MATLAB課程設(shè)計(jì)基于MATLAB的語音信號(hào)處理

1、武漢理工大學(xué)基于matlab的語音信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：陳歡 專業(yè)班級(jí)： 通信0902班 指導(dǎo)教師：徐文君 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 基于matlab的語音信號(hào)處理設(shè)計(jì)任務(wù)與要求:1、matlab的基本運(yùn)算（1） 極限的計(jì)算、微分的計(jì)算、積分的計(jì)算、級(jí)數(shù)的計(jì)算、求解代數(shù)方程、求解常微分方程；（2） 矩陣的最大值、最小值、均值、方差、轉(zhuǎn)置、逆、行列式、特征值的計(jì)算、矩陣的相乘、右除、左除、冪運(yùn)算；2、基于matlab的語音信號(hào)處理（1）完成語音信號(hào)的采集，利用windows自帶的錄音機(jī)或其他軟件，錄制一段午語音，時(shí)間在1s以內(nèi)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，畫出采樣信號(hào)的時(shí)

2、域和頻域波、（2）要求用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)三種數(shù)字濾波器 （3）用設(shè)計(jì)好濾波器的對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波處理，畫出處理后的時(shí)域和頻域波形。（4）對(duì)濾波前后的語音信號(hào)頻譜進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。參考文獻(xiàn)：1、易克初，田斌，付強(qiáng).語音信號(hào)處理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2000年2、賈永紅.數(shù)字圖像處理.武漢大學(xué)出版社，2003年9月時(shí)間安排：第16周安排任務(wù)，分組。第17周設(shè)計(jì)仿真，撰寫報(bào)告。第18周完成設(shè)計(jì)，提交報(bào)告，答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2011 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2011 年 月 日目錄摘要1abstract21 課程設(shè)計(jì)的基本原理31.1 設(shè)計(jì)要求31.1.1

3、采用matlab基本運(yùn)算如下31.1.2 基于matlab的語音信號(hào)處理31.2.matlab的基本運(yùn)算41.2.1極限的計(jì)算41.2.2微分的計(jì)算41.2.3積分的計(jì)算51.2.4 級(jí)數(shù)的計(jì)算51.2.5 求解代數(shù)方程51.2.6 求解常微分方程61.2.7 矩陣的基本運(yùn)算61.2.8 多項(xiàng)式的基本運(yùn)算61.3 語音信號(hào)的錄入與打開81.4 時(shí)域信號(hào)的fft分析81.5 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理81.5.1 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)fir濾波器91.5.2 用雙線性變換法設(shè)計(jì)iir數(shù)字濾波器92 語音信號(hào)分析和處理過程102.1 語音信號(hào)的采集102.2 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)112.2.1窗函數(shù)法低通濾波器112.

4、2.2 窗函數(shù)法高通濾波器142.2.3 窗函數(shù)法帶通濾波器152.3雙極性變換法設(shè)計(jì)162.3.1 雙極性變換法設(shè)計(jì)低通濾波器182.3.2 雙極性變換法設(shè)計(jì)高通濾波器202.3.3 雙極性變換法設(shè)計(jì)帶通濾波器222.4 結(jié)果分析243 總結(jié)25參考文獻(xiàn)26摘要matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory）的簡(jiǎn)稱，和mathematica、maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。matlab可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、

5、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來解算問題要比用c，fortran等語言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)c，fortran，c+ ，java的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲絤atlab函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的matlab愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。關(guān)鍵字：matlab、矩陣運(yùn)算、圖像處理abstractmatlab is matri

6、x lab (matrix laboratory) abbreviation, and mathematica, maple and called three mathematical software. it in math class technology applications in the numerical calculation is second to none. matlab matrix operations can be drawn function and data, and realize the algorithm, create the user interfac

7、e, the link to the rest of the programming language procedure, etc. are mainly used in the engineering, control design, signal processing and communication, image processing and signal detection, financial modeling design and analysis, etc.matlab unit is the basic data of the matrix, its instruction

8、 expression and mathematics, engineering in the form of common is very similar, so matlab to the solution to problems than with c, fortran language such as the same things simple, and mathwork also absorbed like maple software such as the advantages of the matlab to become a powerful mathematical so

9、ftware. in the new version joining in the c, fortran, c + +, java support. can directly calls, users can take the practical program written into matlab function library to their future calls, moreover many of matlab lovers are writing some classic program, users can directly download can use.key wor

10、d: matlab, matrix computation, image processing1 課程設(shè)計(jì)的基本原理1.1 設(shè)計(jì)要求1.1.1 采用matlab基本運(yùn)算如下（3） 極限的計(jì)算、微分的計(jì)算、積分的計(jì)算、級(jí)數(shù)的計(jì)算、求解代數(shù)方程、求解常微分方程；（4） 矩陣的最大值、最小值、均值、方差、轉(zhuǎn)置、逆、行列式、特征值的計(jì)算、矩陣的相乘、右除、左除、冪運(yùn)算；（5） 多項(xiàng)式加減乘除運(yùn)算、多項(xiàng)式求導(dǎo)、求根和求值運(yùn)算、多項(xiàng)式的部分分式展開、多項(xiàng)式的擬合、插值運(yùn)算。1.1.2 基于matlab的語音信號(hào)處理（1）.完成語音信號(hào)的采集，利用windows自帶的錄音機(jī)或其他軟件，錄制一段午語音，時(shí)間在

11、1s以內(nèi)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，畫出采樣信號(hào)的時(shí)域和頻域波形。（2）.要求用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)以下三種數(shù)字濾波器，其性能指標(biāo)如下a.低通濾波器性能指標(biāo) fb=1000hz ,fc=1200hz ,最大衰減as=1000db ,最小衰減fb=1000hz ；b.高通濾波器性能指標(biāo)fs=4800hz,fb=5000hz, 最大衰減 as=100db ，最小衰減ap=1db ； c.帶通濾波器性能指標(biāo) fb1=1200hz，fb2=3000hz ， fc1=1000hz, fc2=3200hz，最大衰減 as=100db ，最小衰減ap=1db ； (3)用設(shè)計(jì)好濾波器的對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波處理，

12、畫出處理后的時(shí)域和頻域波形。(4).對(duì)濾波前后的語音信號(hào)頻譜進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。1.2.matlab的基本運(yùn)算1.2.1極限的計(jì)算matlab提供的命令函數(shù)limit()可以完成極限運(yùn)算，其調(diào)用格式如下：limit(f,x,a,left)該命令對(duì)表達(dá)式f求極限，獨(dú)立變量x從左邊趨于a，函數(shù)中除f外的參數(shù)均可省略，left可換成right。舉例如下：f=sym(1+a/x)x)f =(a/x + 1)xlimit(f,x,inf,left)ans =exp(a)1.2.2微分的計(jì)算matlab提供的函數(shù)diff()可以完成對(duì)給定函數(shù)求導(dǎo)函數(shù)的運(yùn)算，其調(diào)用格式如下：diff(fun,x

13、,n)其意義是求函數(shù)fun關(guān)于變量x的n階導(dǎo)數(shù)，n為1時(shí)可省略。clear syms x y=log(x+2)/(1-x); dy=diff(y,x)dy =(1/(x - 1) - (x + 2)/(x - 1)2)*(x - 1)/(x + 2) dy3=diff(y,x,3)dy3 =(2*(1/(x - 1) - (x + 2)/(x - 1)2)*(x - 1)/(x + 2)3 - (2*(2/(x - 1)2 - (2*(x + 2)/(x - 1)3)/(x + 2) - (2*(1/(x - 1) - (x + 2)/(x - 1)2)/(x + 2)2 + (2*(2/(x

14、 - 1)2 - (2*(x + 2)/(x - 1)3)*(x - 1)/(x + 2)2 + (6/(x - 1)3 - (6*(x + 2)/(x - 1)4)*(x - 1)/(x + 2) pretty(dy3) %其功能是使它作用的表達(dá)式更符合數(shù)學(xué)上的書寫習(xí)慣1.2.3積分的計(jì)算int(f)函數(shù)f對(duì)符號(hào)變量x或接近字母x的符號(hào)變量求不定積分； int(f,t)函數(shù)f對(duì)符號(hào)變量t 求不定積分； int(f,a,b)函數(shù)f 對(duì)符號(hào)變量x 或接近字母x的符號(hào)變量求從a到b的定積分； int(f,t,a,b)函數(shù)f 對(duì)符號(hào)變量t 求從a 到b 的定積分。 syms a x f=sin(a*

15、x) g=int(f,0,pi) f =sin(a*x)g =(2*sin(pi*a)/2)2)/a1.2.4 級(jí)數(shù)的計(jì)算matlab中級(jí)數(shù)常用函數(shù)為symsum，格式如下：r = symsum(s)；r = symsum(s,v)；r = symsum(s,a,b)；r = symsum(s,v,a,b)函數(shù)表達(dá)的意義是表達(dá)式s關(guān)于變量v從a到b求和。taylor(f,n,a)函數(shù)f 對(duì)符號(hào)變量x （或最接近字母x 的符號(hào)變量）在a 點(diǎn)的n-1階泰勒多項(xiàng)式（n 缺省時(shí)值為6，a 缺省值為0） taylor(sin(x) ans =x5/120 - x3/6 + x1.2.5 求解代數(shù)方程在m

16、atlab中，我們使用solve(f,t)命令解代數(shù)方程，所要做的事是把方程用的單引號(hào)引起來然后敲回車。其中solve的第二中調(diào)用方式，我們可以告訴它要解那個(gè)符號(hào)，語法如下：solve(equation,variable)g1=x+y+z-1;g2=x-y+z-2;g3=2*x-y-z-1;x,y,z=solve(g1,g2,g3)x =2/3 y =-1/2 z =5/61.2.6 求解常微分方程dsolve(eq,s1,s2,.,x),其中eq為方程；s1,s2,為初始條件缺省時(shí)給出含任意常數(shù)c1,c2,的通解；x為自變量，缺省時(shí)默認(rèn)為t。y=dsolve(dy=-2*y+2*x2+2*x

17、,y(0)=1,x)y =1/exp(2*x) + x21.2.7 矩陣的基本運(yùn)算矩陣計(jì)算是線性代數(shù)中的核心內(nèi)容，其對(duì)于整個(gè)數(shù)學(xué)系統(tǒng)的計(jì)算方面的意義是十分巨大的，集中它的基本運(yùn)算包括最大值、最小值、均值、方差、轉(zhuǎn)置、逆、行列式、特征值的計(jì)算、矩陣的相乘、右除、左除、冪運(yùn)算等等，下面將具體介紹。矩陣的運(yùn)算都是要以矩陣為基礎(chǔ)的，本報(bào)告中決定選用一組矩陣來完成幾乎全部可以完成的計(jì)算，那么首先就得生成矩陣了。矩陣的定義和分配可以 有多種方法。最簡(jiǎn)單的方法是有方括號(hào)包圍的逐行給定元素。若定義一個(gè)標(biāo)量，則方括號(hào)就不需要了。相同行中的元素是由一行或多個(gè)空格或一個(gè)逗號(hào)，分隔，列由分號(hào); 或回車鍵分隔。沒有結(jié)尾

18、分號(hào)的每個(gè)命令在屏幕上顯示出其結(jié)果。若結(jié)尾帶分號(hào)，就執(zhí)行計(jì)算，但計(jì)算結(jié)果并不顯示。函數(shù)矩陣的最大值、最小值、均值、方差、逆、行列式、特征值的計(jì)算是通過函數(shù)max（）、min（）、mean（）、var（）、inv（）、det（）、eig（）來實(shí)現(xiàn)的；矩陣的相乘、右除、左除、冪運(yùn)算可以直接通過相關(guān)運(yùn)算符來實(shí)現(xiàn).1.2.8 多項(xiàng)式的基本運(yùn)算多項(xiàng)式的運(yùn)算，主要包括多項(xiàng)式加減乘除、多項(xiàng)式求導(dǎo)、求根和求值運(yùn)算、多項(xiàng)式的部分分式展開、多項(xiàng)式的擬合、插值運(yùn)算。1.2.8.1 多項(xiàng)式的四則運(yùn)算多項(xiàng)式求導(dǎo)、求根和求值運(yùn)算是通過函數(shù)polyder（）、roots（）、polyval（）來實(shí)現(xiàn)的；1.2.8.2多項(xiàng)式

19、的部分分式展開及擬合函數(shù)residue可以將多項(xiàng)式之比用部分分式展開，也可以將一個(gè)部分分式表示為多項(xiàng)式之比。其調(diào)用格式如下：r,p,k=residue(a,b)返回多項(xiàng)式之比a/b的部分分式展開，參照下面公式。a,b=residue(r,p,k)返回部分分式的多項(xiàng)式向量。通過函數(shù)residue（）、polyfit（）實(shí)現(xiàn)1.2.8.3 多項(xiàng)式的插值擬合插值函數(shù)通常是分段的，插值數(shù)據(jù)通過給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)x，y。插值函數(shù)一般地可表示為yi=interpi（x,y,xi,method）其中i代表幾維插值可取1、2,xi為插值范圍內(nèi)的任意點(diǎn)集的x坐標(biāo),yi是插值后對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)集的坐標(biāo),method為插值函數(shù)

20、的類型選項(xiàng)，有l(wèi)inear為線性，也是缺省項(xiàng)，cubic和cubic spline為三次樣條等三樣。一維多項(xiàng)式插值：yi=interp1(x,y,xi,method);x必須是向量，y可是是向量也可以是矩陣。如果y是向量，則必須與x具有相同的長(zhǎng)度，這時(shí)xi可以是標(biāo)量、向量和任意維矩陣，yi與xi具有相同的大??；如果y是矩陣，則其大小必須是n,d1,d2,.,dk(n是向量x的長(zhǎng)度)，函數(shù)對(duì)d1*d2*d3*dk組y值都進(jìn)行插值。yi=interp1(y,xi);默認(rèn)x為1:n，其中n是向量y的長(zhǎng)度。yi=interp1(x,y,xi,method);輸入變量method用于指定插值方法yi=i

21、nterp1(x,y,xi,method,extrap);對(duì)超出插值范圍的數(shù)據(jù)指定外推方法extrapyi=interp1(x,y,xi,method,extrapval);對(duì)超出差值范圍的數(shù)值返回extrapval的值，一般為0或者nan(not a number)pp=interp1(x,y,method,pp);返回值pp為數(shù)據(jù)y的分段多項(xiàng)式形式。method指定產(chǎn)生多項(xiàng)式的方法。1.3 語音信號(hào)的錄入與打開在matlab中，y,fs,bits=wavread(blip,n1 n2);用于讀取語音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(hz)，bits表示采樣位數(shù)。n1 n2表示讀取從n

22、1點(diǎn)到n2點(diǎn)的值（若只有一個(gè)n的點(diǎn)則表示讀取前n點(diǎn)的采樣值）。 sound(x,fs,bits); 用于對(duì)聲音的回放。向量y則就代表了一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。1.4 時(shí)域信號(hào)的fft分析在matlab的信號(hào)處理工具箱中函數(shù)fft和ifft用于快速傅立葉變換和逆變換。函數(shù)fft用于序列快速傅立葉變換，其調(diào)用格式為y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的fft，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的fft且和x相同長(zhǎng)度；若x為一矩陣，則y是對(duì)矩陣的每一列向量進(jìn)行fft。如果x長(zhǎng)度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基2ff

23、t算法，否則fft執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。函數(shù)fft的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,n)，式中，x，y意義同前，n為正整數(shù)。函數(shù)執(zhí)行n點(diǎn)的fft，若x為向量且長(zhǎng)度小于n，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長(zhǎng)度n；若向量x的長(zhǎng)度大于n，則函數(shù)截短x使之長(zhǎng)度為n；若x 為矩陣，按相同方法對(duì)x進(jìn)行處理。1.5 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)分析中最重要的組成部分之一，與模擬濾波相比，它具有精度和穩(wěn)定性高、系統(tǒng)函數(shù)容易改變、靈活性強(qiáng)、便于大規(guī)模集成和可實(shí)現(xiàn)多維濾波等優(yōu)點(diǎn)。在信號(hào)的過濾、檢測(cè)和參數(shù)的估計(jì)等方面，經(jīng)典數(shù)字濾波器是使用最廣泛的一種線性系統(tǒng)。數(shù)字濾波器的作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的

24、特性對(duì)輸入信號(hào)波形(或頻譜)進(jìn)行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預(yù)定的要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換。1.5.1 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)fir濾波器如果所希望的濾波器的理想頻率響應(yīng)函數(shù)為 hd(e j)，則其對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為： （1）用窗函數(shù)w(n)將hd(n)截?cái)?，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到： （2）h(n)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)h(e j)為： （3）如果要求線性相位特性，則h(n)還必須滿足： （4）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，要設(shè)計(jì)線性相位低通特性， 可選擇h(n)=h(n-

25、1-n)一類，而不能選h(n)=-h(n-1-n)一類。然后用freqz函數(shù)計(jì)算數(shù)字濾波器在頻域中的特性，如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況調(diào)整窗函數(shù)類型或長(zhǎng)度，知道滿足要求。1.5.2 用雙線性變換法設(shè)計(jì)iir數(shù)字濾波器雙線性變換法從頻域出發(fā)，實(shí)現(xiàn)s平面和z平面的一一映射關(guān)系，可消除頻譜的混疊現(xiàn)象。2 語音信號(hào)分析和處理過程2.1 語音信號(hào)的采集 利用windows下得錄音機(jī)（開始程序附件娛樂錄音機(jī)，文件屬性立即轉(zhuǎn)換8khz，8位，單聲道）錄制一段自己的話音，或者采用windows自帶的聲音文件（默認(rèn)為22050hz），時(shí)間控制在幾秒左右，設(shè)置文件名為ding.wav，并保存在d:downloa

26、dmatlabbin下。然后在matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析。圖2.1是基于pc機(jī)的語音信號(hào)采集過程，聲卡可以完成語音波形的a/d轉(zhuǎn)換，獲得wave文件，為后續(xù)的處理儲(chǔ)備原材料。調(diào)節(jié)錄音機(jī)保存界面的“更改”選項(xiàng)，可以存儲(chǔ)各種格式的wave文件。windows自帶的錄音機(jī)聲音麥克風(fēng)聲卡濾波采樣a/d轉(zhuǎn)換 wav圖2.1 基于pc機(jī)的語音信號(hào)采集過程采集到語音信號(hào)之后，需要對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析，如語音信號(hào)的時(shí)域分析、頻譜分析、語譜圖分析以及加噪濾波等處理。以下為一段程序，是語音信號(hào)在matlab中實(shí)現(xiàn)語音的讀入打開，以及繪出了語音信號(hào)的波形頻譜圖。x,fs,bits

27、=wavread(ding.wav,1024 6000); sound(x,fs,bits); x=fft(x,6000);magx=abs(x);angx=angle(x);subplot(221);plot(x);title(原始信號(hào)波形);subplot(222);plot(x); title(原始信號(hào)頻譜);subplot(223);plot(magx);title(原始信號(hào)幅值);subplot(224);plot(angx);title(原始信號(hào)相位);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.2所示：圖2.2 語音信號(hào)的讀入與打開2.2 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)2.2.1窗函數(shù)法低通濾波器窗函

28、數(shù)設(shè)計(jì)低通濾波器程序如下：clc;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y1);fp=1000;fc=1200;as=1000;ap=1;fs=8000;wc=2*pi*fc/fs; wp=2*pi*fp/fs;wdel=wc-wp;beta=0.112*(as-8.7);n=ceil(as-8)/2.285/wdel);wn= kaiser(n+1,beta); ws=(wp+wc)/2/pi;b=fir1(n,ws,wn);figure(1);freqz(b,1);x=fftfilt(b,z1);x=fft(x,

29、8192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,1000,0,1.0);title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);plot(abs(x);axis(0,1000,0,1.0);title(濾波后信號(hào)頻譜);subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);sound(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.3所示圖2.3 語音信號(hào)通過低通濾波器后的波形2.2.2 窗函數(shù)法高通濾波器窗函數(shù)設(shè)計(jì)高通濾波

30、器程序設(shè)計(jì)如下：clc;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y1);fp=4800;fc=5000;as=100;ap=1;fs=8000;wc=2*pi*fc/fs; wp=2*pi*fp/fs;wdel=wc-wp;beta=0.112*(as-8.7);n=ceil(as-8)/2.285/wdel);wn= kaiser(n,beta); ws=(wp+wc)/3/pi;b=fir1(n-1,ws,high,wn);figure(1);freqz(b,1);x=fftfilt(b,z1);x=fft(x,8

31、192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,5000,0,1.0);title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);plot(abs(x);axis(0,5000,0,1.0);title(濾波后信號(hào)頻譜);subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);sound(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.4所示圖2.4 語音信號(hào)通過高通濾波器后的波形2.2.3 窗函數(shù)法帶通濾波器窗函數(shù)設(shè)計(jì)帶通濾波器

32、程序設(shè)計(jì)如下：clear;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y1);fp1=1200 ;fp2=3000 ;fc1=1000 ;fc2=3200 ;as=100 ;ap=1 ;fs=8000 ;wp1=2*pi*fp1/fs; wc1=2*pi*fc1/fs; wp2=2*pi*fp2/fs; wc2=2*pi*fc2/fs;wdel=wp1-wc1;beta=0.112*(as-8.7);n=ceil(as-8)/2.285/wdel);ws =(wp1+wc1)/2/pi,(wp2+wc2)/2/pi;wn=

33、 kaiser(n+1,beta); b=fir1(n,ws,wn);figure(1); freqz(b,1)x=fftfilt(b,z1);x=fft(x,8192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,2000,0,1.0);title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);plot(abs(x);axis(0,2000,0,0.03);title(濾波后信號(hào)頻譜)subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);soun

34、d(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.5所示圖2.5 語音信號(hào)通過帶通濾波器后的波形2.3雙極性變換法設(shè)計(jì)2.3.1 雙極性變換法設(shè)計(jì)低通濾波器程序設(shè)計(jì)如下：clear;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y1);fp=1000;fc=1200;as=100;ap=1; ;fs=8000;wc=2*fc/fs;wb=2*fp/fs;n,wp=cheb1ord(wc,wb,ap,as);b,a=cheby1(n,ap,wp);figure(1);freqz(b,a);x=filter(b,

35、a,z1);x=fft(x,8192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,1000,0,1.0);title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);plot(abs(x);axis(0,4000,0,0.03);title(濾波后信號(hào)頻譜);subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);sound(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.6所示：圖2.6 語音信號(hào)通過低通濾波器2.3.2 雙極性變換法

36、設(shè)計(jì)高通濾波器程序設(shè)計(jì)如下：clear;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y1);fc=4800 ;fp=5000 ;as=100;ap=1; fs=8000;wc=fc/fs;wb=fp/fs;n,wp=cheb1ord(wc,wb,ap,as);b,a=cheby1(n,ap,wp,high);figure(1);freqz(b,a);x=filter(b,a,z1);x=fft(x,8192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,5000,0,1.0);

37、title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);plot(abs(x);axis(0,5000,0,0.03);title(濾波后信號(hào)頻譜);subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);sound(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.7所示圖2.7 語音信號(hào)通過高通濾波器2.3.3 雙極性變換法設(shè)計(jì)帶通濾波器程序設(shè)計(jì)如下clear;close allz1,fs,bits=wavread(ding.wav)y1=z1(1:8192);y1=fft(y

38、1);fp1=1200 ;fp2=3000; fc1=1000 ;fc2=3200 ;as=100;ap=1; fs=8000; wc=2*fc1/fs,2* fc2/fs;wb=2*fp1/fs,2*fp2/fs; n,wp=cheb1ord(wc,wb,ap,as);b,a=cheby1(n,ap,wp,stop);figure(1);freqz(b,a);x=filter(b,a,z1);x=fft(x,8192);figure(2);subplot(2,2,1);plot(abs(y1);axis(0,1000,0,1.0);title(濾波前信號(hào)頻譜);subplot(2,2,2);

39、plot(abs(x);axis(0,4000,0,0.03);title(濾波后信號(hào)頻譜);subplot(2,2,3);plot(z1);title(濾波前信號(hào)波形);subplot(2,2,4);plot(x);title(濾波后信號(hào)波形);sound(x,fs,bits);程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的結(jié)果如圖2.8所示圖2.8 語音信號(hào)通過帶通濾波器2.4 結(jié)果分析 從結(jié)構(gòu)上看，iir濾波器必須采用遞歸結(jié)構(gòu)來配置極點(diǎn)，并保證極點(diǎn)位置在單位圓內(nèi)。由于有限字長(zhǎng)效應(yīng)，運(yùn)算過程中將對(duì)系數(shù)進(jìn)行舍入處理，引起極點(diǎn)的偏移。這種情況有時(shí)會(huì)造成穩(wěn)定性問題，甚至產(chǎn)生寄生振蕩。相反，fir濾波器只要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，不論在理論上還是在實(shí)際的有限精度運(yùn)算中都不存在穩(wěn)定性問題，因此造成的頻率特性誤差也較小。此外fir濾波器可以采用快速傅里葉變換算法，在相