使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器課程設(shè)計(jì)

1、長沙理工大學(xué)數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告通信工程學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信工程專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師課程成績完成日期課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信工程專業(yè)通信工程班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師完成日期2015年3月13日指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)評(píng)分項(xiàng)目優(yōu)良中及格/、及格課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計(jì)完成情況課程設(shè)計(jì)動(dòng)手能力文字表達(dá)學(xué)習(xí)態(tài)度規(guī)范要求課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見綜合成績指導(dǎo)教師簽字2015年3月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書計(jì)算機(jī)與通信工程系通信工程專業(yè)課程名稱數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)時(shí)間20142015學(xué)年第二學(xué)期12周學(xué)生姓名指導(dǎo)老師題目語音信號(hào)濾波去噪一

2、使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器主要內(nèi)容：用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜特點(diǎn)，加入一個(gè)帶外單頻噪聲，使用頻率采樣法設(shè)一個(gè)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該含噪語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，畫出頻率采樣型濾波器結(jié)構(gòu)圖。比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過的理論得出合理的結(jié)論。與不同濾波方法的同學(xué)比較各種濾波方法性能的優(yōu)劣。要求：(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程實(shí)際。(2)設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3)處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該T,而且應(yīng)符合理論。(4)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。應(yīng)當(dāng)提交的文件：(1)課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文。(2)課程設(shè)計(jì)附件(主

3、要是源程序)語音信號(hào)濾波去噪使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：摘要此次課程設(shè)計(jì)是使用頻率采樣法設(shè)計(jì)一個(gè)頻率采樣型濾波器，對(duì)一段加噪的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，并且對(duì)濾波前后的時(shí)域波形和頻譜分析濾波性能。此次課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為，開發(fā)工具是M語言編程。首先利用Windows錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)，并人為加入單頻噪聲，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率，再設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波去噪處理，最后比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析，并用VISIO繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖。由分析結(jié)果可知，濾波后的語音信號(hào)與原始語音信號(hào)基本一致，即設(shè)計(jì)的FIR濾波器能夠去除信號(hào)中所加單頻噪聲，即達(dá)到了

4、設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞MATLAB濾波去噪；頻率采樣法；頻率采樣型濾波器；VISIO1引言濾波去噪1是信號(hào)處理中一種最基本但十分重要的技術(shù)。利用濾波可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需的信號(hào)，抑制不需要的信號(hào)。濾波器就是這樣一種可以在時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行濾波處理的系統(tǒng)。通常情況下，有用信號(hào)和干擾信號(hào)是在不同頻段上的，于是通過對(duì)濾波器的頻率特性精心設(shè)計(jì)就能達(dá)到濾波的目的。本課程設(shè)計(jì)是采用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率抽樣型濾波器，從而對(duì)語音信號(hào)濾波去噪。通過對(duì)比濾波前后的波形圖及回放濾波前后的語音信號(hào)，來判斷濾波器對(duì)噪聲信號(hào)確實(shí)有濾除作用。課程設(shè)計(jì)目的(1) 熟悉使用MATLA；B(2) 了解FIR濾波器原理及結(jié)構(gòu)；利用所

5、學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)用MATLAB#一個(gè)FIR濾波器;(4) 提高自己動(dòng)手的能力。(5) 對(duì)加噪的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后的時(shí)域波形和頻譜并進(jìn)行分析；課程設(shè)計(jì)的要求(1) 濾波器指標(biāo)必須符合工程設(shè)計(jì)。(2) 設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3) 處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。(4) 獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)平臺(tái)本課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為。MATLAB勺名稱源自MatrixLaboratory,1984年由美國Mathworks公司推向市場。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，

6、并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得MAPL承件的使用權(quán)，從而以MAPLE為“引擎”開發(fā)了符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱(SymbolicMathToolbox)2。2設(shè)計(jì)原理用windows自帶的錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜，給定相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，用頻率采樣法設(shè)計(jì)的一個(gè)滿足指標(biāo)的頻率采樣型FIR濾波器，對(duì)該語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析。FIR濾波器的設(shè)計(jì)FIR(FiniteImpulseResponse)濾波器3:有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非

7、遞歸型濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。有限長單位沖激響應(yīng)(FIR)濾波器有以下特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)n值處不為零(2)系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|0處收斂，極點(diǎn)全部在z=0處(因果系統(tǒng))(3)結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中(例如頻率抽樣結(jié)構(gòu))也包含有反饋的遞歸部分。頻率采樣型結(jié)構(gòu)把一個(gè)有限長序列(長度為N點(diǎn))的z變換H在單位圓上作N等分抽樣，就得到H(k),其主值

8、序列就等于h(n)的離散傅里葉變換H(k)。那里也說到用H(k)表示的H(z)的內(nèi)插公式為H(z)N (1 z )NN 1 H(k)k 01 Wn kz 1這個(gè)公式就為FIR濾波器提供了另外一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由兩部分級(jí)聯(lián)組成1N1H(z)Hc(z)-Hk(z)Nk0其中級(jí)聯(lián)的第一部分為梳狀濾波器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示:Hc(z)(1zN)X(n)1Y(n)A-Z-N圖2-1梳狀濾波器結(jié)構(gòu)圖第二部分由N個(gè)諧振器組成的諧振柜。它是由N個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成，而這每一個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)諧振器Hk(z)H(k)1 WNkz1其結(jié)構(gòu)如下圖所示:H(k)Hk(z)圖2-2 一階諧振器頻率抽樣型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)它的

9、系數(shù)H(k)直接就是濾波器在Wk2-k處的頻率響應(yīng)。因此，控制濾波器的N頻率響應(yīng)是很直接的。(2)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：(a)所有的相乘系數(shù)及H(k)都是復(fù)數(shù)，應(yīng)將它們先化成二階的實(shí)數(shù)，這樣乘起來較復(fù)雜，增加乘法次數(shù)，存儲(chǔ)量。(b)所有諧振器的極點(diǎn)都是在單位圓上，由WNk決定考慮到系數(shù)量化的影響，當(dāng)系數(shù)量化時(shí)，極點(diǎn)會(huì)移動(dòng)，有些極點(diǎn)就不能被梳狀濾波器的零點(diǎn)所抵消。(零點(diǎn)由延時(shí)單元決定，不受量化的影響)系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。(3)將一階網(wǎng)絡(luò)合并為二階網(wǎng)絡(luò)(a)第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)實(shí)系數(shù)的二階網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閔(n)是實(shí)數(shù)，它的DFT也是圓周共腕對(duì)稱的。H(k)H*(Nk)k1,2,3,|N1因此，可

10、以將第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)Hk(z)H(k)1 rWN kz 1H (N k).(N k)11 WnzH(k)1 rWNkz 1*H (k)k 11 Wn zH(k)1 z 1WN k* WNkr r2WNkWNk*z210k1kz12k221z2rcos()rzN其中：0k2ReH(k),1k2rReH(k)W；(b)第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)的極點(diǎn)在單位圓內(nèi)，而不是在單位圓上，因而從頻率響應(yīng)的幾何解釋可知，它相當(dāng)于一個(gè)有限Q的諧振器。其諧振頻率為:Wk圖2-3二階網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖除了共腕復(fù)根外，還有實(shí)根。當(dāng)Nh禺?dāng)?shù)時(shí)，有一對(duì)實(shí)根，它們分別為k0, k 兩點(diǎn)。2Ho

11、(z)H(0)1 rz 1和 H n (z)1 rz當(dāng)N=J數(shù)時(shí)，只有一個(gè)實(shí)根z=r（k=0）,即只有H0（z）.（c）修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（Nh禺?dāng)?shù)）/（o）圖2-4修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（Nh禺?dāng)?shù)）1H(z)(1rNzN)1N0k1ikZ.，2o11z2rcos(k)rz-2修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（N=J數(shù)）/(OJ圖2-5修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖(N=數(shù))H(NzN+嚕N/2 110k1kz-172,、1z2rcos(k)N頻率采樣法設(shè)計(jì)思路：這種設(shè)計(jì)方法是從頻域進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種方法，首先給定一個(gè)希望逼近的頻率響應(yīng)。H(k)Hd(ej)|2k0,1,2,，N1kN知道H(k)后，由IDFT定義，可

12、以用這N個(gè)采樣值H(k)來惟一確定有限長序列h(n),即1 N1h(n)H(k)WNnkn0,1,2,.,N1NkoN1H(z)h(n)znn0N1H(ejw)h(n)ejwnn0內(nèi)插公式：N12H(ej)H(k)kk0N式中，()是內(nèi)插函數(shù)sin( N/2)e N sin( /2)j (N 1)/2四種線性相位的FIR濾波器如下表2-1所示表2-1四種線性相位的FIR濾波器類型中1型可乜戶叫Ml1W為奇數(shù)風(fēng)M關(guān)于如噸、瓜如偶對(duì)新N-13口型尿=網(wǎng)耳1狙，W為偶數(shù)風(fēng)M關(guān)于w=Ck加偶對(duì)稱.關(guān)于tU=JC音對(duì)稱23型網(wǎng)N為奇數(shù)總卬)關(guān)于5=0、瓜如奇對(duì)麻卻1J74型發(fā)偶數(shù)珊卬)關(guān)于切Nk，入苛對(duì)

13、前I關(guān)于turf禺對(duì)稱22逼近誤差及其改進(jìn)措施這樣設(shè)計(jì)所得到的頻響H(ej)與要求的理想頻響Hd(ejco)會(huì)有一定的差別(1)采樣點(diǎn)上濾波器的實(shí)際頻率響應(yīng)是嚴(yán)格地和理想頻率響應(yīng)數(shù)值相等的。(2)但是在采樣點(diǎn)之間的頻響則是由各采樣點(diǎn)的加權(quán)內(nèi)插函數(shù)的延伸疊加而成的因而有一定的逼近誤差，誤差大小取決于理想頻率響應(yīng)曲線形狀。(3)理想頻率響應(yīng)特性變化越平緩，則內(nèi)插值越接近理想值，逼近誤差越小。(4)如果采樣點(diǎn)之間的理想頻率特性變化越陡，則內(nèi)插值與理想值的誤差就越大，因而在理想頻率特性的不連續(xù)點(diǎn)附近，就會(huì)產(chǎn)生肩峰和起伏。濾波器性能的改善：(1)增加過渡帶采樣點(diǎn)，它可以大大減少振蕩，阻帶衰減也可以得到進(jìn)

14、一步改善。一般一點(diǎn)到二點(diǎn)的過渡帶采樣即可得到滿意的結(jié)果。(2)增加采樣點(diǎn)密度，過渡帶的寬度與采樣點(diǎn)數(shù)N成反比。但N值意味著或長度的增加，濾波器運(yùn)算量必然增大403設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)流程圖錄制語音信號(hào)圖3-1流程圖使用電腦錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)，屬性設(shè)置為8000Hz,8位單聲道的音頻格式。如圖所示:Hi.a寸的晅性詳細(xì)信息謫定I 取消圖3-2語音信號(hào)設(shè)置然后在MATLA瞅件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，源程序?yàn)椋簒,fs,bits=wavread(),記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，matlab實(shí)現(xiàn)得：fs=8000;bits=8。語音信號(hào)的頻譜分析在MATLA中編寫加噪之后時(shí)域，頻域?qū)?/p>

15、比圖的源程序如下：x,fs,bits=wavread(D:);%輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits);%按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x);%計(jì)算信號(hào)x的長度fn=2500;%單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs;%計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率加噪x=x;y=x+*sin(fn*2*pi*t);%sound(y,fs,bits); %應(yīng)該可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x);Y=abs(fft(y);%

16、對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換，取幅度譜X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2);%截取前半部分deltaf=fs/N;%計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf;%計(jì)算頻譜頻率范圍運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：圖3-3加噪前后時(shí)域頻域?qū)Ρ葓D由圖可以看出，在頻域?yàn)?500Hz處加入了一個(gè)單頻噪聲，而加入噪聲之后，時(shí)域的波形出現(xiàn)了明顯失真，通過聽取原聲音信號(hào)x和加噪聲音信號(hào)y,可以明顯聽到y(tǒng)語音信號(hào)中有一明顯尖銳噪聲。濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器，將單頻信號(hào)濾出去，源程序如下所示：fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=;As=45;%帶阻

17、濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu);%計(jì)算上下邊帶中心頻率fcdfcu,和頻率間隔df將 Hz 為單位的模擬頻率換算wp=fcd/fs*2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi;%為rad為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;%設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;wl=2*pi*l/M;T1=,T2=%i渡帶的抽樣值NP1=fix(M*fpd/8000);NS1=fix(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M*fpu/8

18、000);%各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2),zeros(1,NP2-NP1+1),ones(1,M-2*NP2-5),zeros(1,NP2-NP1+1),ones(1,NP1-3);Hdr=1,1,0,0,1,1;%帶阻濾波器的參數(shù)設(shè)置wdl1=fpd*2/fs;wdl2=fsd*2/fs;wdl3=fsu*2/fs;wdl4=fpu*2/fs;%radwdl=0,wdl1,wdl2,wdl3,wdl4,1;k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*

19、(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(ifft(H,M);db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);Hr,ww,a,L=hr_type2(h);程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：SJ5igjr:1FileditqvntenToolsR轉(zhuǎn)儂:Jindg,Help口EU36%Q門幻幻，匕圖3-4濾波器參數(shù)圖由圖3-4可以看出，濾波器的衰減大于設(shè)定值A(chǔ)s=45，滿足性能指標(biāo)，濾波器的衰減可由增加過度帶寬來得到。上圖中的抽樣值M=41,因此阻帶的帶寬比較寬?？梢酝ㄟ^調(diào)大M值來使得阻帶的帶寬變窄，但這樣會(huì)使得濾波器的階數(shù)相應(yīng)的增加，使得其結(jié)構(gòu)圖標(biāo)的復(fù)雜，為了是濾波器能

20、達(dá)到相應(yīng)的性能要求，又使得其結(jié)構(gòu)變得簡單，最終取M值為41。信號(hào)濾波處理原程序如下所示：%s行濾波處理z=filter(h,1,y);%用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波Z=fft(z);Z=Z(1:length(Z)/2);%計(jì)算頻譜取前一半程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：圖3-5濾波前后時(shí)域，頻域?qū)Ρ葓D頻譜取前一半由上圖3-5可以看出，在濾波之后時(shí)域圖能得到恢復(fù)，頻域圖中的單頻噪聲信號(hào)也的到濾除，說明了設(shè)計(jì)的濾波器能濾除加入的噪聲信號(hào)，因此說達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。結(jié)果分析開始通過分析決定設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻的濾波器來濾除加入的單頻噪聲，根據(jù)噪聲的頻率來設(shè)計(jì)阻帶的范圍。在采集語音信號(hào)后，按照步驟用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率采

21、樣型濾波器。由圖3-4可知,設(shè)計(jì)的濾波器達(dá)到要求。我們觀察到圖3-5濾波前后語音信號(hào)的波形對(duì)比圖，發(fā)現(xiàn)時(shí)域波形中加干擾噪聲后有明顯的變化，不過經(jīng)過濾波后幾乎沒有變化，說明設(shè)計(jì)的濾波器達(dá)到要求。再通過聽取原始語音信號(hào)，加噪信號(hào)y,和濾波之后的信號(hào)z。對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)濾波器確實(shí)濾除了噪聲。從理想的角度考慮，該帶阻濾波器的阻帶帶寬應(yīng)該可以變得更窄，讓濾波效果更好，但是這樣的采樣值會(huì)變得非常大，考慮到實(shí)際的情況，通過權(quán)衡之后，決定犧牲帶寬來使得濾波器的階數(shù)降低，因此在上圖3-5中我們可以看出，在噪聲頻譜左右兩邊的信號(hào)也被濾除了濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過計(jì)算得出濾波器的系數(shù)如下圖所示:2.0000L0000-t.

22、maLQQOQZ.0QQQT加10.W1L0000-1.9068LQ0O02.0QQQ0.9BB3-0,98831.0000-1.79231,00002.0000-D,97370.973TL0000T.635gI.00002.QMO0.9534-0.9534L0000-1.1410l.QQOQ匕0000-G.92Z50.B27BL00007.212E1,00002.00000.3962血B96Z1.0000-0.學(xué)5541.00002,0000-0,8&960,95961.0000-0.0760K00G02.0000QA179-0.BI79L0D00-0.38081.0000U2M0-0.77

23、15r77。1.0000-0.07661.00004.254。0.72057*72051,00000.22941.00000.0M0-0.66530.6653.00000.S30U1.OQGO0.0M00.31QZ0.9986LQDOOO.BtBI1.0000嘰00004.OQ0O弱1.0000L0S7IL0QM0.254Q。，1”1-0+7145LOOM1.3307L000Q1.2DS0-0.40910.40911.00001.543。1.000。2.00000.3380-0,33801.00*1.71.OQQO2.0DC10250(L265O1.0000L85501.0000Z.OOOO0

24、.1M4-Q.19。4hOOOO1.94741.00002,0000-0-1147口.11471.00001.99411.0000】.00000.0323-0,0385!.0000-LOOOQ0圖3-6濾波器系數(shù)根據(jù)以上求出的系數(shù)，利用VISIO軟件來繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:1111.9766Z10.9971&h-1FA0.98832.0000R-_R1iz1-0.98832.0000-0.973744_*41.9068“!17923Jz10.9737|y0.95342.0000j1.6359勿-0.9534i_-0.9275.2.0000-1-V1.4410Z10.927510.896

25、22.0000A=MdL_-41Jl/I-1I1-0.85962.0000_*j*j*J11.21251-1憶-0.8962i肋”，0.95541Z1O.596jI-I0.81792.0000h.-*kJh-0.77152.0000444AAfa.|0.6760-0,8179i1-3.0。.誓080.77151Jli:1k,一ji,1|gj絲0.0766ZZ1-0.7205-0.66530.254011-11-0.2294F06534；1-1F-0.40910.2540-r0.33801.2050|-1.3307Zz10.4091A；Z1T-1.5430F-%338。11-0.26502.00

26、00,4.d.一1-1.7191Z10.26501一，一,0.1904.2.0000i-1fz1?www-w1，11-1.8550IZ1-0J90441-0.11472.0000a一,44-1卜.2.00000.0383-一1-1.9474_i-1出0147124311-1.99411Z10.03831-1TZ11.0000=*fa.*1Z1y-0.99712.0000圖3-7濾波器的結(jié)構(gòu)圖4出現(xiàn)的問題及解決辦法在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于基礎(chǔ)不扎實(shí)，出現(xiàn)了很多問題，即有MATLA顫件操作不當(dāng)，也有知識(shí)掌握程度不夠出現(xiàn)的各種問題。1，在一開始錄制語音信號(hào)時(shí)，沒有修改參數(shù)值，導(dǎo)致頻率抽樣過高，后在老

27、師的提醒之下將頻率修改為8000hz。2,在調(diào)用音樂文件時(shí)沒有將文件放在MATLAB勺工作文件夾下面，到時(shí)文件找不到，還有程序中用到的各種函數(shù)都沒有放入正確的位置。3，在繪制加噪前后頻率對(duì)比圖時(shí)，留白過多，對(duì)比不明顯，通過axis函數(shù)對(duì)橫縱坐標(biāo)進(jìn)行限定4，在使用visio軟件繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖時(shí)，沒有合理規(guī)劃整個(gè)頁面，導(dǎo)致重新繪制。5，在使用visio繪制結(jié)構(gòu)圖時(shí)，前面濾波器參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以濾波器的系數(shù)發(fā)生了改變，只能重新修改參數(shù)。6，在設(shè)計(jì)濾波器的過程中，沒有準(zhǔn)確理解每一條指令代表的含義，導(dǎo)致程序前后不對(duì)應(yīng)，出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，通過matlab中的錯(cuò)誤提示，準(zhǔn)確找到錯(cuò)誤的那一行代碼，進(jìn)行修改

28、。7，在設(shè)計(jì)濾波器的過程當(dāng)中，濾波器的衰減小于開始所設(shè)置的值，通過犧牲過渡帶和調(diào)節(jié)過渡帶的采樣值，即T1和T2來使得衰減大于所設(shè)定值A(chǔ)s。8，頻譜圖沒有進(jìn)行去前半段的處理。9，最后聽取濾波后聲音，沒有將其保存，在請(qǐng)教了同學(xué)之后，學(xué)會(huì)了如何保存濾波后的聲音文件。10，在設(shè)計(jì)濾波器的過程當(dāng)中，抽樣點(diǎn)數(shù)過高，是的濾波器的階數(shù)很高，導(dǎo)致繪圖困難。通過降低抽樣的點(diǎn)數(shù)，來平衡濾波器階數(shù)和阻帶帶寬之間的矛盾。5結(jié)束語這是第三次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)了，在前面的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中我們學(xué)習(xí)到了如何使用matlab，所以對(duì)于matlab軟件的使用并沒有那么陌生了，盡管如此，在使用matlab的過程當(dāng)中還是出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，比如說忘

29、記添加函數(shù)文件，參數(shù)前后不對(duì)應(yīng)之類的低級(jí)錯(cuò)誤。在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，還學(xué)習(xí)到了另外一個(gè)繪圖軟件，VISIO,相對(duì)而言，是比較容易操作的，在這次課程設(shè)計(jì)中主要用來繪制各類結(jié)構(gòu)圖，以及流程圖。此次課程設(shè)計(jì)，讓我更深入的了解到頻率抽樣法以及頻率抽樣型的濾波器，由開始的無從下手，再翻閱書上的例子，首先決定使用低通的濾波器將噪聲濾除，但由于是加入的是一個(gè)單頻的信號(hào)噪聲，就決定使用帶阻濾波器，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料時(shí)，大多是低通濾波器，沒有帶阻濾波器的例子，所以就通過書籍信號(hào)與系統(tǒng)上高通的例題來進(jìn)行修改，當(dāng)然這過程不是一蹴而就的。經(jīng)過了一次又一次的錯(cuò)誤，才得出來最后的模型。還有這也是我和其他同學(xué)一起討論出來的。

30、這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)濾波器的類型有了一個(gè)更加完整了解，在設(shè)計(jì)中也使我對(duì)一些概念有了更深刻的認(rèn)識(shí)。例如：在濾波器分類方面，我深刻的了解了低通，高通濾波器與帶通，帶阻濾波器的特性區(qū)別。還有在課程設(shè)計(jì)中每一次的數(shù)據(jù)輸入都有其重要意義，用MATLAB譯程序時(shí)，可以根據(jù)濾波器指標(biāo)的要求實(shí)時(shí)知道對(duì)濾波器的影響。通過一次次的調(diào)試和權(quán)衡使濾波器的性能達(dá)到最佳。課程設(shè)計(jì)不僅要求對(duì)濾波器理論的研究，更重要的是培養(yǎng)一種遇到問題解決問題的思維。因?yàn)橛辛诉@次課程設(shè)計(jì)，我懂得了書本知識(shí)只是實(shí)際應(yīng)用的理論指導(dǎo)。如果僅僅只學(xué)習(xí)書本知識(shí)，不去在實(shí)踐中運(yùn)用，那只是停留在只知其表，不知其因的層面。比如在數(shù)學(xué)計(jì)算上，可以將噪聲完全濾除

31、，而在這次設(shè)計(jì)中，若要完全濾除噪音，濾波器的階數(shù)就會(huì)增高，在現(xiàn)實(shí)生活中是很難實(shí)現(xiàn)的，所以噪聲是不能完全濾除的。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我相信這次課程設(shè)計(jì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)是很有幫助的，它讓我將理論更好地和實(shí)踐相結(jié)合，提高了動(dòng)手的能力，也填補(bǔ)了自己學(xué)習(xí)上的一些不足。這次課程設(shè)計(jì)能取得成功，不僅僅是我一個(gè)人的努力的結(jié)果，更離不開指導(dǎo)老師與同學(xué)的幫助，在此向老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)1 吳鎮(zhèn)揚(yáng)，數(shù)字信號(hào)處理M.高等教育出版社，20042 張圣勤.實(shí)用教程M.北京：機(jī)械工程出版社，20063 程佩青數(shù)字信號(hào)處理教程M北京：清華大學(xué)出版社，20024 高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理M.第三版.西安：西安科大出

32、版社，1994附錄：源程序%程序名稱：%程序功能：設(shè)計(jì)一頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型的濾波器，然后對(duì)一加單憑頻噪聲信號(hào)去噪%程序作者：賀婷%最后修改日期：2015-3-10x,fs,bits=wavread(D:);%輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits);%按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x);%計(jì)算信號(hào)x的長度fn=2500;%單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs;%計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x;y=x+*sin(f

33、n*2*pi*t);%添加噪聲sound(y,fs,bits);%可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x);Y=abs(fft(y);%對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換,取幅度譜X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2);%截取前半部分deltaf=fs/N;%計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf;%計(jì)算頻譜頻率范圍%設(shè)計(jì)濾波器帶阻濾波器fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=;As=45;%設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu);

34、計(jì)算上下邊帶中心頻率fcdfcu，和頻率間隔dfwp=fcd/fs*2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi;%將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;%設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;T1=,T2=%渡帶的抽樣值NP1=fix(M*fpd/8000);NS1=fix(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M*fpu/8000);%各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2),zeros(1,NP2-NP1+1),ones(1,M-2*NP2-5),zeros(1,NP

35、2-NP1+1),ones(1,NP1-3);k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(ifft(H,M);%求FIR單位沖擊響應(yīng)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);%幅頻特性曲線Hr,ww,a,L=hr_type2(h);哂圖subplot(2,2,1);stem(l,h);title(濾波器單位沖擊響應(yīng));xlabel(n);ylabel(y(n);axis(040-11);grid

36、on;subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha);title(濾波器相位響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(相位pha);axis(01-44);gridon;subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);title(濾波器幅度響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(dB);axis(01-5020);gridon;%畫線X_l=0,0,wp/pi,ws/pi;1,1,wp/pi,ws/pi;Y_l=-As,-Rp,-50,-50;-As,-Rp,20,20;%在wp,ws,Rp,As處畫線以更直觀判斷設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，每列參數(shù)是每個(gè)線條的端點(diǎn)坐標(biāo)line(X_l,Y_l,Color,r,LineWidth,2,LineStyle,-)%添加線寬為2的紅色線條subplot(2,2,4);plot(w/pi,mag);title(濾波器幅度響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(幅度mag);axis(010);gridon;%進(jìn)行