使用布萊克曼窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器正文

創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日音樂(lè)信號(hào)濾波去噪之勘阻及廣創(chuàng)作創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日——使用布萊克曼窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器摘要本課程設(shè)計(jì)主要是用麥克風(fēng)收集一段語(yǔ)音信號(hào)，繪制其波形并觀察其頻譜.然后在該語(yǔ)言信號(hào)中加一個(gè)噪音，利用布萊克曼窗設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器，對(duì)該語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行慮噪處置，然后比力濾波前后的波形與頻譜.在本課程設(shè)計(jì)中，是用MATLAB的集成環(huán)境完成一系列的設(shè)計(jì).首先對(duì)加噪的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行慮波去噪處置,再比力濾波前后的頻率響應(yīng)曲線，若一樣則滿足所設(shè)計(jì)指標(biāo)，否則不滿足.也可以調(diào)用函數(shù)sound聽(tīng)濾波前后其語(yǔ)音信號(hào)是否帶有噪聲.若無(wú)噪聲也說(shuō)明該濾波器的設(shè)置也是勝利的.關(guān)鍵詞音樂(lè)信號(hào)；MATLAB；FIR濾波器；濾波去噪1引言人們?cè)谡Z(yǔ)音通信的過(guò)程中將不成防止的會(huì)受到來(lái)自周?chē)h(huán)境的干擾，例如傳輸媒介引入的噪聲，通信設(shè)備內(nèi)部的電噪聲，乃至其他講話者的話音等.正因?yàn)橛羞@些干擾噪聲的存在，接受者接受到的語(yǔ)音已不是原始的純潔語(yǔ)音信號(hào)，而是受噪聲干擾污染的帶噪聲語(yǔ)音信號(hào).而本課程設(shè)計(jì)就是利用MATLAB集成環(huán)境用布萊克曼窗的方法設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處置，并將慮噪前后的頻譜圖進(jìn)行比較.1.1課程設(shè)計(jì)目的創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日數(shù)字信號(hào)處置課程設(shè)計(jì)是數(shù)字信號(hào)處置課程的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是學(xué)生在校期間一次較全面的工程師能力訓(xùn)練，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生總體培養(yǎng)目標(biāo)中占有重要位置.綜合運(yùn)用本課程的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析以及濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，并利用MATLAB作為編程工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，從而復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，提高了對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，并從實(shí)踐上初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字信號(hào)的處置.本課程設(shè)計(jì)能使學(xué)生對(duì)通信工程領(lǐng)域各種技術(shù)的DSP實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)有較熟練的掌握.且通過(guò)自身的實(shí)踐,對(duì)DSP的設(shè)計(jì)法式、內(nèi)容和方法有更深入的掌握，提高實(shí)際運(yùn)用的能力.并可綜合運(yùn)用這些知識(shí)解決一定的實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生在所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力上以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力上獲得一定的提高.（1）濾波器指標(biāo)必需符合工程實(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）處置結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論.（4）自力完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)陳說(shuō)書(shū).MATLAB名稱是有兩個(gè)英文單詞Matrix和Laboratory的前三個(gè)字母組成.MATLAB7.0是美國(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀計(jì)算軟件MATLAB的最新版本.MATLAB自20世紀(jì)80年代面世以來(lái)，以其強(qiáng)年夜的數(shù)值計(jì)算能力、優(yōu)秀的繪圖功能以及與其他軟件良好的創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日交互功能在眾多的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，特別是它源代碼的開(kāi)放性使用戶可以二次開(kāi)發(fā)，受到了廣年夜使用者的格外贊賞.MATLAB是一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算機(jī)專門(mén)設(shè)計(jì)的交互式年夜型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處置的、可視化的、強(qiáng)年夜的計(jì)算工具.它集圖和精確計(jì)算與一身，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機(jī)電工程、醫(yī)藥、金融和其他需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用.它不單是一個(gè)在各類工程設(shè)計(jì)中便于使用的計(jì)算工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的暗示.MATLAB可以幾乎所有的PC機(jī)和年夜型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適用于Window、UNIX等多種系統(tǒng)平臺(tái).本課程設(shè)計(jì)我們就可以直接誒使用MATLAB提供的模塊，實(shí)現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)的仿真.MATLAB軟件有很強(qiáng)的開(kāi)放性和適應(yīng)性.在堅(jiān)持內(nèi)核不變的情況下，MATLAB可以針對(duì)分歧的應(yīng)用學(xué)科推出相應(yīng)的工具箱，目前已經(jīng)推出了圖像處置工具箱、信號(hào)處置工具箱、小波工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱以及通信工具箱等多個(gè)學(xué)科的專用工具箱，極年夜的方便了分歧學(xué)科的研究工作.國(guó)內(nèi)已有越來(lái)越多的科研和技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到MABLAB的強(qiáng)年夜作用，并在分歧領(lǐng)域內(nèi)使用MATLAB來(lái)快速實(shí)現(xiàn)科研構(gòu)想和提高工作效率.2設(shè)計(jì)原理FIR濾波器FIR(FiniteImpulseResponse)濾波器：有限長(zhǎng)單元沖激響創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處置系統(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)其單元抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)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、圖像處置、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用.FIR數(shù)字濾波器以其良好的線性特性被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)中，是數(shù)字信號(hào)處置的重要內(nèi)容之一.在實(shí)際信號(hào)處置中,往往要求系統(tǒng)兼具實(shí)時(shí)性和靈活性，而已有的一些軟件或硬件實(shí)現(xiàn)方案(如DSP)則難以同時(shí)到達(dá)這兩方面的要求.使用具有并行處置特性的FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器，既有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，又兼顧了靈活性，為數(shù)字信號(hào)處置提供了一種很好的解決方案.FIR濾波器系數(shù)計(jì)算較為繁瑣，在設(shè)計(jì)時(shí)借助Matlab工具箱，選擇合適的窗函數(shù)，可以方便地計(jì)算濾波器系數(shù)，并分析其幅頻、相頻特性.有限長(zhǎng)單元沖激響應(yīng)(FIR)濾波器有以下特點(diǎn)：(1)、系統(tǒng)的單元沖激響應(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(méi)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))也包括有反饋的遞歸部份.設(shè)FIR濾波器的單元沖激響應(yīng)h(n)為一個(gè)N點(diǎn)序列，0<n&N-1,則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：學(xué)-1h(n)zH(z)=n=0 -n (2-1)就是說(shuō)，它有(N—1)階極點(diǎn)在z=0處，有(N—1)個(gè)創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日零點(diǎn)位于有限z平面的任何位置因此H(z)是永遠(yuǎn)穩(wěn)定的.穩(wěn)定和相位特性是FIR濾波器突出的優(yōu)點(diǎn).FIR濾波器有以下幾種基本結(jié)構(gòu)：橫截型(卷積型、直接型)、級(jí)聯(lián)型、頻率抽樣型、快速卷積結(jié)構(gòu).FIRDF的設(shè)計(jì)方法主要分為兩類：第一類是基于迫近理想濾波器特性的方法，包括窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳迫近法；第二類是最優(yōu)設(shè)計(jì)法.窗口設(shè)計(jì)法數(shù)字信號(hào)處置的主要數(shù)學(xué)工具是博里葉變換.而傅里葉變換是研究整個(gè)時(shí)間域和頻率域的關(guān)系.不外，當(dāng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工程測(cè)試信號(hào)處置時(shí)，不成能對(duì)無(wú)限長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行丈量和運(yùn)算，而是取其有限的時(shí)間片段進(jìn)行分析.做法是從信號(hào)中截取一個(gè)時(shí)間片段，然后用觀察的信號(hào)時(shí)間片段進(jìn)行周期延拓處置，獲得虛擬的無(wú)限長(zhǎng)的信號(hào)，然后就可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換、相關(guān)分析等數(shù)學(xué)處置.無(wú)線長(zhǎng)的信號(hào)被截?cái)嘁院?，其頻譜發(fā)生了畸變，原來(lái)集中在f(0)處的能量被分散到兩個(gè)較寬的頻帶中去了(這種現(xiàn)象稱之為頻譜能量泄漏).為了減少頻譜能量泄漏，可采納分歧的截取函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)?，截?cái)嗪瘮?shù)稱為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱為窗.窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本思路是用FIRDF迫近希望的濾波特性.設(shè)希望迫近的濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為h(ew),其單元脈沖響應(yīng)用dh(n)暗示.為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)雙方便，通常選擇h(ew)為具有片段常數(shù)dd創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日特性的理想濾波器.因此hjn)是無(wú)限長(zhǎng)非因果序列，不能直接作為FIRDF的單元脈沖響應(yīng).窗函數(shù)設(shè)計(jì)法就是截取hd(n)為有限長(zhǎng)的一段因果序列，并用合適的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)做為FIRDF的單元脈沖響應(yīng)h(n).下面介紹窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本設(shè)計(jì)過(guò)程.窗口設(shè)計(jì)法的主要工作是計(jì)算h(n)和w(n),但當(dāng)H(ew)較dd為復(fù)雜時(shí)，hd(n)就不容易由反付里葉變換求得.這時(shí)一般可用離散付里葉變換取代連續(xù)付里葉變換，求得近似值.窗口法的設(shè)計(jì)步伐如下：(1)、通過(guò)傅里葉變換忽的理想濾波器的單元脈沖響應(yīng)hd(n).(2)、根據(jù)指標(biāo)選擇窗口形狀、年夜小和位置.確定窗口類型的主要依據(jù)是過(guò)渡帶寬和阻帶最小衰耗的指標(biāo).(3)、給定理想頻響由h(ej?)和h(n),加窗得h(n)=w(n)h(n).dd d(4)、檢驗(yàn)濾波器的性能.由h(n)求H(ew)是否在誤差容限之內(nèi).如果不滿足，則返回第(2)步.以上步伐中h(n)、H(ew)的計(jì)算可采納傅氏變換的現(xiàn)成公式和法d式，窗函數(shù)w(n)也是現(xiàn)成的.但整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程不能一次完成，因?yàn)榇翱陬愋秃湍暌剐〉倪x擇沒(méi)有解析公式可一次算出.整個(gè)設(shè)計(jì)可用計(jì)算機(jī)編程來(lái)做.窗口法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，有閉合的公式可用，性能及參數(shù)都有表格資料可查，計(jì)算法式簡(jiǎn)單，較為實(shí)用.缺點(diǎn)是當(dāng)H(ew)較為d復(fù)雜時(shí)，hd(n)就不容易由反付里葉變換求得.鴻溝頻率因?yàn)榧哟暗挠绊懚蝗菀卓刂?創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日

創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日窗口函數(shù)對(duì)理想特性的影響：改變了理想頻響的邊緣特性，形成過(guò)渡帶，寬為4"/N, 即是WR（3）的主瓣寬度；過(guò)渡帶兩旁發(fā)生肩峰和余振（帶內(nèi)、帶外起伏），取決于WR（3）的旁瓣，旁瓣多，余振多；旁瓣相對(duì)值年夜，肩峰強(qiáng)，與N無(wú)關(guān)；N增加,過(guò)渡帶寬減小,肩峰值不變.因主瓣附近WR(WR(3)=sin?N/2)

sin(3/2)“Nsin(N3/2)二n2N3/2 x(2-2)其中x=N3/2，所以N的改變不能改變主瓣與旁瓣的比例關(guān)系,只能改變Wr（3）的絕對(duì)值年夜小和起伏的密度，當(dāng)N增加時(shí),幅值變年夜，頻率軸變密，而最年夜肩峰永遠(yuǎn)為8.95%,這種現(xiàn)象稱為吉布斯（Gibbs）效應(yīng).肩峰值的年夜小決定了濾波器通帶內(nèi)的平穩(wěn)水平和阻帶內(nèi)的衰減，所以對(duì)濾波器的性能有很年夜的影響.改變窗函數(shù)的形狀，可改善濾波器的特性，窗函數(shù)有許多種，但要滿足以下兩點(diǎn)要求:窗譜主瓣寬度要窄，以獲得較陡的過(guò)渡帶；相對(duì)主瓣幅度，旁瓣要盡可能小，使能量盡量集中在主瓣中，這樣就可以減小肩峰和余振，以提高阻帶衰減和通帶平穩(wěn)性.但實(shí)際上對(duì)同樣長(zhǎng)度的窗這兩點(diǎn)不能兼得，一般總是通過(guò)增加主瓣寬度來(lái)?yè)Q取對(duì)旁瓣的抑制.布萊克曼窗布萊克曼窗的時(shí)域形式可暗示為：2兀n 4兀nw(n)=[0.42—0.5(cos )+0.08cos( )]R/、(2-3)N-1 N-1N(n)(2-3)它的頻域特性為:創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日TOC\o"1-5"\h\zW0):0.42W(①)+0.25[W@_Nn)+卬(3+NT1]

R R R4兀 4兀+0.04[W(N-1+WN-1 (2-4)RR其中/(①)為矩形窗函數(shù)的幅度頻率特性.增加一個(gè)二次諧波余弦分量，可進(jìn)一步降低旁瓣，但主瓣寬度進(jìn)一步增加，為⑵方.加N可減少過(guò)渡帶.布萊克曼窗函數(shù)的最年夜旁瓣之比主瓣值低57db,可是主瓣寬度是矩形窗函數(shù)的主瓣寬度的三倍.布萊克曼窗主瓣寬，旁瓣小，頻率識(shí)別精度最低，但幅值識(shí)別精度最高.3設(shè)計(jì)步伐設(shè)計(jì)流程圖本課程設(shè)計(jì)是對(duì)錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加噪處置并分析加噪前后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖與頻域圖，再用布萊克曼窗設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器，而濾波器的設(shè)計(jì)必需符合其相應(yīng)的指標(biāo)，否則將不能濾失落加入的噪聲.最后將濾波前后的波形圖進(jìn)行比力看是否相同.下面是整個(gè)課程設(shè)計(jì)的流程圖如圖3.1所示：創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日

創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日錄制語(yǔ)音信號(hào)點(diǎn)擊桌面上的“開(kāi)始”菜單，再選擇“法式”中的“附件”，在“附件”的菜單欄中選擇“娛樂(lè)”，最后點(diǎn)擊“錄音機(jī)”.就可以獲得如圖3.2的圖.然后點(diǎn)擊開(kāi)始錄制語(yǔ)音信號(hào)，時(shí)間年夜約在2~3秒之間.錄制好語(yǔ)音信號(hào)后，翻開(kāi)MATLAB軟件平臺(tái)，利用函數(shù)waveread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率的和采樣點(diǎn)數(shù).再調(diào)用函數(shù)sound此時(shí)可以聽(tīng)見(jiàn)錄制的語(yǔ)音.采樣完后再語(yǔ)音信號(hào)中創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日加入一個(gè)單頻噪聲，單頻的噪聲的頻率可以自己設(shè)置.依照加入噪聲后的采樣頻率調(diào)用sound函數(shù)，這時(shí)可以明顯的聽(tīng)見(jiàn)播放的語(yǔ)音信號(hào)中有尖銳的單頻嘯叫聲.下面是調(diào)用該語(yǔ)言信號(hào)以及加入噪聲的法式：[x,fs,bits]二wavread('e:yuyin.wav');%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(zhǎng)度f(wàn)n=2100; %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(:,1)';y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t);sound(y,fs,bits); %明顯聽(tīng)出有尖銳的單頻嘯叫聲現(xiàn)在是對(duì)加入噪聲前后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，先對(duì)原始和加噪后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，再計(jì)算頻譜的頻率范圍和譜線間隔.最后就可以畫(huà)出未加入噪聲和加入噪聲后的時(shí)域圖和頻域圖.將所有未加和加入噪聲的時(shí)域圖和頻域圖畫(huà)在同一個(gè)圖中，便于比力和分析.下面是對(duì)未加和加入噪聲的頻譜分析的法式：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變換創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2); %截取前半部份deltaf=fs/N; %計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf;%計(jì)算頻譜頻率范圍圖3.3語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖和頻率圖濾波器設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)就是要設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器慮失落加入的噪聲，使其恢復(fù)原始的語(yǔ)音信號(hào).而設(shè)計(jì)濾波器的方法有很多，例如：窗函數(shù)法、頻率采樣法、脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法.而本課程設(shè)計(jì)采納的是窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器.而FIR濾波器的設(shè)計(jì)也有很多方法.在Matlab中，可以利用矩形窗、三角窗、漢寧窗、漢明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等設(shè)計(jì)FIR濾波器.而本次采納的是布萊克曼窗來(lái)設(shè)計(jì)濾波器.在用布萊克曼窗設(shè)計(jì)濾波器的時(shí)候，首先要確定濾波器的性能指標(biāo).從六種窗函數(shù)的基本參數(shù)中我們可以獲得旁瓣峰值an=-57,過(guò)度帶寬aB=11%，最小阻帶衰減a「74db,這就標(biāo)明在設(shè)置這些值時(shí)其參數(shù)必需不年夜于這些值.而其它帶阻濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)則要根據(jù)加入噪聲的頻率來(lái)確定.若不能依照這些來(lái)設(shè)計(jì)濾波器則不成能慮失落噪聲.當(dāng)所有的指標(biāo)都設(shè)置完后，可以用這些數(shù)字來(lái)計(jì)算上下邊帶的中心頻率和頻率間隔，并計(jì)算布萊克曼窗設(shè)計(jì)該濾波器所需要的階數(shù)和發(fā)生幾階的布萊克曼窗.當(dāng)所有的準(zhǔn)備工作完成后就可以調(diào)用自編的函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)和用窗函數(shù)法計(jì)算實(shí)際的濾波器的脈沖響應(yīng).最后調(diào)用freqz函數(shù)獲得創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日濾波器的頻率特性.從畫(huà)出的圖中可以清楚的看見(jiàn)濾波器的幅頻和相頻特性.下面是用布萊克曼窗設(shè)計(jì)濾波器的整個(gè)法式：fpd=1800;fsd=2050;fsu=1950;fpu=2000;Rp=1;As=70; %帶阻濾波器設(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,和頻率間隔wcd二fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; %將Hz為單元的模擬頻率換算為rad為單元的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi;M=ceil(10*pi/dw)+1; %計(jì)算布萊克曼窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)n=0:M-1; %界說(shuō)時(shí)間范圍w_black=blackman(M); %發(fā)生M階的布萊克曼窗hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M);%調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_black'.*hd_bs;%用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h_bs,1);%調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性圖3.4濾波器的頻率特性信號(hào)濾波處置創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日對(duì)語(yǔ)音信號(hào)信號(hào)進(jìn)行濾波處置主要是濾失落加入的噪聲.分歧的濾波器利用分歧的函數(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波.對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處置要先利用函數(shù)filter對(duì)y進(jìn)行濾波，然后對(duì)y進(jìn)行傅里葉變換.而畫(huà)頻譜時(shí)只取前面一半.最后在同一個(gè)圖中畫(huà)出原始信號(hào)的、加入噪聲的語(yǔ)音信號(hào)以及濾波后語(yǔ)音信號(hào)的頻域圖和時(shí)域圖.這樣便于將所有的圖進(jìn)行比較和分析，而且還可以直觀的觀察該課程設(shè)計(jì)是否勝利.當(dāng)將設(shè)計(jì)好的濾波器濾失落噪聲后我們也可以再一次調(diào)用函數(shù)sound,聽(tīng)此時(shí)的聲音是否與原始語(yǔ)音信號(hào)基本一樣，若沒(méi)有單頻嘯叫聲則說(shuō)明此次設(shè)計(jì)是勝利的，否則應(yīng)重新設(shè)置指標(biāo).下面是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波的法式：y_fil=filter(h_bs,1,y);%用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波Y_fil=fft(y_fil);%對(duì)y進(jìn)行傅里葉變動(dòng)Y_fil=Y_fil(1:length(Y_fil)/2);%計(jì)算頻譜取前一半圖3.5濾波前后語(yǔ)音信號(hào)比較sound(x,fs,bits);可以感覺(jué)濾波前后的聲音有變動(dòng).3.5結(jié)果分析要確定本課程設(shè)計(jì)是否勝利就得看原始信號(hào)的頻域圖和時(shí)域圖與經(jīng)過(guò)濾波器后的語(yǔ)音信號(hào)的頻域圖和時(shí)域圖是否一樣，若一樣則暗示該設(shè)計(jì)是勝利的,否則是不勝利的.創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日在第一個(gè)圖中：第一幅圖和第二幅圖是原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖和頻域圖,第三幅圖和第四幅圖是加入頻率為2100的噪聲.從圖中可以看出，第一圖和第三圖相比因?yàn)榧尤朐肼暤木壒仕缘谌龍Dy軸的幅度要比第一圖要年夜，但其形狀還是基本沒(méi)有改變.而第二圖與第四圖相比力在頻率f=2100時(shí)多了一個(gè)尖銳脈沖.說(shuō)明原始語(yǔ)音信號(hào)加入噪聲是勝利的.在濾波器頻率特性的圖中可以看到：第一個(gè)圖是以db為單元的幅頻特性，第二圖是幅頻特性，第三個(gè)圖是濾波器的相頻特性,最后一個(gè)圖是濾波器的脈沖響應(yīng).從圖中可以清楚的了解濾波器的幅頻和相頻特性.在濾波前后信號(hào)比力的圖中我們可以獲得：原始的語(yǔ)音信號(hào)與濾波后的信號(hào)的圖基本一樣，只是濾波后的圖在原始信號(hào)的基礎(chǔ)上有所延遲.所以用布萊克曼窗設(shè)計(jì)的濾波器是符合要求的，也就是說(shuō)該課程設(shè)計(jì)是勝利的.4呈現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法雖然課程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，可是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還是遇到了許多的問(wèn)題.總結(jié)起來(lái)年夜概有以下幾個(gè)方面：首先，最主要的是要把設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)設(shè)置正確才華濾除語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲.有幾次因?yàn)榍懊娴脑肼曨l率設(shè)置為f=2100,而后面的帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)沒(méi)有與前面的頻率相匹配招致畫(huà)出來(lái)的圖怎么也不能濾失落噪音.后來(lái)慢慢的改變指標(biāo)使其在噪聲頻率的左右，這時(shí)才華濾失落噪聲獲得原始的語(yǔ)音信號(hào).還有用布萊創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日克曼窗設(shè)計(jì)的濾波器時(shí)期過(guò)渡帶寬度和阻帶最小衰減必需符合布萊克曼窗的基本參數(shù)否則也不成能獲得所期望的結(jié)果.其次，在對(duì)加入噪聲后的信號(hào)進(jìn)行濾波時(shí)沒(méi)有使用正確的形式也不能濾去噪聲.后來(lái)在同學(xué)的幫手下解決了這些問(wèn)題.再次，在利用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)，如果在MATLAB軟件中的Work下沒(méi)有界說(shuō)，那么不能調(diào)用自編的函數(shù)，否則將會(huì)報(bào)錯(cuò).最后，在MATLAB軟件下編程時(shí)最好新建一個(gè)File文檔.因?yàn)樵诰幊痰倪^(guò)程過(guò)有可能呈現(xiàn)毛病，如果建一個(gè)文檔有助于法式呈現(xiàn)毛病時(shí)可以在文檔中直接修改，這樣可以省很多的時(shí)間，又這個(gè)課程設(shè)計(jì)的法式多而繁雜，一不小心就有可能寫(xiě)錯(cuò)，如果在工作環(huán)境下修改這樣利于將所有的法式復(fù)制在課程設(shè)計(jì)中，而且還要對(duì)復(fù)制后的法式進(jìn)行刪除.5結(jié)束語(yǔ)為期兩周的數(shù)字信號(hào)處置課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，但在這次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了許多的工具.通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，不單加深了我對(duì)課本基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，而且增強(qiáng)了我的實(shí)踐能力，同時(shí)更加認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合的重要性.首先，更加深入理解了濾波器設(shè)計(jì)的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括在什么情況下使用哪種方法設(shè)計(jì)FIR濾波器最好以及在選擇特定的窗函數(shù)進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)該怎樣確定其性能指標(biāo)；其次，更加深刻的認(rèn)識(shí)了語(yǔ)音原始信號(hào)與加噪后語(yǔ)音信號(hào)的波形及頻譜；再次，較年夜地提高了綜合運(yùn)用創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及軟件設(shè)計(jì)能力，在一定水平上對(duì)自己的入手能力有很年夜的幫手.雖然這次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，可是遇到的困難也是很多的.其中最主要的問(wèn)題要屬怎樣設(shè)置濾波器的指標(biāo)問(wèn)題，如果指標(biāo)的設(shè)置有問(wèn)題那么后續(xù)的工作就不成能獲得原始的語(yǔ)音信號(hào).在設(shè)置過(guò)程中有很屢次因?yàn)樵O(shè)置的參數(shù)分歧適而招致設(shè)計(jì)的濾波器不能慮出單頻噪聲信號(hào).所以在設(shè)計(jì)指標(biāo)問(wèn)題時(shí)一定要結(jié)合布萊克曼自己的特點(diǎn)還要考慮加入噪聲的頻率.其次就是一些函數(shù)的細(xì)節(jié)問(wèn)題.雖然在這次課程設(shè)計(jì)中遇到很多的困難，但通過(guò)自己查找有關(guān)資料以及老師和同學(xué)的幫手下都一一解決了，而且在與同學(xué)交流的過(guò)程中使同學(xué)之間的感情更進(jìn)一步.這次設(shè)計(jì)不單讓我學(xué)會(huì)如何自力完成一項(xiàng)工作，而且提高了自力解決問(wèn)題的能力，為以后的課程設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ).在此向幫手我的老師及熱心同學(xué)暗示忠心的感謝！希望今后還能介入更多的課程設(shè)計(jì)，以熬煉自己在各個(gè)方面的能力，尤其是綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合的能力.設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我通過(guò)查閱年夜量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使我學(xué)到了很多的工具，雖然有許多的辛酸，可是看到自己課程設(shè)計(jì)完成后心中的那份激動(dòng)是無(wú)法用言語(yǔ)來(lái)形容的.參考文獻(xiàn)[1]丁玉美,高西全，闊永紅.數(shù)字信號(hào)處置.初版.西安：西安電子科技出書(shū)社,2001年創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日[2]陳后金.數(shù)字信號(hào)處置.第三版.北京：高等教育業(yè)出書(shū)社，2004年[3]程佩青.數(shù)字信號(hào)處置教程.第四版.北京：清華年夜學(xué)出書(shū)社，2002年[4]劉敏，魏玲.Matlab通信仿真與應(yīng)用.第二版.北京：國(guó)防工業(yè)出書(shū)社，2001年[5]張圣勤.MATLAB7.0實(shí)用教程.第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出書(shū)社,2006附錄：用布萊克曼窗設(shè)計(jì)FIR濾波器的整個(gè)源法式[x,fs,bits]二wavread('e:yuyin.wav');%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(zhǎng)度f(wàn)n=2100; %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(:,1)';y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t);sound(y,fs,bits); %明顯聽(tīng)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X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2); %截取前半部份創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日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subplot(2,2,1);plot(t,x);xlabel('時(shí)間(單元：s)');ylabel('幅度')；title('原始語(yǔ)音信號(hào)')；subplot(2,2,2);plot(f,X);xlabel('頻率(單元：Hz)');ylabel('幅度譜')；title('語(yǔ)音信號(hào)幅度譜')；subplot(2,2,3);plot(t,y);xlabel('時(shí)間(單元：s)');ylabel('幅度')；title('加入單頻干擾后的語(yǔ)音信號(hào)')；subplot(2,2,4);plot(f,Y);xlabel('頻率(單元：Hz)');ylabel('幅度譜')；title('加入單頻干擾后的語(yǔ)音信號(hào)幅度譜')；fpd=1800;fsd=2050;fsu=1950;fpu=2000;Rp=1;As=70; %帶阻濾波器設(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,和頻率間隔wcd二fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; %將Hz為單元的模擬頻率換算為rad為單元的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi;M=ceil(10*pi/dw)+1; %計(jì)算布萊克曼窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)n=0:M-1; %界說(shuō)時(shí)間范圍創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日w_