高通濾波器的設(shè)計(jì)切比雪夫低通濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下所示FP1000FC800FK30000RP1RS10切比雪夫高通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FP1000FC800FK30000RP1RS10WP2PIFP/FKWS2PIFC/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SCHEBY1N,AP,WS,BANDPASSB,ACHEBY1N,RP,WC,HIGH,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FKPLOTW,ABSHTITLE切比雪夫高通濾波器的幅頻特性AXIS05000012GRIDON經(jīng)MATLAB軟件運(yùn)行得到切比雪夫高通濾波器的幅頻特性如圖43所示05001000150020002500300035004000450050000020406081低低低低低低低低低低低低低低圖43切比雪夫高通濾波器的幅頻特性422切比雪夫高通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄B。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIADINGWAV；程序采用噪聲信號(hào)為NOISE1005COS2PI10TMATLAB軟件仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖44所示圖44切比雪夫高通濾波器對(duì)語音信號(hào)處理圖43切比雪夫帶通濾波器處理語音信號(hào)431切比雪夫帶通濾波器的設(shè)計(jì)切比雪夫低通濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下所示FSL500FPL800FPU2500FSU3000FK20000RP1RS10切比雪夫帶通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FSL500FPL800FPU2500FSU3000FK20000RP1RS10WP2PIFPL,FPU/FKWS2PIFSL,FSU/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SB,ACHEBY1N,RP,WC,BANDPASS,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FKFIGURE1PLOTW,ABSHTITLE切比雪夫帶通濾波器的幅頻特性AXIS08000012GRIDON通過MATLAB軟件運(yùn)行以上程序得切比雪夫帶通濾波器的幅頻特性如圖45所示0100020003000400050006000700080000020406081低低低低低低低低低低低低低低圖45切比雪夫帶通濾波器的幅頻特性432切比雪夫帶通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄C。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIADINGWAV；程序采用噪聲信號(hào)為NOISE005COS2PI150T003SIN2PI10TMATLAB軟件仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖46所示圖46切比雪夫帶通濾波器對(duì)語音信號(hào)處理圖44HAMMING窗函數(shù)的設(shè)計(jì)HAMMING窗函數(shù)的設(shè)計(jì)程序如下FS8000FP1000FC1200AS100AP1WP2PIFP/FSWS2PIFC/FSBTWSWPN0CEIL66PI/BT求濾波器長度NN0MODN01,2WCWPWS/2/PIHNFIR1N1,WC,HAMMINGNHDFFTHN,1024W_HAMHAMMINGNSTEMW_HAMTITLE哈明WN用MATLAB軟件運(yùn)行以上程序得到HAMMING窗如圖47所示02040608010012014000102030405060708091低低WN圖47哈明窗圖形45HAMMING窗低通濾波器處理語音信號(hào)451HAMMING窗低通濾波器的設(shè)計(jì)HAMMING窗低通濾波器的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)如下所示FP7500,FC8500RP1RS10HAMMING窗低通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FP7500,FC8500WP2PIFP/FSWS2PIFC/FSBTWSWPN0CEIL66PI/BTNN0MODN01,2WCWPWS/2/PIHNFIR1N1,WC,HAMMINGNXCONVHN,XSOUNDX,FS,BITSX1FFTX,1200FREQZHN,1,512用MATLAB運(yùn)行程序得哈明窗低通濾波器的幅頻和相頻圖如圖48所示001020304050607080916000400020000NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEPHASEDEGREES0010203040506070809115010050050NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEMAGNITUDEDB圖48HAMMING窗低通濾波器幅頻相頻圖452HAMMING窗低通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄D。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIAWINDOWSXP注銷音；程序采用噪聲信號(hào)為ZS0005COS2PI10000T/1024在MATLAB環(huán)境下仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖49所示0246X10405005低低低低低低低低低0123X104050100低低低低低低低0246X10405005低低低低低低低低低低050001000002040低低低低低低低低低低0246X10405005低低低低低低低低050001000002040低低低低低低低低圖49HAMMING窗低通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理圖46HAMMING窗高通濾波器處理語音信號(hào)461HAMMING窗高通濾波器的設(shè)計(jì)HAMMING窗高通濾波器的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下所示FP2000,FS1500RP1RS10HAMMING窗低通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FP2000,FS1500WP2PIFP/FSWS2PIFS/FSBTWPWSN0CEIL66PI/BTNN0MODN01,2WCWPWS/2/PIHNFIR1N1,WC,HIGH,HAMMINGNXCONVHN,XX1FFTX,512SOUNDX,FS,BITSFREQZHN,1,512通過MATLAB運(yùn)行程序得哈明窗高通濾波器的幅頻如圖410001020304050607080911500010000500005000NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEPHASEDEGREES0010203040506070809115010050050NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEMAGNITUDEDB圖410HAMMING窗高通濾波器幅頻相頻圖462HAMMING窗高通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄E。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIAWINDOWSXP關(guān)機(jī)；程序采用噪聲信號(hào)為ZS0008COS2PI400T/30000在MATLAB環(huán)境下仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖411所示02468X104101低低低低低低低低低0123X10402040低低低低低低低02468X104101低低低低低低低低低低0123X10402040低低低低低低低低低低02468X10401001低低低低低低低低0123X1040510低低低低低低低低圖411HAMMING窗高通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理圖47HAMMING窗高通濾波器處理語音信號(hào)471HAMMING窗帶通濾波器的設(shè)計(jì)HAMMING窗帶通濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下所示FP11000,FS1500FP21500,FS22000RP1RS10HAMMING窗帶通濾波器的設(shè)計(jì)程序如下所示FP11000,FS1500FP21500,FS22000WS12PIFS1/FSWP12PIFP1/FSWP22PIFP2/FSWS22PIFS2/FSBT1WP1WS1N0CEIL66PI/BT1NN0MODN01,2WCWP1WS1/2/PI,WP2WS2/2/PIHNFIR1N1,WC,HAMMINGNXCONVHN,XSOUNDX,FS,BITSX1FFTX,1000FREQZHN,1,256用MATLAB運(yùn)行以上程序得哈明窗帶通濾波器的幅頻和相頻圖如圖412所示0010203040506070809110000500005000NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEPHASEDEGREES0010203040506070809115010050050NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEMAGNITUDEDB圖412HAMMING窗帶通濾波器幅頻相頻圖472HAMMING窗高通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理程序見附錄E。程序采用語音信號(hào)為CWINDOWSMEDIAWINDOWSXP電話撥入聲；程序采用噪聲信號(hào)為ZS0002COS2PI200T/30000002COS2PI4000T/30000在MATLAB環(huán)境下仿真得到加噪聲語音信號(hào)在經(jīng)過濾波器處理前后的時(shí)域波形和頻域圖如圖413所示0051152X10401001低低低低低低低低低0200040006000800001020低低低低低低低0051152X10402002低低低低低低低低低低0200040006000800001020低低低低低低低低低低0051152X1040050005低低低低低低低低0200040006000800001020低低低低低低低低圖413HAMMING窗帶通濾波器對(duì)語音信號(hào)的處理圖5課程設(shè)計(jì)的思考與體會(huì)51課程設(shè)計(jì)思考1雙線性變換法中和之間的關(guān)系是非線性的，在實(shí)驗(yàn)中你注意到這種非線性關(guān)系了嗎從哪幾種數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線中可以觀察到這種非線性關(guān)系答在頻率和之間存在著嚴(yán)重的非線性，雙線性變換消除混疊的這個(gè)特點(diǎn)是靠頻率的嚴(yán)重非線性而得到的。從用雙線性變換法設(shè)計(jì)的低通、高通和帶通濾波器都可以觀察到這種非線性關(guān)系。2能否利用公式完成脈沖響應(yīng)不變法的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)為什么答能。因?yàn)樵诿}沖響應(yīng)不變法的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中，由一個(gè)較為復(fù)雜的模擬系統(tǒng)函數(shù)（或單位脈沖響應(yīng)）求出數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)（或單位脈沖響應(yīng)）是一個(gè)很麻煩的變換過程。因?yàn)槌朔e的Z變換并不等于各部分變換的乘積，所以在這里不宜采用級(jí)聯(lián)分解。但各項(xiàng)和的Z變換是線性關(guān)系，因而用部分分式表達(dá)系統(tǒng)函數(shù)，特別適合于對(duì)復(fù)雜模擬系統(tǒng)的變換。所以，脈沖響應(yīng)不變法的設(shè)計(jì)過程可以為HA（S）HA（T）HA（NT）H（Z）。52課程設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)心得在兩周的課程設(shè)計(jì)中，我體會(huì)到了做設(shè)計(jì)的艱辛與快樂，在我們堅(jiān)持不懈的努力之下，在各位老師的幫助下，我終于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，出色的完成了各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，我是迷茫的，不知道設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器的基本原理，不知道設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的大致方向及步驟，查閱了部分書籍資料后，我對(duì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有了最初的認(rèn)識(shí)，要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器，首先要知道它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，然后先動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)模擬濾波器，再將之轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器。對(duì)于無限長數(shù)字濾波器，常用巴特沃斯和切比雪夫來設(shè)計(jì)。而對(duì)于有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字濾波器，則常用矩形窗、漢寧（HANNING）窗、海明（HAMMING）窗、布萊克曼（BLACKMAN）窗、凱澤（KAISER）窗來設(shè)計(jì)。由于平時(shí)學(xué)的都是關(guān)于濾波器設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，沒有在實(shí)踐中真正去設(shè)計(jì)濾波器，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且對(duì)于MATLAB軟件的使用也不熟練，所以我對(duì)設(shè)計(jì)濾波器所要用到的語句都不太了解，不過在我認(rèn)真翻閱書籍及與同學(xué)討論之后，我迅速熟悉了個(gè)條語句并投入到了課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中。在設(shè)計(jì)過程中，由于要設(shè)計(jì)低通、高同、帶通濾波器來處理加噪聲的語音信號(hào)，所以原始語音信號(hào)和噪聲信號(hào)的選擇比較關(guān)鍵，要是原始語音信號(hào)和噪聲信號(hào)選取不當(dāng)，經(jīng)過濾波器處理之后就不能恢復(fù)理想的原始語音信號(hào)。在我們不斷嘗試之下，最終選取受到了合適的語音信號(hào)和噪聲信號(hào)，經(jīng)過濾波器處理能得到理想的原始的語音信號(hào)。經(jīng)過這次實(shí)習(xí)，我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這門課程有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，熟悉了各種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)流程，對(duì)濾波器在實(shí)際生活中的運(yùn)用也有了進(jìn)一步的了解。這次課程設(shè)計(jì)讓我深刻體會(huì)到了做設(shè)計(jì)的艱辛，要查閱很多相關(guān)的資料，解決很多難題，而且需要堅(jiān)韌不拔的意志。最重要的是這次實(shí)習(xí)鍛煉了我解決問題的能力，鍛煉了我學(xué)習(xí)資料、應(yīng)用資源的能力，更加鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，這一點(diǎn)是最重要的，對(duì)我將來畢業(yè)找工作有很大的幫助。所以我十分感激帶我們課程設(shè)計(jì)的各位老師，感謝他們的悉心教導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1丁玉美，高西全數(shù)字信號(hào)處理（第二版）M西安電子科技大學(xué)出版社，20021518，3212飛恩科技產(chǎn)品研究中心MATLAB7輔助信號(hào)處理與應(yīng)用M電子工業(yè)出版社，2005375523韓利竹，王華MATLAB電子仿真與應(yīng)用（第二版）M國防工業(yè)出版社，2003891004張森，張正亮，郝文化MATLAB仿真技術(shù)與實(shí)例應(yīng)用教程M機(jī)械工業(yè)出版社，200475825王宏MATLAB65及其在信號(hào)處理中的應(yīng)用M北京清華大學(xué)出版社，20045176李強(qiáng),趙偉MATLAB數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用M北京國防工業(yè)出版社,20013350附錄附錄A切比雪夫低通濾波器處理信號(hào)切比雪夫低通濾波器處理信號(hào)采集信號(hào)并做相關(guān)分析X0,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIADINGWAVX0X0,1SOUNDX0,FS,BITSNLENGTHX0XFFTX0,600FFS/3001600T01/30000N1/30000NOISE1005COS2PI100TNOISEZEROS0,500,NOISE1NOISEFFTNOISE,1200SOUNDNOISE,FS,BITSSIGNALX0NOISESOUNDSIGNAL,FS,BITSSIGNALFFTSIGNAL,1200CHEB1ORD低通濾波器的設(shè)計(jì)FP1000FC800FK30000RP1RS10WP2PIFP/FKWS2PIFC/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SB,ACHEBY1N,RP,WC,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FK濾波SIGNAL0FILTERBZ,AZ,SIGNALSIGNAL0FFTSIGNAL0,600SOUNDSIGNAL0,FS,BITS回放濾波的語音信號(hào)繪圖SUBPLOT221PLOTSIGNALTITLE濾波前語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT222PLOTF1300,ABSSIGNAL1300TITLE濾波前語音信號(hào)頻譜SUBPLOT223PLOTSIGNAL0TITLE濾波后語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT224PLOTF1300,ABSSIGNAL01300TITLE濾波后語音信號(hào)頻譜附錄B切比雪夫高通濾波器處理信號(hào)切比雪夫高通濾波器處理信號(hào)采集信號(hào)并做相關(guān)分析X0,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIADINGWAVX0X0,1SOUNDX0,FS,BITSNLENGTHX0XFFTX0,600FFS/3001600T01/30000N1/30000NOISE1005COS2PI100TNOISEZEROS0,500,NOISE1NOISEFFTNOISE,1200SOUNDNOISE,FS,BITSSIGNALX0NOISESOUNDSIGNAL,FS,BITSSIGNALFFTSIGNAL,1200CHEB1ORD高通濾波器的設(shè)計(jì)FP1000FC800FK30000RP1RS10WP2PIFP/FKWS2PIFC/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SCHEBY1N,AP,WS,BANDPASSB,ACHEBY1N,RP,WC,HIGH,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FK濾波SIGNAL0FILTERBZ,AZ,SIGNALSIGNAL0FFTSIGNAL0,600SOUNDSIGNAL0,FS,BITS回放濾波的語音信號(hào)繪圖SUBPLOT221PLOTSIGNALTITLE濾波前語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT222PLOTF1300,ABSSIGNAL1300TITLE濾波前語音信號(hào)頻譜SUBPLOT223PLOTSIGNAL0TITLE濾波后語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT224PLOTF1300,ABSSIGNAL01300TITLE濾波后語音信號(hào)頻譜附錄C切比雪夫帶通濾波器處理信號(hào)切比雪夫帶通濾波器處理信號(hào)信號(hào)采集并分析X0,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIADINGWAVX0X0,1SOUNDX0,FS,BITSNLENGTHX0XFFTX0,600FFS/102411024T01/30000N1/30000NOISE005COS2PI6000T003SIN2PI300TNOISEZEROS0,100,NOISE1NOISEFFTNOISE,1200SOUNDNOISE,FS,BITSSIGNALX0NOISESOUNDSIGNAL,FS,BITSSIGNALFFTSIGNAL,1200CHEB1ORD帶通濾波器的設(shè)計(jì)FSL500FPL800FPU2500FSU3000FK20000RP1RS10WP2PIFPL,FPU/FKWS2PIFSL,FSU/FKWAP2TANWP/2WAS2TANWS/2N,WCCHEB1ORDWAP,WAS,RP,RS,SB,ACHEBY1N,RP,WC,BANDPASS,SBZ,AZBILINEARB,A,1H,WFREQZBZ,AZ,1024,FK濾波SIGNAL0FILTERBZ,AZ,SIGNALSIGNAL0FFTSIGNAL0,1200SOUNDSIGNAL0,FS,BITS回放濾波后的語音信號(hào)繪圖SUBPLOT221PLOTSIGNALTITLE濾波前語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT222PLOTF1300,ABSSIGNAL1300TITLE濾波前語音信號(hào)頻譜SUBPLOT223PLOTSIGNAL0TITLE濾波后語音信號(hào)時(shí)域波形SUBPLOT224PLOTF1300,ABSSIGNAL01300TITLE濾波后語音信號(hào)頻譜附錄DHAMMING低通濾波器處理信號(hào)哈明窗低通濾波器處理信號(hào)X,FS,BITSWAVREADCWINDOWSMEDIAWINDOWSXP注銷音XX,1YFFTX,3260FFS/163011630產(chǎn)生噪聲信號(hào)并加到語音信號(hào)T0LENGTHX1ZS0005COS2PI10000T/1024ZSZEROS0,20000,ZS0ZS1FFTZS,1200X1XZSSOUNDX1,FS,BITSY1FFTX1,1200濾波FP7500,FC8500WP2PIFP/FSWS2PIFC/FSBTWSWPN0CEIL66PI/BTNN0MODN01,2WCWPWS/2/PIHNFIR1N1,WC,HAMMINGNXCONVHN,XSOUNDX,FS,BITSX1FFTX,1200繪圖SUBPLOT321PLOTXSOUNDX,FS,BITSTITLE語音信號(hào)時(shí)域