數(shù)字信號課程設(shè)計(jì)

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文檔簡介

1、　　《數(shù)字信號處理》　　課程設(shè)計(jì)說明書　題目數(shù)字信號處理課程設(shè)計(jì)　系（部）電子與通信工程系　　數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)任務(wù)書<b&

2、gt;　　一．課程設(shè)計(jì)的目的　　通過數(shù)字信號處理的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對信號的采集，處理，傳輸，顯示，存儲(chǔ)和分析等有一個(gè)系統(tǒng)的掌握和理解。鞏固和運(yùn)用數(shù)字信號處理課程中的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握最基本的數(shù)字信號處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。　　二．課程設(shè)計(jì)的題目</

3、p>　　語音信號的采集、分析與處理。　　三．設(shè)計(jì)內(nèi)容（主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路和方案比較等）　　對一段語音信號進(jìn)行采樣；畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波

4、前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化；回放語音信號；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號處理系統(tǒng)界面。　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：采樣一段語音信號；畫出語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜。　　關(guān)鍵技術(shù)：頻譜圖的理解；設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器；數(shù)字濾波的方法；</p&g

5、t;　　解決思路：對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性；在MATLAB環(huán)境中可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butter設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。　　四．設(shè)計(jì)步驟　　1. 語音信號的采集<

6、p>　　對一段語音信號，時(shí)間在2s內(nèi)。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數(shù)wavread對語音信號進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。通過wavread函數(shù)的使用，要求理解掌握采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。　　2. 語音信號的頻譜分析　　要求首先畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形；然后對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，從而加深對頻譜特性的理解。

7、　　3. 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率相映　　給出各濾波器的性能指標(biāo)：　　(1) 低通濾波器性能指標(biāo) fb＝1000Hz，fc＝1200Hz，As＝100dB，Ap＝1dB。　　(2) 高通濾波器性能指標(biāo) fc＝4800Hz，fb＝5000Hz，As＝100dB，Ap＝1d

8、B。　　要求用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)上面要求的2種濾波器。在MATLAB中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butter設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。　　4. 用濾波器對信號進(jìn)行濾波　　要求用自己設(shè)計(jì)的各種濾波器分別對采集的信號進(jìn)行濾波，在MAT

9、LAB中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt對信號進(jìn)行濾波，IIR濾波器利用函數(shù)filter對信號進(jìn)行濾波。　　5. 比較濾波前后語音信號的波形及頻譜并回放語音信號　　要求在一個(gè)窗口同時(shí)畫出濾波前后的波形及頻譜。在MATLAB中，函數(shù)sound可以對聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式：sound(x，fs，bits)；可以感覺濾波前后的聲音有變化。</p&g

10、t;　　6. 編制實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的相應(yīng)的程序。　　7. 撰寫5000-8000字課程設(shè)計(jì)報(bào)告。　　五．設(shè)計(jì)要點(diǎn)　　1. 參考“數(shù)字信號處理”教材掌握頻譜分析的意義。　　2. 參考“數(shù)字信號處理”教材掌握數(shù)字濾波器的

11、設(shè)計(jì)方法。　　3. 學(xué)會(huì)使用MATLAB的幫助。　　六．設(shè)計(jì)進(jìn)度安排　　本次課程設(shè)計(jì)共計(jì)2周時(shí)間(7周~8周)：第7周星期一，分析問題、查閱資料；第7周星期二到第8周星期三，編寫程序、調(diào)試、修改；第8周星期四到星期五，演示、答辯、寫設(shè)計(jì)報(bào)告。<p

12、>　　七．考核標(biāo)準(zhǔn)　　1. 同學(xué)平時(shí)表現(xiàn)占總成績30％，若遲到扣5分，無故曠課每次扣10 分，二次不到者總成績以0分計(jì)。　　2. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告占總成績70％，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上交。　　3. 嚴(yán)禁抄襲，復(fù)制設(shè)計(jì)內(nèi)容，查出后相關(guān)同學(xué)設(shè)計(jì)成績以零分處理。&

13、lt;p>　　八．參考資料　　1. 高西全, 丁玉美. 數(shù)字信號處理. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2008.　　2. 黃文梅, 熊桂林, 楊勇. 信號分析與處理——Matlab語言及其應(yīng)用. 長沙: 國防科技大學(xué)出版社, 2000.　　3. 余成波. 數(shù)字信號處

14、理及Matlab實(shí)現(xiàn). 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008.　　目錄　　1.緒論- 7 -　　2.設(shè)計(jì)作品名稱- 7 -　　3.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容- 7 -　　3.1 設(shè)計(jì)思想- 7 -

15、　　3.2設(shè)計(jì)原理- 8 -　　3.2.1 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)- 8 -　　3.2.1.1 巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)：- 8 -　　3.1.1.2 巴特沃斯濾波器的特性：- 8 -　　3.1.1.3 雙線性變換法：-

16、10 -　　3.2.2 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)- 12 -　　4. 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟及結(jié)果分析- 15 -　　4.1 語音信號的采集及其時(shí)域、頻域分析- 15 -　　4.1.1程序- 15 -　　4.1.2 圖像-

17、15 -　　4.2 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率相映- 16 -　　4.2.1 無限低通數(shù)字濾波器- 16 -　　4.2.1.1 程序- 16 -　　4.2.1.2 圖像- 17 -　　4.2.2 無限高通數(shù)字濾波器-

18、 17 -　　4.2.2.1 程序- 17 -　　4.2.2.2 圖像- 18 -　　4.2.3 有限低通數(shù)字濾波器- 19 -　　4.2.3.1程序- 19 -　　4.2.3.2 圖像- 19 -

19、;　　4.2.4 有限高通數(shù)字濾波器- 20 -　　4.2.4.1 程序- 20 -　　4.2.4.2 圖像- 20 -　　4.3 用濾波器對信號進(jìn)行濾波并比較前后波形- 21 -　　4.3.1 經(jīng)過低通IIR- 21 -</p&

20、gt;　　4.3.2 經(jīng)過高通IIR- 22 -　　4.3.3 經(jīng)過低通FIR- 23 -　　4.3.4 經(jīng)過高通FIR- 24 -　　4.4 編制實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的相應(yīng)的總程序- 24 -　　4.4.1 信號經(jīng)過低通IIR- 24 -

21、　　4.4.2 信號經(jīng)過高通IIR- 25 -　　4.4.3 信號經(jīng)過低通FIR- 27 -　　4.4.4 信號經(jīng)過高通 FIR- 28 -　　4.5 撰寫5000-8000字課程設(shè)計(jì)報(bào)告- 29 -　　5. 總結(jié)- 2

22、9 -　　6. 存在的建議及不足- 30 -　　7. 參考文獻(xiàn)- 30 -　　題目　　摘要　　對一段語音信號進(jìn)行采樣；畫出采樣后語音信號的時(shí)域

23、波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化；回放語音信號；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號處理系統(tǒng)界面。　　通過數(shù)字信號處理的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對信號的采集，處理，傳輸，顯示，存儲(chǔ)和分析等有一個(gè)系統(tǒng)的掌握和理解。鞏固和運(yùn)用數(shù)字信號處理課程中的

24、理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握最基本的數(shù)字信號處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。為以后的工作和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本課題主要基于MATLAB平臺，實(shí)現(xiàn)信號分析與濾波器的設(shè)計(jì)。并改變?yōu)V波器參數(shù)或特性(低通、高通)，實(shí)現(xiàn)不同的濾波要求。自己錄播一段語音信號，對其進(jìn)行采樣，進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)有限和無限兩種不同的數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波處理，分析所設(shè)計(jì)濾波器(畫出了頻率特性曲線)，并對信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜

25、，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化，分析的結(jié)果表明初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。　　關(guān)鍵詞：無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器、有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器、巴特沃斯濾波器、窗函數(shù)法、雙線性法　　1.緒論　　對一段語音信號進(jìn)行采樣；畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，采

26、用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化；回放語音信號；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號處理系統(tǒng)界面。　　通過數(shù)字信號處理的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對信號的采集，處理，傳輸，顯示，存儲(chǔ)和分析等有一個(gè)系統(tǒng)的掌握和理解。鞏固和運(yùn)用數(shù)字信號處理課程中的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握最基本的數(shù)字信

27、號處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。為以后的工作和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本課題主要基于MATLAB平臺，實(shí)現(xiàn)信號分析與濾波器的設(shè)計(jì)。并改變?yōu)V波器參數(shù)或特性(低通、高通)，實(shí)現(xiàn)不同的濾波要求。自己錄播一段語音信號，對其進(jìn)行采樣，進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)有限和無限兩種不同的數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波處理，分析所設(shè)計(jì)濾波器(畫出了頻率特性曲線)，并對信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號

28、的變化，分析的結(jié)果表明初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。　　2.設(shè)計(jì)作品名稱　　語音信號的采集、分析與處理　　3.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容　　3.1 設(shè)計(jì)思想&

29、lt;p>　　采樣一段語音信號；畫出語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜。　　關(guān)鍵技術(shù)：頻譜圖的理解；設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器；數(shù)字濾波的方法；　　解決思路：對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性；在MATLAB環(huán)境中可以利用函

30、數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butter，cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。　　3.2設(shè)計(jì)原理　　3.2.1 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)　　3.2.1.1 巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)：

31、　　巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是同頻帶的頻率響應(yīng)去想最平滑，如下圖所示　　圖1 一級巴特沃斯低通濾波器的波得圖　　圖2 一級至五級巴特沃斯低通濾波器　　3.1.1.2 巴特沃斯濾波器的特性：　　巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是同頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最為平坦，沒有起伏，

32、而在組頻帶則逐漸下降為零。在振幅的對數(shù)對角頻率的波特圖上，從某一邊界見頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐漸減少，趨向于負(fù)無窮大。　　一階巴特沃斯濾波器的衰減率為每倍頻20分貝，二階巴特沃斯濾波器的衰減率為每倍頻12分貝，三階的衰減率為每分貝18分貝，如此類推，巴特沃斯濾波器的振幅對角頻率單調(diào)下降，并且濾波器的結(jié)束越高，在組頻帶振幅衰減速度越快，其他濾波器高階的振幅對角頻率圖和低階數(shù)的振幅對角頻率

33、有不同的形狀。　　上述函數(shù)的特點(diǎn)是等距離分布在半徑為的圓上。　　因此，極點(diǎn)用下式表示為　　的表示式：　　為了使設(shè)計(jì)公式和圖表統(tǒng)一，將頻率歸一化。巴特沃斯濾波器采用3dB截止頻率歸一化，歸一化后的系統(tǒng)函數(shù)為<

34、;p>　　令,稱為歸一化頻率，稱為歸一化復(fù)變量，這樣巴特沃斯濾波器的歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為　　式中，，為歸一化極點(diǎn)，用下式表示:　　然后將巴特沃斯濾波器轉(zhuǎn)換成高通濾波器，轉(zhuǎn)換公式如下：　　在平面與平面虛軸上的頻率關(guān)系為：　　其中，為希望設(shè)計(jì)的高通濾波器的通帶邊界頻

35、率。　　3.1.1.3 雙線性變換法：　　雙線性變換法是將平面壓縮變換到某一中介平面的一條橫帶里，再通過標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系將此帶變換到整個(gè)z平面上去，這樣就使平面與平面之間建立一一對應(yīng)的單值關(guān)系，消除了多值變換性。　　為了將平面的軸壓縮到平面的軸上的到一段上，可以通過以下的正切變換來實(shí)現(xiàn)：<

36、;p>　　這樣當(dāng)由經(jīng)變化到時(shí)，由經(jīng)過0變化到，也映射到了整個(gè) 軸。將這個(gè)關(guān)系延拓到整個(gè)平面和平面，則可以得到　　再將平面通過標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系映射到平面，即令得到　　同樣對z求解，得到　　這樣的變換叫做雙線性變換。為了驗(yàn)證這種映射具有s平面的虛軸映射到z平面單位圓上的特性，考

37、慮 ,，得　　除了使s平面的虛軸映射到單位圓上之外，s平面的左半部分映射到單位圓的內(nèi)部，s平面的右半部分映射到單位圓的外部。如圖所示　　圖3 雙線性變化映射關(guān)系示意圖　　觀察式子，發(fā)現(xiàn)的實(shí)部為負(fù)時(shí)，因子的幅度小于1，相當(dāng)于單位圓的內(nèi)部。反之，當(dāng)?shù)膶?shí)部為負(fù)時(shí)，該比值的幅度大于1，相當(dāng)于單位圓的外部。這樣就可以看出使

38、用雙線性變換可從穩(wěn)定的模擬濾波器得到穩(wěn)定的數(shù)字濾波器。雙線性變換法還避免了使用脈沖響應(yīng)不變法所遇到的混疊問題，因?yàn)樗哑矫娴倪@個(gè)虛軸映射到平面的單位圓上。然而，付出的代價(jià)是在頻率軸上引入了失真。因此，只有當(dāng)能容忍或補(bǔ)償這種失真時(shí)，使用雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的方法才是實(shí)用的。僅在零頻率附近時(shí)與之間的頻率變換關(guān)系接近于線性關(guān)系，所產(chǎn)生的數(shù)字濾波器的幅頻響應(yīng)相對于原模擬濾波器的幅頻響應(yīng)有畸變。

39、對于分段常數(shù)的濾波器，雙線性變換后，仍得到幅頻特性為分段常數(shù)的濾波器，但是各分段邊緣的臨界頻率點(diǎn)產(chǎn)生了畸變，這種頻率的畸變，可以通過頻率的預(yù)畸變來加以校正，也就是將臨界頻率事先加以畸變，然后經(jīng)變換后正好映射到所需要的頻率上。通過的關(guān)系變換成一組模擬頻率。　　圖4 雙線性變化法的頻率關(guān)系　　為了克服沖擊響應(yīng)不變法產(chǎn)生的頻率混疊現(xiàn)象，我們需要使平面與平面建立

40、一一對應(yīng)的單值關(guān)系，即求出，然后將其代入就可以求得，即　　3.2.2 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)　　如果所希望的濾波器的理想的頻率響應(yīng)函數(shù)為，則其對應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為　?。?.1）　　窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本原理是用有限長單位脈沖響應(yīng)序列逼

41、近。由于往往是無限長序列，而且是非因果的，所以用窗函數(shù)將截?cái)?，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到：　?。?.2）　　就作為實(shí)際設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)序列，其頻率響應(yīng)函數(shù)為　　（4.3）　　式中，N

42、為所選窗函數(shù)的長度。　　我們知道，用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的濾波器性能取決于窗函數(shù)的類型及窗口長度N的取值。設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)對阻帶最小衰減和過渡帶寬度的要求選擇合適的窗函數(shù)類型和窗口長度N 。各種類型的窗函數(shù)可達(dá)到的阻帶最小衰減和過渡帶寬度見表4.1。　　表1 各種窗函數(shù)的基本參數(shù)　　這樣選定窗函數(shù)類型和長度N之后，求

43、出單位脈沖響應(yīng)，并按照式（4.3）求出。是否滿足要求，要進(jìn)行演算。一般在尾部加零使長度滿足2的整數(shù)次冪，以便用FFT計(jì)算。如果要觀察細(xì)節(jié)，補(bǔ)零點(diǎn)數(shù)增多即可。如果不滿足要求，則要重新選擇窗函數(shù)類型和長度N ，再次驗(yàn)算，直至滿足要求。　　如果要求線性相位特性，則還必須滿足　　根據(jù)上式中的正、負(fù)號和長度N的奇偶性又將線性相位FIR濾波器分成四類。要根據(jù)所設(shè)計(jì)的

44、濾波特性正確選擇其中一類，例如，要設(shè)計(jì)線性相位低通特性，可以選擇這一類，而不能選擇這一類。　　主程序框圖如圖4.1所示。其中幅度特性要求用dB表示。　　設(shè)　　畫圖時(shí)，用打印幅度特性。第k點(diǎn)對應(yīng)的頻率。為使曲線包絡(luò)更接近的幅度特性曲線，DFT變換區(qū)間要選大些。例如窗口長度N=3

45、3時(shí)，可通過在末尾補(bǔ)零的方法，使長度變?yōu)?4，再進(jìn)行64點(diǎn)DFT，則可以得到更精確的幅度衰減特性曲線。　　4. 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟及結(jié)果分析　　4.1 語音信號的采集及其時(shí)域、頻域分析　　對一段語音信號，時(shí)間在2s內(nèi)。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數(shù)wavread對語音信號進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。通

46、過wavread函數(shù)的使用，要求理解掌握采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。要求首先畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形；然后對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，從而加深對頻譜特性的理解。　　4.1.1程序　　[x1,fs,bits]=wavread('C:\MATLAB7\work\cricket.wav'

47、;);%原信號　　sound(x1,fs,bits); %調(diào)用sound函數(shù)播放原始語音　　figure(1); 　　plot(x1);%做原始語音信號的時(shí)域圖形 　　title('原始語音信號時(shí)域圖形');　　x

48、label('時(shí)間 t'); 　　ylabel('音量 n');　　figure(2);　　y1=fft(x1);%做length(x1)點(diǎn)的FFT 　　y1=fftshift(y1); %平移是頻率中心為0 &l

49、t;p>　　derta_fs = fs/length(x1); %設(shè)置頻譜的間隔分辨率 　　plot([-fs/2:derta_fs: fs/2-derta_fs],abs(y1));%畫出原始語音信號的頻譜圖　　title('原始語音信號的頻譜圖'); 　　grid o

50、n;　　4.1.2 圖像　　4.2 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率相映　　給出各濾波器的性能指標(biāo)：　　(1) 低通濾波器性能指標(biāo) fb＝1000Hz，fc＝1200Hz，As＝100dB，Ap＝1dB。</p&g

51、t;　　(2) 高通濾波器性能指標(biāo) fc＝4800Hz，fb＝5000Hz，As＝100dB，Ap＝1dB。　　要求用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)上面要求的2種濾波器。在MATLAB中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，可以利用函數(shù)butter設(shè)計(jì)IIR濾波器；利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。　　4.2.

52、1 無限低通數(shù)字濾波器　　4.2.1.1 程序　　wp=1000*2*pi;　　ws=2400*2*pi;　　rp=1;　　as=100;</p&

53、gt;　　[n,wc]=buttord(wp,ws,rp,as,'s');　　[z,p,k]=buttap(n);　　[bap,aap]=zp2tf(z,p,k);　　[bl,al]=lp2lp(bap,aap,wc);　　[b,a]

54、=bilinear(bl,al,fs);　　[h,w]=freqz(b,a);　　figure(2)　　plot(w*fs/(2*pi),abs(h))　　title('IIR低通濾波器頻率響應(yīng)');

55、;　　4.2.1.2 圖像　　4.2.2 無限高通數(shù)字濾波器　　4.2.2.1 程序　　fs=22050; %巴特沃斯高通濾波器　　wp=4800*2*pi;　　ws=10000*2*pi;</

56、p>　　rp=1;　　as=100;　　[n,wc]=buttord(wp,ws,rp,as,'s');　　[z,p,k]=buttap(n);　　[b

57、ap,aap]=zp2tf(z,p,k);　　[bl,al]=lp2hp(bap,aap,wc);　　[b,a]=bilinear(bl,al,fs);　　[h,w]=freqz(b,a);　　figure(2)

58、　　plot(w*fs/(2*pi),abs(h))　　title('IIR高通濾波器頻率響應(yīng)');　　4.2.2.2 圖像　　4.2.3 有限低通數(shù)字濾波器　　4.2.3.1程序</p&

59、gt;　　N=length(x1)-1;　　t=0:1/fs:N/fs;　　fp=1000;fc=1500;As=100;Ap=1;Fs=22050;%濾波器指標(biāo)　　wc=2*pi*fc/Fs; wp=2*pi*fp/Fs;　　Bt=wc-wp;

60、 %計(jì)算過渡帶寬　　alph=0.112*(As-8.7); %alph用來控制窗的形狀　　N=ceil((As-8)/2.285/Bt); %凱塞窗濾波器階數(shù)N,(h(n)的長度為N+1)　　wn= kaiser(N+1,alph); <p&

61、gt;　　ws=(wp+wc)/2/pi; %計(jì)算通帶截止頻率（關(guān)于pi歸一化）　　hn=fir1(N,ws,wn);　　figure(2) %畫出濾波器頻譜圖　　freqz(hn,1)　　4.2.3.2 圖像</p

62、>　　4.2.4 有限高通數(shù)字濾波器　　4.2.4.1 程序　　N=length(x1)-1;　　t=0:1/fs:N/fs;　　fc=4800;fp=5000;As=100;Ap=1;Fs=22050; %采樣頻率必須變大（N-1）<

63、;/p>　　ws=2*pi*fc/Fs; wp=2*pi*fp/Fs;　　Bt=wp-ws;　　n=ceil(8*pi/Bt);　　wc=(wp+ws)/2/pi;　　[b,a]=fir1(n,wc,

64、9;high');　　figure(2);　　freqz(b,a);　　4.2.4.2 圖像　　4.3 用濾波器對信號進(jìn)行濾波并比較前后波形　　要求用自己設(shè)計(jì)的各種濾波器分別對采集的信號進(jìn)行濾波，在MATLAB中，F(xiàn)IR濾

65、波器利用函數(shù)fftfilt對信號進(jìn)行濾波，IIR濾波器利用函數(shù)filter對信號進(jìn)行濾波。　　4.3.1 經(jīng)過低通IIR　　4.3.2 經(jīng)過高通IIR　　4.3.3 經(jīng)過低通FIR　　4.3.4 經(jīng)過高通FIR　　4.4

66、編制實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的相應(yīng)的總程序　　4.4.1 信號經(jīng)過低通IIR　　%無限脈沖響應(yīng)數(shù)字低通濾波器（低通IIR）　　clc;　　clear all;　　[x1,fs,bits]=wavread

67、('C:\MATLAB7\work\cricket.wav');　　datlen=length(x1);　　sound(x1,fs,bits);　　y1=fftshift(fft(x1));　　figure(1)<

68、;/p>　　subplot(2,1,1)　　plot(x1);　　title('原始語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　plot((-datlen/2:datlen/2

69、-1)/datlen*fs,abs(y1));　　title('原始語音信號頻譜')　　wp=1000*2*pi;　　ws=2400*2*pi;　　rp=1;

70、　　as=100;　　[n,wc]=buttord(wp,ws,rp,as,'s');　　[z,p,k]=buttap(n);　　[bap,aap]=zp2tf(z,p,k);　　[bl,al]=lp2lp(bap,aap,wc);&l

71、t;/p>　　[b,a]=bilinear(bl,al,fs);　　[h,w]=freqz(b,a);　　figure(2)　　plot(w*fs/(2*pi),abs(h))　　title('II

72、R低通濾波器頻率響應(yīng)');　　X=filter(b,a,x1); %將信號經(jīng)過濾波器　　sound(X,fs,bits);　　figure(3) %畫出濾波后的信號　　subplot(2,1,1)</p

73、>　　plot(X);　　title('過濾后語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　y3=fftshift(fft(X))　　plot((-datlen/2:datlen

74、/2-1)/datlen*fs,abs(y3));　　title('過濾后語音信號頻域波形');　　4.4.2 信號經(jīng)過高通IIR　　%無限脈沖響應(yīng)數(shù)字高通濾波器（高通IIR）　　clear all;　　[x1,f

75、s,bits]=wavread('C:\MATLAB7\work\cricket.wav');　　datlen=length(x1);　　sound(x1,fs,bits);　　y1=fftshift(fft(x1));　　figure(

76、1)　　subplot(2,1,1)　　plot(x1);　　title('原始語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　plot((-da

77、tlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1));　　title('原始語音信號頻譜')　　fs=22050; %巴特沃斯高通濾波器　　wp=4800*2*pi;　　ws=10000*2*pi;<

78、;p>　　rp=1;　　as=100;　　[n,wc]=buttord(wp,ws,rp,as,'s');　　[z,p,k]=buttap(n);　　[bap,aap]=zp

79、2tf(z,p,k);　　[bl,al]=lp2hp(bap,aap,wc);　　[b,a]=bilinear(bl,al,fs);　　[h,w]=freqz(b,a);　　figure(2)

80、　　plot(w*fs/(2*pi),abs(h))　　title('IIR高通濾波器頻率響應(yīng)');　　X=filter(b,a,x1); %將信號經(jīng)過濾波器　　sound(X,fs,bits);　　figure(3)

81、 %畫出濾波后的信號　　subplot(2,1,1)　　plot(X);　　title('過濾后語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　y3

82、=fftshift(fft(X))　　plot((-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y3));　　title('過濾后語音信號頻域波形');　　4.4.3 信號經(jīng)過低通FIR　　%信號經(jīng)過用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)低通FIR<

83、;/p>　　clc;　　clear all;　　[x1,fs,bits]=wavread('C:\MATLAB7\work\cricket.wav');　　datlen=length(x1);

84、;　　sound(x1,fs,bits);　　y1=fftshift(fft(x1));　　figure(1)　　subplot(2,1,1)　　plot(x1);<

85、p>　　title('原始語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　plot((-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1));　　title('原始語音信號頻譜')　　N=lengt

86、h(x1)-1;　　t=0:1/fs:N/fs;　　fp=1000;fc=1500;As=100;Ap=1;Fs=22050;%濾波器指標(biāo)　　wc=2*pi*fc/Fs; wp=2*pi*fp/Fs;　　Bt=wc-wp; %計(jì)算過渡帶寬&

87、lt;/p>　　alph=0.112*(As-8.7); %alph用來控制窗的形狀　　N=ceil((As-8)/2.285/Bt); %凱塞窗濾波器階數(shù)N,(h(n)的長度為N+1)　　wn= kaiser(N+1,alph); 　　ws=(wp+wc)/2/pi;

88、 %計(jì)算通帶截止頻率（關(guān)于pi歸一化）　　hn=fir1(N,ws,wn);　　figure(2) %畫出濾波器頻譜圖　　freqz(hn,1)　　X=conv(hn,x1); %將信號經(jīng)過濾波器<

89、/p>　　sound(X,fs,bits);　　figure(3) %畫出濾波后的信號　　subplot(2,1,1)　　plot(X);　　title('過濾后語

90、音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　y=fftshift(fft(X,datlen));　　plot((-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y))　　title('過濾后語音信號頻域波形');

91、　　4.4.4 信號經(jīng)過高通 FIR　　%窗函數(shù)法設(shè)計(jì)窗函數(shù)法設(shè)計(jì)高通濾波器（高通FIR）　　clear all;　　[x1,fs,bits]=wavread('C:\MATLAB7\work\cricket.wav');<p

92、>　　datlen=length(x1);　　sound(x1,fs,bits);　　y1=fftshift(fft(x1));　　figure(1)　　subplot(2,1,1)&l

93、t;b>　　plot(x1);　　title('原始語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　plot((-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1));　　title('

94、原始語音信號頻譜')　　N=length(x1)-1;　　t=0:1/fs:N/fs;　　fc=4800;fp=5000;As=100;Ap=1;Fs=22050; %采樣頻率必須變大（N-1）　　ws=2*pi*fc/Fs; wp=2*pi*fp/Fs;<

95、;/p>　　Bt=wp-ws;　　n=ceil(8*pi/Bt);　　wc=(wp+ws)/2/pi;　　[b,a]=fir1(n,wc,'high');　　figure(2);</p

96、>　　freqz(b,a);　　x=fftfilt(b,x1);　　sound(x,fs,bits);　　figure(3) %畫出濾波后的信號　　subplot(2,1,1)<p

97、>　　plot(x);　　title('過濾后語音信號時(shí)域波形');　　subplot(2,1,2)　　y=fftshift(fft(x,datlen));　　plot((-datlen/2:datlen/2-1

98、)/datlen*fs,abs(y));　　title('過濾后語音信號頻域波形');　　4.5 撰寫5000-8000字課程設(shè)計(jì)報(bào)告　　5. 總結(jié)　　首先，對一段語音信號進(jìn)行采樣；畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖

99、；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對采集的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化；回放語音信號；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號處理系統(tǒng)界面。　　通過數(shù)字信號處理的課程設(shè)計(jì)，使我對信號的采集，處理，傳輸，顯示，存儲(chǔ)和分析等有一個(gè)系統(tǒng)的掌握和理解。鞏固和運(yùn)用數(shù)字信號處理課程中的理論知識和實(shí)驗(yàn)

100、技能，掌握最基本的數(shù)字信號處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。為以后的工作和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本課題主要基于MATLAB平臺，實(shí)現(xiàn)信號分析與濾波器的設(shè)計(jì)。并改變?yōu)V波器參數(shù)或特性(低通、高通)，實(shí)現(xiàn)不同的濾波要求。自己錄播一段語音信號，對其進(jìn)行采樣，進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)有限和無限兩種不同的數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波處理，分析所設(shè)計(jì)濾波器(畫出了頻率特性曲線)，并對信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號的時(shí)域波形和頻譜，并對濾波前后

101、的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化，分析的結(jié)果表明初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。　　通過這次課設(shè)，使我對濾波器有了更深的認(rèn)識，特別是濾波器參數(shù)對濾波器性能的影響，因?yàn)橥◣Ы刂诡l率、阻帶截止頻率、通帶衰減、阻帶衰減都要影響濾波器的階數(shù)，而濾波器的階數(shù)越大，其選頻特性就越好。并且不同的濾波器類型可達(dá)到的濾波效果也不同，要根據(jù)衰減系數(shù)選擇合適的濾波器。 　　這次課

102、設(shè)使我認(rèn)識到matlab軟件功能的強(qiáng)大，可以完成各類信號處理相關(guān)的功能，我的這個(gè)課題只是小小的一部分，今后我還需更加努力完善自己，用會(huì)，用精matlab來分析解決問題，將理論聯(lián)系實(shí)際，獲得更大提高。　　6. 存在的建議及不足　　本次課程設(shè)計(jì)，是基于《數(shù)字信號處理》學(xué)完后的一次對課本知識的實(shí)際運(yùn)用。在這次課程設(shè)計(jì)中，我所做的題目是——語音信號的采集、分析與

103、處理；我們一共用了兩個(gè)星期去完成這次課程設(shè)計(jì)。期間，同學(xué)們大多數(shù)是自己去圖書館找相關(guān)書籍，和網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，如果有實(shí)在不懂的地方，大家才會(huì)去老師辦公室向老師請教?？梢哉f，這次課程設(shè)計(jì)，基本上都是自己動(dòng)手得來的成果。課題在難度方面還算簡單，不是非常的繞彎子。思路非常清晰，關(guān)鍵是要搞懂濾波器原理，和MATLAB的使用方法即可。在答辯時(shí)，老師問了我各種問題，比如一些原理性東西，我都順利的回答了出來。所以說，這次課程設(shè)計(jì)還算比較成功。指導(dǎo)老師

104、也非常的認(rèn)真負(fù)責(zé)，對設(shè)計(jì)的好壞與否絕不留情，管理的非常嚴(yán)格。當(dāng)然，這樣對于我們也是一種警醒和提高，這樣的話，我們就會(huì)更加的嚴(yán)格要求自己去完成相應(yīng)的任務(wù)。　　7. 參考文獻(xiàn)　　1.閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).高等教育出版社 .　　2.程培青.數(shù)字信號處理（第三版）[M].

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