課程設(shè)計說明書語音信號的數(shù)字濾波應(yīng)用MATLAB仿真

1、 課程設(shè)計說明書 no.1 語音信號的數(shù)字濾波 -應(yīng)用matlab仿真一、課程設(shè)計的目的課程設(shè)計的目的，是使學(xué)生融會貫通本課程所學(xué)專業(yè)理論知識，完成一個較完整的設(shè)計過程，以加深學(xué)生對所學(xué)理論的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識去解決實際工程設(shè)計問題的能力。課程設(shè)計是工科學(xué)不可少的一個綜合性實踐環(huán)節(jié)。 課程設(shè)計是課程學(xué)習(xí)后的一個綜合性實踐環(huán)節(jié)，是對課程理論和課程實驗的綜合和補充，是學(xué)完一門課后應(yīng)用本課知識及以前的知識積累而進行的綜合性、開放性的訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用已學(xué)過的理論和技能去分析和解決問題的能力，對加深課程理論的理解和應(yīng)用具有重要

2、意義。二、課程設(shè)計方案與論證線性相位fir濾波器通常采用窗函數(shù)法設(shè)計。窗函數(shù)法設(shè)計fir濾波器的基本思想是：根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長度n和窗函數(shù)（n），使其具有最窄寬度的主瓣和最小的旁瓣。其核心是從給定的頻率特性，通過加窗確定有限長單位脈沖響應(yīng)序列h(n)。工程中常用的窗函數(shù)共有6種，即矩形窗、巴特利特（bartlett）窗、漢寧（hanning）窗、漢明（hamming）窗、布萊克曼（blackman）窗和凱塞（kaiser）窗。設(shè)計一個線性相位帶通fir濾波器指標(biāo)如下：fn=1000,1375,3625,4000;a=0,1,0;dev=0.0005,0.05,0.0005;

3、阻帶最小衰減60db，再設(shè)采樣頻率fs=10khz，則根據(jù)阻帶最小衰減來選擇凱塞（kaiser）窗，利用matlab的求階函數(shù)和fir濾波器的設(shè)計函數(shù)，可以快速地設(shè)計出所需的數(shù)字濾波器。這兩個設(shè)計函數(shù)如下： 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.2 n,wn,beta,ftype=kaiserord(fn,a,dev,fs)b=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta)；最后，利用的濾波器分析函數(shù)freqz分析所設(shè)計出的濾波器的幅頻特性和相頻特性，并用圖形顯示函數(shù)plot將它們顯示出來，如圖1所示。由圖1可見，設(shè)計結(jié)果滿足指標(biāo)要求。(1)根據(jù)任務(wù),確定性能指標(biāo):在設(shè)計帶通

4、濾波器之前,首先根據(jù)工程實際的需要確定濾波器的技術(shù)指標(biāo):帶通濾波器的阻帶邊界頻率關(guān)于中心頻率p0幾何對稱，因此ws1=wp0- (ws2-wp0)=0.3通帶截止頻率wc1=0.4,wc2=0.6;阻帶截止頻率wr1=0.3，wr2=0.7；阻帶最小衰減s=3db和通帶最大衰減p=15db;(2)用=2/t*tan(w/2)對帶通數(shù)字濾波器h(z)的數(shù)字邊界頻率預(yù)畸變，得到帶通模擬濾波器h(s)的邊界頻率主要是通帶截止頻率p1,p2;阻帶截止頻率s1，s2的轉(zhuǎn)換。為了計算簡便，對雙線性變換法一般t=2s 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.3 通帶截止頻率wc1=(2/t)*tan(wp1/

5、2)=tan(0.4/2)=0.7265wc2=(2/t)*tan(wp2/2)=tan(0.6/2)=1.3764阻帶截止頻率wr1=(2/t)*tan(ws1/2)=tan(0.3/2)=0.5095wr2=(2/t)*tan(ws2/2)=tan(0.7/2)=1.9626阻帶最小衰減s=3db和通帶最大衰減p=15db;(3)運用低通到帶通頻率變換公式=(2)-(02)/(b*)將模擬帶通濾波器指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器指標(biāo)。b=wc2-wc1=0.6499normwr1=(wr12)-(w02)/(b*wr1)=2.236normwr2=(wr22)-(w02)/(b*wr2)=2.2

6、36normwc1=(wc12)-(w02)/(b*wc1)=1normwc2=(wc22)-(w02)/(b*wc2)=1得出，normwc=1，normwr=2.236模擬低通濾波器指標(biāo)：normwc=1，normwr=2.236，p=3db，s=15db(4)設(shè)計模擬低通原型濾波器。用模擬低通濾波器設(shè)計方法得到模擬低通濾波器的傳輸函數(shù)ha(s);借助巴特沃斯(butterworth)濾波器、切比雪夫(chebyshev)濾波器、橢圓(cauer)濾波器、貝塞爾(bessel)濾波器等。(5)調(diào)用lp2bp函數(shù)將模擬低通濾波器轉(zhuǎn)化為模擬帶通濾波器。(6)利用窗函數(shù)變換法將模擬帶通濾波器ha

7、(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通濾波器h(z).語音信號的頻譜分析：語音文件“zjh.wav”頻譜分析程序：z=wavread(zjh.wav);y1=z(1:16384);y1=fft(y1);n=0:16383;plot(n,y1);grid; 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.4 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.5三、課程設(shè)計結(jié)果分析程序1:用matlab對原始語音信號進行分析，畫出它的時域波形和頻譜fs=22050; %語音信號采樣頻率為22050x1=wavread(d:數(shù)字信號原音.wav ); %讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量x1sound(x1,22050); %播放語音信號y1=

8、fft(x1,1024); %對信號做1024點fft變換f=fs*(0:511)/1024;figure(1)plot(x1) %做原始語音信號的時域圖形title(原始語音信號);xlabel(time n);ylabel(fuzhi n);figure(2)freqz(x1) %繪制原始語音信號的頻率響應(yīng)圖title(頻率響應(yīng)圖)figure(3)subplot(2,1,1);plot(abs(y1(1:512) %做原始語音信號的fft頻譜圖 title(原始語音信號);xlabel(time n);ylabel(fuzhi n);figure(2)freqz(x1) %繪制原始語音信

9、號的頻率響應(yīng)圖title(頻率響應(yīng)圖)figure(3)subplot(2,1,1);plot(abs(y1(1:512) %做原始語音信號的fft頻譜圖title(原始語音信號fft頻譜)subplot(2,1,2); 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.6 plot(f,abs(y1(1:512);title(原始語音信號頻譜)xlabel(hz);ylabel(fuzhi); 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.7 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.8 程序2:給原始的語音信號加上一個高頻余弦噪聲，頻率為5khz。畫出加噪后的語音信號時域和頻譜圖，與原始信號對比，可以很明顯的看出

10、區(qū)別。fs=22050; x1=wavread( d:數(shù)字信號原音.wav );f=fs*(0:511)/1024;t=0:1/22050size(x1)-1)/22050;%將所加噪聲信號的點數(shù)調(diào)整到與原始信號相同au=0.03;d=au*cos(2*pi*5000*t);%噪聲為5khz的余弦信號x2=x1+d;sound(x2,22050);%播放加噪聲后的語音信號y2=fft(x2,1024);figure(1) plot(t,x2)title(加噪后的信號);xlabel(time n);ylabel(fuzhi n);figure(2)subplot(2,1,1);plot(f,a

11、bs(y1(1:512);title(原始語音信號頻譜);xlabel(hz);ylabel(fuzhi); 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.9 subplot(2,1,2); plot(f,abs(y2(1:512); title(加噪后的信號頻譜); xlabel(hz); ylabel(fuzi)程序3:窗函數(shù)法設(shè)計濾波器：fs=22050;x1=wavread(d:數(shù)字信號原音.wav );t=0:1/22050size(x1)-1)/22050;au=0.03; d=au*cos(2*pi*5000*t); x2=x1+d; wp=0.25*pi; ws=0.3*pi; wde

12、lta=ws-wp; n=ceil(6.6*pi/wdelta); wn=(0.2+0.3)*pi/2;b=fir1(n,wn/pi,hamming(n+1); figure(1)freqz(b,1,512)f2=filter(bz,az,x2)figure(2) 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.10 subplot(2,1,1)plot(t,x2) title(濾波前的時域波形); subplot(2,1,2) plot(t,f2); title(濾波后的時域波形); sound(f2,22050); %播放濾波后的語音信號 f0=fft(f2,1024); f=fs*(0:511)/

13、1024; figure(3) y2=fft(x2,1024); subplot(2,1,1); plot(f,abs(y2(1:512); title(濾波前的頻譜) xlabel(hz); ylabel(fuzhi); subplot(2,1,2) f2=plot(f,abs(f0(1:512); title(濾波后的頻譜) xlabel(hz); ylabel(fuzhi); 沈 陽 大 學(xué) 課程設(shè)計說明書 no.11 四、設(shè)計體會通過這次課程設(shè)計，不但了解了數(shù)字濾波器的設(shè)計過程，同時也學(xué)會怎么使用matlab軟件。為以后能更好的運用matlab這個工具打下良好的基礎(chǔ)，也為我以后的工作生

14、活帶來一定的幫助。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說是困難重重，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固?？偟膩碚f，這次設(shè)計的語音信號的數(shù)字濾波器還是比較成功的，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，終于游逆而解，覺得平時所學(xué)的知識 有了實用的價值，達到了理論與實際相結(jié)合的目的，不僅學(xué)到了不少知識，而且鍛煉了自己的能力，使自己對以后的路有了更加清楚的認(rèn)識。 五、參考文獻1.sanjit k. mitral .數(shù)字信號處理基于計算機的方法m電子工業(yè)出版社.20022.方勇 .數(shù)字信號處理原理與實踐m.清華大學(xué)出版社.200