fir數(shù)字濾波器的凱澤窗函數(shù)法設計

PAGE課程設計任務書專業(yè)電子信息工程班級姓名設計起止日期2021-1-7~2021-1-11設計題目：語音信號的數(shù)字濾波——FIR數(shù)字濾波器的凱澤窗函數(shù)法設計設計任務（主要技術參數(shù)）：語音信號的采樣錄音（、N）；語音信號的頻譜分析（）語音信號的加噪（）；數(shù)字濾波器的設計（，濾波器的階數(shù)）；濾波結果輸出及效果分析（）指導教師評語：成績：簽字：年月日課程設計說明書NO.PAGE21沈陽大學設計題目語音信號的數(shù)字濾波——FIR數(shù)字濾波器的凱澤函數(shù)法設計一、課程設計的目的通過對常用數(shù)字濾波器的設計和實現(xiàn)，掌握數(shù)字信號處理的工作原理及設計方法；掌握利用數(shù)字濾波器對信號進行濾波的方法。并能夠對設計結果加以分析。二、設計步驟1.語音信號的采集利用Windows系統(tǒng)采集：按“開始－＞程序－＞附件－＞娛樂－＞錄音機”的順序操作打開Windows系統(tǒng)中的錄音機軟件圖1錄音機采集語音信號信息：（將所錄wma格式轉換為wav格式）語音內容：天青色等煙雨，而我在等你語音格式：*.wav語音名稱：青花瓷語音長度：4.00(s)語音屬性：44.1kHz8位雙聲道128kb/s圖2、語音信號信息圖2.語音信號的頻譜分析1、將上一步驟中保存下來的語音信號文件“青花瓷.wav”復制到計算機裝有Matlab軟件的磁盤中相應Matlab目錄中的“work”文件夾中。2、雙擊桌面上Matlab軟件的快捷圖標，打開Matlab軟件3、在菜單欄中選擇“File－＞new－＞M-File”打開*.m文件編輯器并命名為Untitled1。4、打入命令closeall、clc、clearall。5、輸入命令[s,fs]=wavread('青花瓷.wav')，將語音文件“青花瓷.wav”中的波形信號值賦值給數(shù)組s,將采樣速率賦值給變量fs6、通過“L=2^floor(loglength(s)));”命令，求信號長度賦值給L，L=131072。7、定義一個向量:n=0:L-1,用“plot(n,s)”命令，畫出采集信號的時域圖圖3原始聲音信號波形8、根據(jù)時域波形，為將信號前面的空白部分去掉，用“LQ1=s(500:500+L-1)”命令將S信號截短并賦值給LQ1.9、將原始語音信號和截短語音信號在同一圖上畫出來實現(xiàn)代碼為：wavwrite(LQ1,fs,'LQ1.wav');figure(2)subplot(2,1,1);plot(s);title('原始語音信號');subplot(2,1,2);plot(LQ1);title('截短語音信號');圖4原始聲音信號及加噪后波形10、編寫程序段，利用Matlab軟件中已有的FFT程序函數(shù)和畫圖程序函數(shù)對導入的語音信號“LQ.wav”進行分析，并根據(jù)自己的語音信號頻譜中主要能量的分布特征確定自己的語音信號所在的頻段為下面的濾波器設計做準備。程序代碼如下：S1=fft(LQ1);n=0:L-1;figure(3)subplot(3,1,1);plot(n,LQ1);title('截短預處理語音信號');k=0:L-1;subplot(3,1,2);plot(k,abs(S1));detf=fs/L;title('截短預處理語音頻譜');subplot(3,1,3);plot(k(1:L/2)*detf,abs(S1(1:L/2)));title('截短預處理語音頻譜單邊');得出截短信號頻譜圖如下：圖5截短信號頻譜圖由圖5可以看出主要能量集中在0-1500HZ頻率段。設通帶截止頻率為1500HZ,阻帶截止頻率為2500HZ。一般希望窗函數(shù)滿足以下兩個要求：窗譜主瓣盡可能地窄，以獲得陡峭的過渡帶；盡量減少窗譜的最大旁瓣的相對幅度，也就是能量盡量集中于主瓣，這樣使肩峰和波紋減小，就可增大阻帶的衰減。3.語音信號的加噪(1)產生一個長度與你所截取的語音信號等長的噪聲信號，為“LQ2.wav”，所用指令為wavewrite(),所加噪聲如圖6所示。疊加噪聲可以用awgn()語句，在疊加噪聲時，應選取適當?shù)闹?，盡量能體現(xiàn)出能量主要集中的頻段。(2)將語音與噪聲合成的信號“LQ2.wav”送入所設計的基于凱澤窗的FIR數(shù)字濾波器中進行濾波。(3)將濾波結果導出保存成文件“LQ3.wav”.加噪程序為：LQ2=awgn(LQ1,15,'measured');wavwrite(LQ2,fs,'LQ2.wav');figure(4)subplot(2,1,1);plot(LQ1);title('截短語音信號');subplot(2,1,2);plot(s\LQ2);title('加噪后截短語音信號');S2=fft(LQ2);figure(5)subplot(2,1,1);plot(abs(S1));title('預處理語音信號頻譜');subplot(2,1,2);plot(abs(S2));title('加噪后截短語音信號頻譜)得出加噪后信號如下：圖6加噪后的語音信號圖7加噪信號頻譜4.濾波器的設計(1)確定濾波器的參數(shù)：根據(jù)上一步驟中設定的自己語音信號主要能量分布的頻段設定要設計的濾波器的通帶截止頻率、阻帶截止頻率。通帶和過渡帶可以通過主瓣和旁瓣的寬度轉化，由此得和，設定通帶截止頻率為3.5dB阻帶衰減不小于-80dB，查表知可選用凱澤窗，并通過轉化可得以下參數(shù)：（r/sec）（r/sec）（r/sec）（r/sam）（r/sam）（r/sam）(2)設計濾波器：①采用FIR數(shù)字濾波器進行設計。②根據(jù)上一步驟所設定的濾波器參數(shù)進行濾波器的設計，驗證所設計的數(shù)字濾波器的頻率響應是否滿足要求。給定所要求的頻率響應函數(shù)b.求單位采樣響應c.求窗函數(shù)。選用的是凱澤窗，根據(jù)通、阻帶截止頻率計算過渡帶寬度。由于凱澤窗過渡帶滿足又因為≤所以N≥即N=710d.計算線性相位延遲凱澤窗，0≤n≤N-1e.濾波器的單位采樣響應：=0.0176Sa[0.0176(n-)]根據(jù)以上內容，編寫濾波器設計程序如下：wp=1500*2*pi/fs;wst=2500*2*pi/fs;wc=(wp+wst)/2/pi;N=ceil(5.5*2*pi/(wst-wp));r=(N-1)/2;hn1=fir1(N-1,wc,'low',Kaiser(N));figure(6)freqz(hn1);title('濾波器幅頻特性與相頻特性')figure(7)subplot('111')stem(hn1);title('濾波器單位采樣響應');得到濾波器幅頻特性與相頻特性圖如下：圖8濾波器幅頻特性與相頻特性圖三、設計結果與分析比較濾波前（含噪聲信號的文件）和濾波后的語音信號效果濾波前（含噪聲信號）的文件名稱為：LQ2.wav.濾波后的文件名稱為LQ3.wav對原始信號進行濾波代碼如下濾波結果導出程序為LQ3=conv(LQ2,hn1);wavwrite(LQ3,fs,'LQ3.wav');S3=fft(LQ3);figure(7)subplot(221)plot(LQ2);title('加噪后語音信號');subplot(222)plot(LQ3)title('濾波器處理之后信號圖')subplot(223);plot(abs(S2));title('濾波器處理之前頻譜');subplot(224);plot(abs(S3));title('濾波器處理之后頻譜');圖9濾波后與原始波形進行比較對原始信號進行濾波代碼如下：s4=conv(LQ1,hn1);S4=fft(LQ4); figuresubplot(221);plot(LQ1);title('濾波器處理之前');subplot(222);plot(LQ4);title('濾波器處理之后');subplot(223);plot(abs(S1));title('濾波器處理之前');subplot(224);plot(abs(S4));title('濾波器處理之后');圖10濾波后與原始波形進行比較濾波效果圖形分析：比較圖9中的加噪前后語音信號時域圖與濾波器處理后語音信號時域圖可以看出，語音信號的幅度走向相差不大，但濾波后語音信號的幅度明顯小于濾波前的加噪語音信號和原始語音信號。上圖說明經過我設計的基于凱澤的FIR濾波器后加噪信號的噪聲被濾掉了一部分，使濾出信號的效果比加噪后好一些。其他相關的重要數(shù)據(jù)截圖如下：圖11相關數(shù)據(jù)圖計算濾波前后的信噪比信噪比定義：在規(guī)定的條件下，傳輸信道特定點上的有用功率與和它同時存在的噪聲功率之比，常用分貝數(shù)表示，設備的信噪比越高表明它產生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質量越高，否則相反。依據(jù)此定義設：SNR1表示濾波前的信噪比SNR2表示濾波后的信噪比在Matlab中的程序及如下：p1=sum(LQ1.^2);p2=sum(LQ2.^2)-sum(LQ1.^2);SNR1=10*log10(p1/p2);p3=sum(LQ4.^2);p4=sum(LQ3.^2)-sum(LQ4.^2);SNR2=10*log10(p3/p4);disp(['SNR1=',num2str(SNR1)]);disp(['SNR2=',num2str(SNR2)]);得出信噪比

SNR1=15.2021dBSNR2=27.7486dB濾波器效果信噪比分析：SNR1（濾波前的信噪比）為15.2021dB，SNR2（濾波后的信噪比）為27.7486dB，將SNR1與SNR2對比得出濾波后的信噪比比濾波前得信噪比增加了12.5472dB，濾波后的信道有用功率與噪聲功率的比相較于濾波器處理之前增大了。說明濾波后信道的噪聲功率與濾波前相比小了一部分，即表示這部分的噪聲被濾波器濾掉了，本濾波器的濾波效果不好，濾波前后信噪比差距較小，濾除噪音較少，但是將噪聲信號從疊加噪聲的語音信號中濾除，說明該濾波器已經成功濾波。結論：此基于凱澤函數(shù)法設計的FIR數(shù)字濾波器，經過試驗發(fā)現(xiàn)經過濾波后的信道的有用功率與噪聲功率的比比濾波前增大，說明濾波后的信噪比比濾波前信噪比增大，表明該濾波器成功濾除噪聲，此濾波器設計成功。3.信號采樣的頻率分辨率信號采樣的頻率分辨率，此次設計中采樣結果的長度N取為，因此Hz。四、設計體會本次課程設計任務是設計一個數(shù)字濾波器，通過對常用數(shù)字濾波器的設計和實現(xiàn)，掌握數(shù)字信號處理的工作原理及設計方法；掌握利用數(shù)字濾波器對信號進行濾波的方法，并能夠對設計結果加以分析。我設計的是FIR數(shù)字濾波器并選擇凱澤窗函數(shù)法來進行設計。在設計過程中使用的是matlab軟件。在完成這次課程設計任務的同時，復習了數(shù)字濾波器的設計方法，并且熟練掌握了利用matlab軟件編程來設計一個濾波器的方法和步驟，進一步熟悉了matlab的使用方法。通過本次課程設計讓我有了很多收獲，首先，我對濾波器的設計原理進行更深一層次的理解，對書中原來學到的理論，僅知道了其表面，且知其原因。其次，在整個過程當中，我也認識到在課程設計中每一次的數(shù)據(jù)輸入都有其重要意義，用MATLAB編譯程序時，可以根據(jù)濾波器指標的要求實時知道對濾波器的影響。完成整個設計過程后，學到的東西已經不僅僅上面的那些東西，還有同組員的共同努力和探討和設計過程中的每一個細節(jié)，學習不能急，一定要冷靜，不放過任何一個細節(jié)。五、參考文獻[1]董長虹matlab信號處理與應用[M]北京：國防工業(yè)出版社，2021.1：34—67[2]付麗琴數(shù)字信號處理原理及實現(xiàn)[M]北京：國防工業(yè)出版社，2021.1：23—99[3]薛年喜matlab在數(shù)字信號處理中的應用[M]北京：清華大學出版社，2021.11：10-43[4]張常年數(shù)字信號處理及其MATLAB實現(xiàn)[M]北京：化學工業(yè)出版社，2021.1：56-87[5]金連文現(xiàn)代數(shù)字信號處理簡明教程[M]北京：清華大學出版社，2021.1：101-145

咖啡店創(chuàng)業(yè)計劃書第一部分：背景在中國，人們越來越愛喝咖啡。隨之而來的咖啡文化充滿生活的每個時刻。無論在家里、還是在辦公室或各種社交場合，人們都在品著咖啡?？Х戎饾u與時尚、現(xiàn)代生活聯(lián)系在一齊。遍布各地的咖啡屋成為人們交談、聽音樂、休息的好地方，咖啡豐富著我們的生活，也縮短了你我之間的距離，咖啡逐漸發(fā)展為一種文化。隨著咖啡這一有著悠久歷史飲品的廣為人知，咖啡正在被越來越多的中國人所理解。第二部分：項目介紹第三部分：創(chuàng)業(yè)優(yōu)勢目前大學校園的這片市場還是空白，競爭壓力小。而且前期投資也不是很高，此刻國家鼓勵大學生畢業(yè)后自主創(chuàng)業(yè)，有一系列的優(yōu)惠政策以及貸款支持。再者大學生往往對未來充滿期望，他們有著年輕的血液、蓬勃的朝氣，以及初生牛犢不怕虎的精神，而這些都是一個創(chuàng)業(yè)者就應具備的素質。大學生在學校里學到了很多理論性的東西，有著較高層次的技術優(yōu)勢，現(xiàn)代大學生有創(chuàng)新精神，有對傳統(tǒng)觀念和傳統(tǒng)行業(yè)挑戰(zhàn)的信心和欲望，而這種創(chuàng)新精神也往往造就了大學生創(chuàng)業(yè)的動力源泉，成為成功創(chuàng)業(yè)的精神基礎。大學生創(chuàng)業(yè)的最大好處在于能提高自己的潛力、增長經驗，以及學以致用;最大的誘人之處是透過成功創(chuàng)業(yè)，能夠實現(xiàn)自己的理想，證明自己的價值。第四部分：預算1、咖啡店店面費用咖啡店店面是租賃建筑物。與建筑物業(yè)主經過協(xié)商，以合同形式達成房屋租賃協(xié)議。協(xié)議資料包括房屋地址、面積、結構、使用年限、租賃費用、支付費用方法等。租賃的優(yōu)點是投資少、回收期限短。預算10-15平米店面，啟動費用大約在9-12萬元。2、裝修設計費用咖啡店的滿座率、桌面的周轉率以及氣候、節(jié)日等因素對收益影響較大?？Х瑞^的消費卻相對較高，主要針對的也是學生人群，咖啡店布局、格調及采用何種材料和咖啡店效果圖、平面圖、施工圖的設計費用，大約6000元左右3、裝修、裝飾費用具體費用包括以下幾種。(1)外墻裝飾費用。包括招牌、墻面、裝飾費用。(2)店內裝修費用。包括天花板、油漆、裝飾費用，木工、等費用。(3)其他裝修材料的費用。玻璃、地板、燈具、人工費用也應計算在內。整體預算按標準裝修費用為360元/平米，裝修費用共360*15=5400元。4、設備設施購買費用具體設備主要有以下種類。(1)沙發(fā)、桌、椅、貨架。共計2250元(2)音響系統(tǒng)。共計450(3)吧臺所用的烹飪設備、儲存設備、洗滌設備、加工保溫設備。共計600(4)產品制造使用所需的吧臺、咖啡杯、沖茶器、各種小碟等。共計300凈水機，采用美的品牌，這種凈水器每一天能生產12l純凈水，每一天銷售咖啡及其他飲料100至200杯，價格大約在人民幣1200元上下?？Х葯C，咖啡機選取的是電控半自動咖啡機，咖啡機的報價此刻就應在人民幣350元左右，加上另外的附件也不會超過1200元。磨豆機，價格在330―480元之間。冰砂機，價格大約是400元一臺，有點要說明的是，最好是買兩臺，不然夏天也許會不夠用。制冰機，從制冰量上來說，一般是要留有富余?？钪票鶛C每一天的制冰量是12kg。價格稍高550元，質量較好，所以能夠用很多年，這么算來也是比較合算的。5、首次備貨費用包括購買常用物品及低值易耗品，吧臺用各種咖啡豆、奶、茶、水果、冰淇淋等的費用。大約1000元6、開業(yè)費用開業(yè)費用主要包括以下幾種。(1)營業(yè)執(zhí)照辦理費、登記費、保險費;預計3000元(2)營銷廣告費用;預計450元7、周轉金開業(yè)初期，咖啡店要準備必須量的流動資金，主要用于咖啡店開業(yè)初期的正常運營。預計2000元共計： 120000+6000+5400+2250+450+600+300+1200+1200+480+400+550+1000+3000+450+2000=145280元第五部分：發(fā)展計劃1、營業(yè)額計劃那里的營業(yè)額是指咖啡店日常營業(yè)收入的多少。在擬定營業(yè)額目標時，必須要依據(jù)目前市場的狀況，再思考到咖啡店的經營方向以及當前的物價情形，予以綜合衡量。按照目前流動人口以及人們對咖啡的喜好預計每一天的營業(yè)額為400-800，根據(jù)淡旺季的不同可能上下浮動2、采購計劃依據(jù)擬訂的商品計劃，實際展開采購作業(yè)時，為使采購資金得到有效運用以及商品構成達成平衡，務必針對設定的商品資料排定采購計劃。透過營業(yè)額計劃、商品計劃與采購計劃的確立，我們不難了解，一家咖啡店為了營業(yè)目標的達成，同時有效地完成商品構成與靈活地運用采購資金，各項基本的計劃是不可或缺的。當一家咖啡店設定了營業(yè)計劃、商品計劃及采購計劃之后，即可依照設定的采購金額進行商品的采購。經過進貨手續(xù)檢驗、標價之后，即可寫在菜單上。之后務必思考的事情，就是如何有效地將這些商品銷售出去。3、人員計劃為了到達設定的經營目標，經營者務必對人員的任用與工作的分派有一個明確的計劃。有效利用人力資源，開展人員培訓，都是我們務必思考的。4、經費計劃經營經費的分派是管理的重點工作。通常能夠將咖啡店經營經費分為人事類費用(薪資、伙食費、獎金等)、設備類費用(修繕費、折舊、租金等)、維持類費用(水電費、消耗品費、事務費、雜費等)和營業(yè)類費用(廣告宣傳費、包裝費、營業(yè)稅等)。還能夠依其性質劃分成固定費用與變動費用。我們要針對過去的實際業(yè)績設定可能增加的經費幅度。5、財務計劃財務計劃中的損益計劃最能反映全店的經營成果。咖啡店經營者在營運資金的收支上要進行控制，以便做到經營資金合理的調派與運用?？傊陨纤械牧椈居媱?營業(yè)額、商品采購、銷售促進、人員、經費、財務)是咖啡店管理不可或缺的。當然，有一些咖啡店為求管理上更深入，也能夠配合工作實際需要制訂一些其他輔助性計劃。第六部分：市場分析2019-2021年中國咖啡市場經歷了高速增長的階段，在此期間咖啡市場總體銷售的復合增長率到達了17%;高速增長的市場為咖啡生產企業(yè)帶給了廣闊的市場空間，國外咖啡生產企業(yè)如雀巢、卡夫、ucc等企業(yè)紛紛加大了在中國的投資力度，為爭取未來中國咖啡市場的領先地位打下了良好的基礎?？Х蕊嬃现饕侵杆偃芸Х群凸嘌b即飲咖啡兩大類咖啡飲品;在速溶咖啡方面，2018-2021年間中國速溶咖啡市場規(guī)模年均增長率到達16%，顯示出還處于成長階段的中國速溶咖啡市場的高增長性和投資空間;在灌裝即飲咖啡方面，2008-2010年間中國灌裝即飲咖啡市場年均增長率也同樣到達15%;未來幾年，中國咖啡飲料的前景仍將被看好?，F(xiàn)今咖啡店主要是以連鎖式經營，市場主要被幾個集團壟斷。但由于幾個集團的咖啡店并沒有個性主題，很難配合講求特式的年青人。我們亦有思考到其他飲品店的市場競爭狀況，但發(fā)現(xiàn)這些類似行業(yè)