數(shù)字信號(hào)課程設(shè)計(jì)：語(yǔ)音信號(hào)的采集、分析與處理

1、長(zhǎng) 沙 學(xué) 院數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)系（部）電子與通信工程系專業(yè)（班級(jí)）10級(jí)通信2班姓 名周斌學(xué) 號(hào)2010043205指導(dǎo)老師李廣柱、劉光燦、陳威兵黃飛江、張剛林、馮 璐起止日期2013.4.15-2013.4.26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 -3.2設(shè)計(jì)原理- 8 -3.2.1 無(wú)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：- 10 -3.2.2 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)-

2、 12 -4. 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟及結(jié)果分析- 15 -4.1 語(yǔ)音信號(hào)的采集及其時(shí)域、頻域分析- 15 -4.1.1程序- 15 -4.1.2 圖像- 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(wú)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(wú)限高通數(shù)字濾波器- 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 -4.2.4 有限高通數(shù)字濾波器- 20 -4.2.4.1 程序- 20 -

3、4.2.4.2 圖像- 20 -4.3 用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波并比較前后波形- 21 -4.3.1 經(jīng)過(guò)低通iir- 21 -4.3.2 經(jīng)過(guò)高通iir- 22 -4.3.3 經(jīng)過(guò)低通fir- 23 -4.3.4 經(jīng)過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)低通iir- 24 -4.4.2 信號(hào)經(jīng)過(guò)高通iir- 25 -4.4.3 信號(hào)經(jīng)過(guò)低通fir- 27 -4.4.4 信號(hào)經(jīng)過(guò)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)- 29 -6. 存在的建議及不足- 30 -7. 參考文獻(xiàn)- 30 -摘

4、 要 對(duì)一段語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣；畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)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(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；回放語(yǔ)音信號(hào)；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)界面。 通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)信號(hào)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(hào)處理課程中的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握最基本的數(shù)字信號(hào)處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)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mat

5、lab平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(yǔ)音信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行采樣，進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)有限和無(wú)限兩種不同的數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)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(wú)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(duì)一段語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣；畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)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

6、波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；回放語(yǔ)音信號(hào)；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)界面。 通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)信號(hào)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(hào)處理課程中的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握最基本的數(shù)字信號(hào)處理的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(yǔ)音信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行采樣，

7、進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)有限和無(wú)限兩種不同的數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)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(yǔ)音信號(hào)的采集、分析與處理3.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)思想采樣一段語(yǔ)音信號(hào)；畫出語(yǔ)音信號(hào)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(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)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(duì)語(yǔ)音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻

8、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，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(wú)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)：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(jí)巴特沃斯低通濾波器的波得圖圖2 一級(jí)至五級(jí)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，而在組頻帶則逐漸下降為零。在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波特圖上，從某一邊界見頻率開始，振幅隨著

9、角頻率的增加而逐漸減少，趨向于負(fù)無(wú)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(duì)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(duì)角頻率圖和低階數(shù)的振幅對(duì)角頻率有不同的形狀。 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

10、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(guò)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(duì)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(guò)以下的正切變換來(lái)實(shí)現(xiàn)：這樣當(dāng)由經(jīng)變化到時(shí)，由經(jīng)過(guò)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系映射到平面，即令得到同樣對(duì)z求解，得到這樣的變換叫做雙線性變換。為了驗(yàn)

11、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(wèn)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

12、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(duì)于原模擬濾波器的幅頻響應(yīng)有畸變。對(duì)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(guò)頻率的預(yù)畸變來(lái)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(guò)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一一對(duì)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

13、希望的濾波器的理想的頻率響應(yīng)函數(shù)為，則其對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為 （4.1）窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本原理是用有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)序列逼近。由于往往是無(wú)限長(zhǎng)序列，而且是非因果的，所以用窗函數(shù)將截?cái)啵⑦M(jìn)行加權(quán)處理，得到：（4.2）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為所選窗函數(shù)的長(zhǎng)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(zhǎng)度n的取值。設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)對(duì)阻帶最小衰減和過(guò)渡帶寬度的要求選擇合適的窗函數(shù)類型和窗口長(zhǎng)度n 。各種類型的窗函數(shù)可達(dá)到的阻帶最小衰減和過(guò)渡帶寬度見表4.1。表1 各種窗函數(shù)的基本參數(shù)窗函數(shù)旁瓣峰值幅度/db過(guò)渡帶寬

14、阻帶最小衰減/db矩形窗-134/n-12三角形窗-258/n-25漢寧窗-318/n-44哈明窗-418/n-53不萊克曼窗-5712/n-74凱塞窗(=7.865)-5710/n-80這樣選定窗函數(shù)類型和長(zhǎng)度n之后，求出單位脈沖響應(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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)和長(zhǎng)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)的濾波特性正確選擇其中一類，例如

15、，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。開始讀入窗口長(zhǎng)度n計(jì)算hd(n)調(diào)用窗函數(shù)子程序求w(n)調(diào)用子程序（函數(shù)）計(jì)算h(k)=dfth(n)調(diào)用繪圖子程序（函數(shù)）繪制h(k)幅度相位曲線結(jié)束圖5 主程序框圖計(jì)算h(n)= hd(n) w(n)設(shè)畫圖時(shí)，用打印幅度特性。第k點(diǎn)對(duì)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(zhǎng)度n=33時(shí)，可通過(guò)在末尾補(bǔ)零的方法，使長(zhǎng)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(yǔ)音信號(hào)的采集及

16、其時(shí)域、頻域分析對(duì)一段語(yǔ)音信號(hào)，時(shí)間在2s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)。通過(guò)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(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，從而加深對(duì)頻譜特性的理解。4.1.1程序x1,fs,bits=wavread(c:matlab7workcricket.wav);%原信號(hào)sound(x1,fs,bits); %調(diào)用sound函數(shù)播放原始語(yǔ)音figure(1); plot(x1);%做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖形 title(原始語(yǔ)音信號(hào)

17、時(shí)域圖形);xlabel(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 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(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖title(原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖); grid on;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) fb1000hz，fc1200hz，as100db，

18、ap1db。(2) 高通濾波器性能指標(biāo) fc4800hz，fb5000hz，as100db，ap1db。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)。4.2.1 無(wú)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;n,wc=buttord(wp,ws,rp,as,s);z,p,k=buttap(n);bap,aap=zp2tf(z,p,k);bl,al=lp2lp(bap

19、,aap,wc);b,a=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));4.2.1.2 圖像4.2.2 無(wú)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;rp=1;as=100;n,wc=buttord(wp,ws,rp,as,s);z,p,k=buttap(n);bap,aap=zp2tf(z,p,k);bl,al=lp2hp(bap,aap,wc);b,a=bilinear(bl,al

20、,fs);h,w=freqz(b,a);figure(2)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; %計(jì)算過(guò)渡帶寬alph=0.112*(as-8.7); %alph用來(lái)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(zhǎng)

21、度為n+1)wn= kaiser(n+1,alph); 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）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=

22、fir1(n,wc,high);figure(2);freqz(b,a);4.2.4.2 圖像4.3 用濾波器對(duì)信號(hào)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(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，在matlab中，fir濾波器利用函數(shù)fftfilt對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，iir濾波器利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。4.3.1 經(jīng)過(guò)低通iir4.3.2 經(jīng)過(guò)高通iir4.3.3 經(jīng)過(guò)低通fir4.3.4 經(jīng)過(guò)高通fir4.4 編制實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的相應(yīng)的總程序4.4.1 信號(hào)經(jīng)過(guò)低通iir%無(wú)限脈沖響應(yīng)數(shù)字低通濾波器（低通iir）clc;clear all;x1,fs,bits=wavread(c:matla

23、b7workcricket.wav);datlen=length(x1);sound(x1,fs,bits);y1=fftshift(fft(x1);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜)wp=1000*2*pi;ws=2400*2*pi;rp=1;as=100;n,wc=buttord(wp,ws,rp,as,s);z,p,k=buttap(n);bap,aap=zp2tf(z,p,k

24、);bl,al=lp2lp(bap,aap,wc);b,a=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));x=filter(b,a,x1); %將信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器sound(x,fs,bits);figure(3) %畫出濾波后的信號(hào)subplot(2,1,1)plot(x);title(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)y3=fftshift(fft(x)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y3);tit

25、le(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)頻域波形);4.4.2 信號(hào)經(jīng)過(guò)高通iir%無(wú)限脈沖響應(yīng)數(shù)字高通濾波器（高通iir）clear all;x1,fs,bits=wavread(c:matlab7workcricket.wav);datlen=length(x1);sound(x1,fs,bits);y1=fftshift(fft(x1);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜)fs=22050; %巴特

26、沃斯高通濾波器wp=4800*2*pi;ws=10000*2*pi;rp=1;as=100;n,wc=buttord(wp,ws,rp,as,s);z,p,k=buttap(n);bap,aap=zp2tf(z,p,k);bl,al=lp2hp(bap,aap,wc);b,a=bilinear(bl,al,fs);h,w=freqz(b,a);figure(2)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(hào)經(jīng)過(guò)濾波器sound(x,fs,bits);figure(3) %畫出濾波后的信號(hào)subplot(2,1,

27、1)plot(x);title(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)y3=fftshift(fft(x)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y3);title(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)頻域波形);4.4.3 信號(hào)經(jīng)過(guò)低通fir%信號(hào)經(jīng)過(guò)用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)低通firclc;clear all;x1,fs,bits=wavread(c:matlab7workcricket.wav);datlen=length(x1);sound(x1,fs,bits);y1=fftshift(fft(x1);figure(1)subplot(2,1,1)plot(

28、x1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜)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; %計(jì)算過(guò)渡帶寬alph=0.112*(as-8.7); %alph用來(lái)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(zhǎng)度為n+1)wn=

29、kaiser(n+1,alph); 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)x=conv(hn,x1); %將信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器sound(x,fs,bits);figure(3) %畫出濾波后的信號(hào)subplot(2,1,1)plot(x);title(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)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(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)頻域波形

30、);4.4.4 信號(hào)經(jīng)過(guò)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:matlab7workcricket.wav);datlen=length(x1);sound(x1,fs,bits);y1=fftshift(fft(x1);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(-datlen/2:datlen/2-1)/datlen*fs,abs(y1);title(原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜)n=length(x1)-1;t=0:1/f

31、s: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;bt=wp-ws;n=ceil(8*pi/bt);wc=(wp+ws)/2/pi;b,a=fir1(n,wc,high);figure(2);freqz(b,a);x=fftfilt(b,x1);sound(x,fs,bits);figure(3) %畫出濾波后的信號(hào)subplot(2,1,1)plot(x);title(過(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)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(guò)濾后語(yǔ)音信號(hào)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(duì)一段語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣；畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)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(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化；回放語(yǔ)音信號(hào)；最后，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)界面。 通過(guò)數(shù)字信