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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 課程設(shè)計的目的</b></p><p> 語音信號處理的好壞將影響并導(dǎo)致語音信號的好壞,只有通過將這些語音信號進行一系列的的數(shù)字處理,才能將那些非必要的噪聲雜波妥善濾除,得到純凈的單純的語音信號,因此語音信號去噪處理是具有現(xiàn)實意義的研究課程。</p><
2、p> 通過課設(shè)可以達到以下目的:</p><p> 1、通過課程設(shè)計把自己在大學(xué)中所學(xué)的知識應(yīng)用到實踐當(dāng)中。</p><p> 2、深入了解利用Matlab設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的基本方法。</p><p> 3、在課程設(shè)計的過程中掌握程序編譯及軟件設(shè)計的基本方法。</p><p> 4、提高自己對于新知識的學(xué)習(xí)能力及進行實際操
3、作的能力。</p><p> 5、鍛煉自己通過網(wǎng)絡(luò)及各種資料解決實際問題的能力。</p><p> 第二章 主要設(shè)計內(nèi)容</p><p> 利用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器,繪制出濾波器的特性圖。利用所設(shè)計的濾波器對多個頻帶疊加的正弦信號進行處理,對比濾波前后的信號時域和頻域圖,驗證濾波器的效果。</p><p> 1、學(xué)習(xí)用窗函數(shù)法設(shè)
4、計FIR數(shù)字濾波器的原理及其設(shè)計步驟;</p><p> 2、用Matlab方法對FIR數(shù)字濾波器數(shù)學(xué)模型的系數(shù)進行求解;并用窗函數(shù)法完成低通、高通、帶通濾波器的設(shè)計;</p><p> 采用頻率為16KHZ、截止頻率為200HZ,階數(shù)為30階;</p><p> 3、用三角形窗、哈明窗、布萊克曼窗完成FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計,并對結(jié)果進行比較和分析。</
5、p><p> 第三章 設(shè)計原理及思想</p><p> 3.1設(shè)計FIR濾波器的原理</p><p> 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</p><p><b> (3.1)</b></p><p> 窗函數(shù)設(shè)計法的基本原理是用有限長單位脈沖響應(yīng)序列逼近。
6、由于往往是無限長序列,而且是非因果的,所以用窗函數(shù)將截斷,并進行加權(quán)處理,得到:</p><p><b> ?。?.2)</b></p><p> 就作為實際設(shè)計的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</p><p><b> ?。?.3)</b></p><p> 式中,N為所
7、選窗函數(shù)的長度。</p><p> 我們知道,用窗函數(shù)法設(shè)計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)可達到的阻帶最小衰減和過渡帶寬度見表1。</p><p> 這樣選定窗函數(shù)類型和長度N之后,求出單位脈沖響應(yīng),并按照式(3.3)求出。是否滿足要求,要進行演算。一般在尾部加零使
8、長度滿足2的整數(shù)次冪,以便用FFT計算。如果要觀察細節(jié),補零點數(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,再次驗算,直至滿足要求。</p><p> 如果要求線性相位特性,則還必須滿足</p><p> 根據(jù)上式中的正、負號和長度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)計的濾波特性正確選擇其中一類,例如,要設(shè)計線性相位低通特性,可以選擇這一類,而不能選擇這
9、一類。</p><p> 3.2 各種窗函數(shù)的具體參數(shù)</p><p> 表1 各種窗函數(shù)的基本參數(shù)</p><p> 第四章 主程序框圖</p><p><b> 第五章 參考程序</b></p><p><b> 主要程序:</b></p>
10、<p> 近似計算截止頻率wc=0.5*(wp+ws)/pi;</p><p> 過渡帶寬Bt=ws-wp或wp-ws;</p><p> 三角形窗濾波器階數(shù)N1=ceil(6.1*pi/Bt);</p><p> 哈明窗濾波器階數(shù)N1=ceil(6.6*pi/Bt);</p><p> 布萊克曼窗濾波器階數(shù)N1=ceil
11、(11*pi/Bt);</p><p> 實現(xiàn)此題的程序如下:</p><p><b> %低通濾波</b></p><p> close all; clc; clear all; %清零,清屏,關(guān)閉其他窗口</p><p> wpl=pi/4;
12、 % 通帶截止頻率</p><p> wsl=pi/2; % 阻帶截止頻率</p><p> Btl=wsl-wpl; % 過渡帶寬</p><p> wcl=0.5*(wpl+wsl)/pi;
13、 % 近似計算截止頻率</p><p> N1l=ceil(6.1*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=bartlett(N1l+1); % 三角窗</p><p> b1l=fir1(N1l,wcl,window);
14、 % 三角窗低通濾波器設(shè)計</p><p> N2l=ceil(6.6*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=hamming(N2l+1); % 哈明窗</p><p> b2l=fir1(N2l,wcl,window);
15、 % 哈明窗低通濾波器設(shè)計</p><p> N3l=ceil(11*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=blackman(N3l+1); % 布萊克曼窗</p><p> b3l=fir1(N3l,wcl,window);
16、 % 布萊克曼窗低通濾波器設(shè)計</p><p><b> %帶通濾波器</b></p><p> close all; clc; clear all; %清零,清屏,關(guān)閉其他窗口</p><p> wp1=0.35*pi; % 通帶截止頻率1</p><
17、;p> ws1=0.2*pi; % 阻帶截止頻率1</p><p> wp2=0.8*pi; %通帶截止頻率2</p><p> ws2=0.65*pi; %阻帶截止頻率2</p><p> Bt=wp1-ws1;
18、 % 過渡帶寬</p><p> wc1=0.5*(wp1+ws1)/pi; % 近似計算截止頻率1</p><p> wc2=0.5*(wp2+ws2)/pi; % 近似計算截止頻率2</p><p> N1b=ceil(6.1*pi/Bt);
19、 % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=bartlett(N1b+1); % 三角窗</p><p> b1b=fir1(N1b,[wc1,wc2],window); % 三角窗帶通濾波器設(shè)計</p><p> N2b=ceil(6.6*pi/Bt);
20、 % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=hamming(N2b+1); % 哈明窗</p><p> b2b=fir1(N2b,[wc1,wc2],window); % 哈明窗帶通濾波器設(shè)計</p><p> N3b=ceil(11*pi/Bt);
21、 % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=blackman(N3b+1); % 布萊克曼窗</p><p> b3b=fir1(N3b,[wc1,wc2],window); % 布萊克曼窗帶通濾波器設(shè)計</p><p><b> %高通濾波</b>
22、;</p><p> wph=pi/2; % 通帶截止頻率</p><p> wsh=pi/4; % 阻帶截止頻率</p><p> Bth=wph-wsh; % 過渡帶寬</p><p> wch=
23、0.5*(wph+wsh)/pi; % 近似計算截止頻率</p><p> N1h=ceil(6.1*pi/Bth); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=bartlett(N1h); % 三角窗</p><p> b1h=fir1(N1h-1
24、,wch,'high',window); % 三角窗高通濾波器設(shè)計</p><p> N2h=ceil(6.6*pi/Bth); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=hamming(N2h); % 哈明窗</p><p> b2h=fir1(N2h-1,wc
25、h,'high',window); % 哈明窗高通濾波器設(shè)計</p><p> N3h=ceil(11*pi/Bth); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=blackman(N3h+1); % 布萊克曼窗</p><p> b3h=fir1(N3h,wc
26、h,'high',window); % 布萊克曼窗高通濾波器設(shè)計</p><p> %查看低通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> freqz(b1l,1,512); title('三角窗低通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看三角窗低通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure;
27、 %換一頁顯示</p><p> freqz(b2l,1,512);title('哈明窗低通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看哈明窗低通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示</p><p> freqz(b3l,1,512);
28、 title('布萊克曼窗低通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看布萊克曼窗濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示</p><p> %查看帶通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> freqz(b1b,1,512);title('三角窗帶通濾波器幅頻及相頻特
29、性'); % 查看三角窗帶通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示 </p><p> freqz(b2b,1,512);title('哈明窗帶通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看 哈明窗帶通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure;
30、 %換一頁顯示 </p><p> freqz(b3b,1,512); title('布萊克曼窗帶通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看布萊克曼窗濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示</p><p> %查看高通濾波器
31、幅頻及相頻特性</p><p> freqz(b1h,1,512); title('三角窗高通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看三角窗高通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示</p><p> freqz(b2h,1,512);title('哈明窗高
32、通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看哈明窗高通濾波器幅頻及相頻特性</p><p> figure; %換一頁顯示</p><p> freqz(b3h,1,512); title('布萊克曼窗高通濾波器幅頻及相頻特性'); % 查看布萊克曼窗濾波器幅頻及相頻特性</p><p>
33、<b> %換一頁顯示</b></p><p> 第六章 FIR濾波器圖像對比</p><p> 6.1 低通濾波器設(shè)計結(jié)果圖</p><p> 以下分別為三角窗、哈明窗和布萊克曼窗低通濾波器:</p><p> 6.2 帶通濾波器設(shè)計結(jié)果圖</p><p> 以下分別為三角窗、哈明
34、窗和布萊克曼窗低通濾波器:</p><p> 6.3 高通濾波器設(shè)計結(jié)果圖</p><p> 以下分別為三角窗、哈明窗和布萊克曼窗低通濾波器:</p><p> 第七章 濾波器的應(yīng)用</p><p><b> 7.1 應(yīng)用程序</b></p><p><b> %低通濾波器
35、</b></p><p> %使用注意事項:通帶或阻帶的截止頻率的選取范圍是不能超過采樣率的一半</p><p> %即,fs,fp的值都要小于 Fs</p><p> close all; clc; clear all; %清零,清屏,關(guān)閉其他窗口</p><p> wpl=pi/4;
36、 % 通帶截止頻率</p><p> wsl=pi/2; % 阻帶截止頻率</p><p> Btl=wsl-wpl; % 過渡帶寬</p><p> wcl=0.5*(wpl+wsl)/pi;
37、 % 近似計算截止頻率</p><p> N1l=ceil(6.1*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=bartlett(N1l+1); % 三角窗</p><p> b1l=fir1(N1l,wcl,win
38、dow); % 三角窗低通濾波器設(shè)計</p><p> N2l=ceil(6.6*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=hamming(N2l+1); % 哈明窗</p><p> b2l=fir1(N2l,wcl,wi
39、ndow); % 哈明窗低通濾波器設(shè)計</p><p> N3l=ceil(11*pi/Btl); % 根據(jù)過渡帶寬度求濾波器階數(shù)</p><p> window=blackman(N3l+1); % 布萊克曼窗</p><p> b3l=fir1(N3l,wcl
40、,window); % 布萊克曼窗低通濾波器設(shè)計</p><p> f1=600; A1=15; %指定各余弦信號的頻率和幅值</p><p> f2=2000; A2=15;</p><p> f3=3600; A3=10;</p><p> fs=8000; %指定采樣
41、頻率</p><p> n=0:127; %指定采樣時刻 </p><p> x1=A1*cos(2*pi*f1/fs*n); %產(chǎn)生各余弦信號序列x1</p><p> x2=A2*cos(2*pi*f2/fs*n); %產(chǎn)生各余弦信號序列x2</p><p> x3=A3*cos(2*p
42、i*f3/fs*n); %產(chǎn)生各余弦信號序列x3</p><p> noise=randn(1,128)*2; %產(chǎn)生隨機噪聲</p><p> y1=x1+x2+x3+noise; %通過疊加形成復(fù)合信號y1</p><p> y21=filter(b1l,1,y1); %復(fù)合信號通過三角窗低通濾波后
43、的信號y21</p><p> y22=filter(b2l,1,y1); %復(fù)合信號通過哈明窗低通濾波后的信號y22</p><p> y23=filter(b3l,1,y1); %復(fù)合信號通過布萊克曼窗低通濾波后的信號y23</p><p> %繪制各余弦信號,噪聲信號及其復(fù)合信號</p><p> subplot
44、(3,2,1); plot(n,x1);title('余弦信號1');</p><p> subplot(3,2,2); plot(n,x2);title('余弦信號2');</p><p> subplot(3,2,3); plot(n,x3);title('余弦信號3');</p><p> subplot(
45、3,2,4); plot(n,noise);title('噪聲信號');</p><p> figure; %換一頁顯示 </p><p> subplot(3,2,1); plot(n,y1);title('復(fù)合信號y1');</p><p> subplot(3,2,2); plot(n,y21,'r');
46、title('通過三角窗低通濾波后的信號y21');</p><p> subplot(3,2,3); plot(n,y22,'r');title('通過哈明窗低通濾波后的信號y22');</p><p> subplot(3,2,4); plot(n,y23,'r');title('通過布萊克曼窗低通濾波后的信號
47、y23');</p><p> %用快速傅立葉變換對濾波前后的復(fù)合信號進行頻譜分析</p><p> Fy1=fft(y1); Fy21=fft(y21);Fy22=fft(y22);Fy23=fft(y23); %復(fù)合信號進行傅里葉變換</p><p> figure; %換一頁顯示 </p><p> subplot(4
48、,1,1);stem(n,abs(Fy1),'.');title('復(fù)合信號的FFT頻譜分析');</p><p> subplot(4,1,2);stem(n,abs(Fy21),'.');title('通過三角窗低通濾波后的信號y21的FFT頻譜分析');</p><p> subplot(4,1,3);stem(n,
49、abs(Fy22),'.');title('通過哈明窗低通濾波后的信號y22');</p><p> subplot(4,1,4);stem(n,abs(Fy23),'.');title('通過布萊克曼窗低通濾波后的信號y23');</p><p> 7.2 濾波結(jié)果圖</p><p> 1.以
50、下為為余弦信號1,余弦信號2,余弦信號3,噪聲信號:</p><p> 圖7-1 余弦信號1,余弦信號2,余弦信號3,噪聲信號</p><p> 2.復(fù)合信號y1,通過三角窗低通濾波器的信號y21,通過哈明窗低通濾波器的信號y22,通過布萊克曼窗低通濾波器的信號y23。</p><p> 圖7-2 復(fù)合信號y1,通過低通濾波器后的信號</p>
51、<p> 3. 復(fù)合信號y1;通過三角窗低通濾波器的信號y21;通過哈明窗低通濾波器的信號y22和通過布萊克曼窗低通濾波器的信號y23的頻譜圖</p><p> 圖7-3 復(fù)合信號與通過低通濾波器后的信號的頻譜</p><p><b> 第八章 心得體會</b></p><p> 人們在獲取語音信號的過程中,不可避免的會受
52、到外界環(huán)境的干擾和影響,這些干擾和影響不但降低了語音質(zhì)量和語音的可懂度,嚴(yán)重時將導(dǎo)致不可預(yù)知的不良效果。當(dāng)這些語音信號經(jīng)過數(shù)字處理,用濾波器把噪聲雜波濾除,便得到純凈的語音信號。</p><p> 經(jīng)過一周的設(shè)計,感觸很深,開始對MATLAB信號處理的函數(shù)不熟悉,導(dǎo)致自己走了很多的彎路,通過本次課程設(shè)計,使自己對MATLAB 設(shè)計流程有了比較深刻的體會,同時也了解了一般軟件設(shè)計的過程。</p>&
53、lt;p> 通過MATLAB語言對加噪圖像進行頻譜分析,并用窗函數(shù)法對加噪圖像進行了濾波,不僅對MATLAB工具箱有了更深層次的了解和掌握,而且在FIR濾波器設(shè)計中可以進行對種方法的比較,已確定每種方法的優(yōu)劣性,在實際操作中有很大的意義,同時MATLAB 信號處理工具箱為濾波器設(shè)計及分析提供了非常優(yōu)秀的輔助設(shè)計工具,在設(shè)計數(shù)字濾波器時,善于應(yīng)用MATLAB進行輔助設(shè)計,能夠大大提高設(shè)計效率。所以MATLAB是一款非常強大的工具,
54、對各種數(shù)字信號的處理有著至關(guān)重要的幫助。在設(shè)計過程中碰到了很多的問題,通過問同學(xué)和老師使問題得到解決。</p><p><b> 第九章 參考文獻</b></p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 高西全,丁玉美. 數(shù)字信號處理(第三版). 西安: 西安電子科大出版社, 2008<
55、/p><p> [2] 楊述斌,李永全.數(shù)字信號處理實踐教程. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 2007</p><p> [3] 丁玉美,高西全. 數(shù)字信號處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)(第三版). 西安: 西電出版社, 2009</p><p> [4] 陳懷琛,數(shù)字信號處理教程MATLAB釋疑與實現(xiàn). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004</p><p>
56、 [5] 劉順蘭,吳杰. 數(shù)字信號處理. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003</p><p> [6] 劉益成,孫祥娥. 數(shù)字信號處理. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004 </p><p> [7] Harry Y-F Lam.模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn). 北京:人民郵電出版社, 1985</p><p> [8] 孫洪. 數(shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書(
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