dsp課程設(shè)計(jì)-- 語(yǔ)音信號(hào)處理，進(jìn)行三種類(lèi)型的濾波器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 院 電氣與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　班 級(jí) 電信科學(xué)091班 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　2012 年 6月 18 日</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)處理，進(jìn)行三種

3、類(lèi)型的濾波器的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　(1) IIR低通濾波器性能指標(biāo)　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。</p><p>　　(2) IIR帶阻,雙線性變換法 </p><p>

4、　　設(shè)計(jì)指標(biāo)　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　(3) 帶通濾波器性能指標(biāo)　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>

5、;　　根據(jù)以上的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的濾波器，畫(huà)出濾波器的頻率響應(yīng)曲線。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　1. 語(yǔ)音信號(hào)的采集</p><p>　　利用Windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話音，時(shí)間在1 s內(nèi)。然后在Matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。

6、通過(guò)wavread函數(shù)的使用，理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。</p><p>　　[y,fs]=wavread(‘d:\111.wav’,[1000 60000]);</p><p>　　其中y為wav文件的音調(diào)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度為60000-1000+1，fs為該文件的播放頻率。通過(guò)sound函數(shù)播放該文件的聲音：</p><p>　　Sound(y,fs);</p

7、><p>　　2. 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析</p><p>　　首先畫(huà)出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語(yǔ)音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性，其程序如下：</p><p>　　Y=fft(y,59001);</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title(‘濾波前的信號(hào)波形’);</p><p>　

8、　Subplot(232);plot(abs(Y));title(‘濾波前的信號(hào)頻譜’);</p><p>　　3. 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫(huà)出其頻率響應(yīng)</p><p>　　給出各濾波器的性能指標(biāo)：</p><p>　　(1) 低通濾波器性能指標(biāo)　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。&l

9、t;/p><p>　　(2) 帶阻,雙線性變換法 IIR巴特沃斯數(shù)字濾波器</p><p>　　設(shè)計(jì)指標(biāo)　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　(3) 帶通濾波器性能指標(biāo)　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=10

10、00 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　根據(jù)以上的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的濾波器，畫(huà)出濾波器的頻率響應(yīng)曲線。</p><p>　　4. 用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波</p><p>　　用自己設(shè)計(jì)的各濾波器分別對(duì)采集的信號(hào)利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，并比較濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形及頻譜：&

11、lt;/p><p>　　x=filter(b,a,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot(x);title(‘濾波后的信號(hào)波形’);</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title(‘濾波后的信號(hào)頻譜’);</p><

12、;p><b>　　5. 回放語(yǔ)音信號(hào)</b></p><p>　　在Matlab中，函數(shù)sound可以對(duì)聲音進(jìn)行回放，其調(diào)用格式：sound(x,fs)；可以感覺(jué)濾波前后的聲音有變化。</p><p><b>　　6. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面</b></p><p>　　為了使編制的程序操作方便，有能力的學(xué)生設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)的用戶

13、界面。在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類(lèi)型，輸入濾波器的參數(shù)，顯示濾波器的頻率響應(yīng)，選擇信號(hào)等。</p><p><b>　　四、源程序清單</b></p><p>　　4.1 沖擊響應(yīng)不變法,IIR低通濾波器性能指標(biāo)　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。</p>&

14、lt;p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001); %時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的信號(hào)</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號(hào)波形');<

15、;/p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號(hào)頻譜');</p><p><b>　　fs=44100;</b></p><p>　　Wst=[2*pi*3000];Wc=[2*pi*2000];</p><p>　　Rp=5;Rst=30;</p&g

16、t;<p>　　wc=Wc/fs;wst=Wst/fs;</p><p>　　[N,Wn]=cheb1ord(Wc,Wst,Rp,Rst,'s');</p><p>　　[B,A]=cheby1(N,Rp,Wn,'s');</p><p>　　[b,a]=impinvar(B,A,fs);</p><

17、p>　　[h,w]=freqz(b,a,256);</p><p>　　x1=[wc/pi,wst/pi];</p><p>　　y1=[-Rp,-Rp,-Rst,-Rst];</p><p>　　Subplot(234);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));</p><p><b>　　grid;<

18、/b></p><p>　　xlabel('f in pi');ylabel('gain in db');axis([0,1,-50,10]);</p><p>　　x=filter(b,a,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot

19、(x);title('濾波后的信號(hào)波形');</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title('濾波后的信號(hào)頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　4.2 %帶阻,雙線性變換法 IIR巴特沃斯數(shù)字濾波器</p><p>　　%設(shè)計(jì)指

20、標(biāo)　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001)

21、; %時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的信號(hào)</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號(hào)波形');</p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號(hào)頻譜');</p><p><b>　　fs=44100;</b></p>

22、;<p>　　wst=[2*pi*2000/fs,2*pi*3000/fs];wp=[2*pi*1000/fs,2*pi*4000/fs];</p><p>　　Rp=5;Rst=30;</p><p>　　[N,Wn]=buttord(wp/pi,wst/pi,Rp,Rst);</p><p>　　[B,A]=butter(N,Wn,'sto

23、p');</p><p>　　[h2,w2]=freqz(B,A,256);</p><p>　　x1=[wp/pi,wst/pi];</p><p>　　y1=[-Rp,-Rp,-Rst,-Rst];</p><p>　　Subplot(234);plot(w2/pi,20*log10(abs(h2)),x1,y1,'*&#

24、39;);</p><p>　　grid;xlabel('f in pi');ylabel('gain in db');axis([0,1,-50,10]);</p><p>　　x=filter(B,A,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);

25、plot(x);title('濾波后的信號(hào)波形');</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title('濾波后的信號(hào)頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　4.3 %帶通 帶通濾波器性能指標(biāo)　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=100

26、0 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001); %時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的信號(hào)</p>

27、<p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號(hào)波形');</p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號(hào)頻譜');</p><p>　　%采用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)一個(gè)FIR帶通濾波器,滿足指標(biāo):低端阻帶邊界頻率ws1=0.2pi,高端阻帶邊界頻率%ws2=0.8pi,阻

28、帶最小衰減60dB;低端通帶邊界頻率wp1=0.35pi,高端通帶邊界頻率wp2=0.65pi,通帶最大衰%減1dB.</p><p>　　%根據(jù)阻帶最小衰減60dB，選擇布萊克曼窗。</p><p><b>　　fs=44100;</b></p><p>　　Rp=5;Rst=60;</p><p>　　ws1=100

29、0*2*pi/fs;ws2=4000*2*pi/fs;</p><p>　　wp1=2000*2*pi/fs;wp2=3000*2*pi/fs;</p><p>　　N=max(ceil(6.2*pi/(wp1-ws1)),ceil(6.2*pi/(ws2-wp2)));%根據(jù)過(guò)渡帶寬選擇N,ceil(x)為不小于x的最%小整數(shù)。</p><p>　　wc=[(ws

30、1+wp1)/2,(ws2+wp2)/2];</p><p>　　b=fir1(N-1,wc/pi,blackman(N));</p><p>　　[h,f]=freqz(b,1,500);</p><p>　　Subplot(234);plot(f/pi,20*log10(abs(h)),'-');ylabel('20log|H|'

31、);xlabel('w/pi');grid;</p><p>　　axis([0 1 -100 10]);</p><p>　　x=filter(b,1,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot(x/fs);title('濾波后的信號(hào)波形'

32、;);</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X)*fs/60000);title('濾波后的信號(hào)頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　五、設(shè)計(jì)結(jié)果和仿真波形</p><p>　　5.1 IIR低通、沖擊響應(yīng)不變法 切比雪夫數(shù)字濾波器</p>&l

33、t;p>　　5.2 %IIR帶阻,雙線性變換法 </p><p>　　5.3 FIR數(shù)字濾波器 帶通</p><p><b>　　六、收獲和體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本次試驗(yàn)我更加熟練地掌握了各種類(lèi)型濾波器的設(shè)計(jì)和信號(hào)采樣、加深了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論方面的理解，加強(qiáng)了matlab的應(yīng)用能力，獲益匪淺！</p>

34、<p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?）數(shù)字信號(hào)處理 丁玉美 西安電子科技大學(xué)出版社 </p><p>　?。?）應(yīng)用MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)分析和處理 張明照 科學(xué)出版社 </p><p>　?。?）數(shù)字信號(hào)處理及MATLAB實(shí)現(xiàn) 余成波 清華大學(xué)出版社 </p><p>　

35、?。?）MATLAB7.0在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用 羅軍輝 機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　?。?）MATLAB信號(hào)處理 劉波 電子工業(yè)出版社 </p><p>　?。?）Matlab信號(hào)處理與應(yīng)用 董長(zhǎng)虹 國(guó)防工業(yè)出版社 </p><p>　?。?）數(shù)字信號(hào)處理原理及其MATLAB實(shí)現(xiàn) 從玉良 電子工業(yè)出版社 </p><p&g

36、t;　?。?）數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)及MATLAB實(shí)現(xiàn) 周輝 中國(guó)林業(yè)出版社 </p><p><b>　　2. 相關(guān)網(wǎng)站 </b></p><p>　?。?）Matlab大觀園http://matlab.diy.myrice.com </p><p>　?。?）Matlab學(xué)習(xí)網(wǎng)http://www.mathworks.com </p>