數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告語音信號(hào)的采集與處理

1、數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)題目：語音信號(hào)的采集與處理學(xué) 院：專 業(yè)：班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：2011 年7月1日 課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫要求1、頁面設(shè)置紙張大小設(shè)置為縱向a4，頁邊距設(shè)置為：上3.8厘米，下 3.5厘米，左3厘米，右3厘米，頁眉設(shè)置為3厘米，頁腳設(shè)置為2.7厘米，文檔網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為指定行和字符網(wǎng)格，每行34字，每頁34行。2、段落及字體設(shè)置除各級(jí)標(biāo)題外，首行縮進(jìn)2字符；圖、表及圖題、表題首行不縮進(jìn)，居中放置；圖表不應(yīng)超出版心范圍；行距采用單倍行距。正文中文采用小四號(hào)宋體，英文采用新羅馬字體（times new roman），段前0磅，斷后0磅；一級(jí)標(biāo)題采用小二號(hào)黑體，段前12

2、磅，段后12磅二級(jí)標(biāo)題采用小三號(hào)黑體，段前6磅，段后6磅三級(jí)標(biāo)題采用四號(hào)黑體，段前6磅，段后0磅3、裝訂要求采用左側(cè)裝訂，訂兩釘。目 錄一. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1二. 課程設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案2三. 課程設(shè)計(jì)的步驟和結(jié)果3四. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)4五. 設(shè)計(jì)體會(huì)5六. 參考文獻(xiàn)6 一. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1、語音信號(hào)的采集 利用windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話音，時(shí)間在1s內(nèi)，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)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。2、語音信號(hào)的頻譜分析 在matlab中，可以利用函數(shù)fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性，要求學(xué)生首先畫出語音信號(hào)的時(shí)

3、域波形，然后對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。3、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)給出各濾波器的性能指標(biāo)； 給定濾波器的性能指標(biāo)如下： (1)低通濾波器的性能指標(biāo)：fb=1000hz,fc=1200hz,as=100db,ap=1db. (2)高通濾波器的性能指標(biāo)：fc=4800hz,fb=5000hz,as=100db,ap=1db. (3)帶通濾波器的性能指標(biāo)：fb1=1200hz, fb2=3000hz,fc1=1000hz, fc2=3200hz,as=100db,ap=1db. 采用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)上面要求的3種濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)； 4、用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波 然后用自己設(shè)

4、計(jì)的濾波器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜，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； 5、回放語音信號(hào)，分析濾波前后的語音變化； 6、設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面 為了使編制的程序操作方便，設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)的用戶界面，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類型，輸入濾波器的參數(shù)、顯示濾波器的頻率響應(yīng)，選擇信號(hào)等。二. 課程設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案1用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)fir濾波器根據(jù)過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度n（或階數(shù)m=n-1），窗函數(shù)類型可根據(jù)最小阻帶衰減as獨(dú)立選擇，因?yàn)榇翱陂L度n對(duì)最小阻帶衰減as沒有影響，在確定窗函數(shù)類型以后，可根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)確定所擬用的

5、窗函數(shù)的窗口長度n，設(shè)待求濾波器的過渡帶寬為w，它與窗口長度n近似成反比，窗函數(shù)類型確定后，其計(jì)算公式也確定了，不過這些公式是近似的，得出的窗口長度還要在計(jì)算中逐步修正，原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇較小的n，在n和窗函數(shù)類型確定后，即可調(diào)用matlab中的窗函數(shù)求出窗函數(shù)wd（n）。根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)，如果給出待求濾波器頻率應(yīng)為hd，則理想的單位脈沖響應(yīng)可以用下面的傅里葉反變換式求出：在一般情況下，hd(n)是不能用封閉公式表示的，需要采用數(shù)值方法表示；從w=0到w=2采樣n點(diǎn)，采用離散傅里葉反變換（idft）即可求出。用窗函數(shù)wd(n

6、)將hd(n)截?cái)?，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到如果要求線性相位特性， 則h(n)還必須滿足：根據(jù)上式中的正、 負(fù)號(hào)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-1-n)一類，而不能選h(n)=-h(n-1-n)一類。 驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求，為了計(jì)算數(shù)字濾波器在頻域中的特性，可調(diào)用freqz子程序，如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調(diào)整窗函數(shù)類型或長度，直到滿足要求為止。2.用雙線性變換法設(shè)計(jì)iir數(shù)字濾波器脈沖響應(yīng)不變法的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生頻率響應(yīng)的混疊失真。這是因?yàn)閺膕平面到平面是多值的映射關(guān)系所造

7、成的。為了克服這一缺點(diǎn)，可以采用非線性頻率壓縮方法，將整個(gè)頻率軸上的頻率范圍壓縮到-/t/t之間，再用z=est轉(zhuǎn)換到z平面上。也就是說，第一步先將整個(gè)s平面壓縮映射到s1平面的-/t/t一條橫帶里；第二步再通過標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系z(mì)=es1t將此橫帶變換到整個(gè)z平面上去。這樣就使s平面與z平面建立了一一對(duì)應(yīng)的單值關(guān)系，消除了多值變換性，也就消除了頻譜混疊現(xiàn)象，映射關(guān)系如圖1所示。圖1雙線性變換的映射關(guān)系為了將s平面的整個(gè)虛軸j壓縮到s1平面j1軸上的-/t到/t段上，可以通過以下的正切變換實(shí)現(xiàn) （1）式中,t仍是采樣間隔。當(dāng)1由-/t經(jīng)過0變化到/t時(shí)，由-經(jīng)過0變化到+，也即映射了整個(gè)j軸。將式（

8、1）寫成將此關(guān)系解析延拓到整個(gè)s平面和s1平面，令j=s，j1=s1，則得再將s1平面通過以下標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系映射到z平面z=es1t從而得到s平面和z平面的單值映射關(guān)系為： (2) (3)式（2）與式（3）是s平面與z平面之間的單值映射關(guān)系，這種變換都是兩個(gè)線性函數(shù)之比，因此稱為雙線性變換式（1）與式（2）的雙線性變換符合映射變換應(yīng)滿足的兩點(diǎn)要求。首先,把z=ej，可得 (4)即s平面的虛軸映射到z平面的單位圓。其次，將s=+j代入式（4），得因此由此看出，當(dāng)0時(shí)，|z|0時(shí)，|z|1。也就是說，s平面的左半平面映射到z平面的單位圓內(nèi)，s平面的右半平面映射到z平面的單位圓外，s平面的虛軸映射到z

9、平面的單位圓上。因此，穩(wěn)定的模擬濾波器經(jīng)雙線性變換后所得的數(shù)字濾波器也一定是穩(wěn)定的。雙線性變換法優(yōu)缺點(diǎn)雙線性變換法與脈沖響應(yīng)不變法相比，其主要的優(yōu)點(diǎn)是避免了頻率響應(yīng)的混疊現(xiàn)象。這是因?yàn)閟平面與z平面是單值的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。s平面整個(gè)j軸單值地對(duì)應(yīng)于z平面單位圓一周，即頻率軸是單值變換關(guān)系。這個(gè)關(guān)系如式（4）所示，重寫如下：上式表明，s平面上與z平面的成非線性的正切關(guān)系，如圖2所示。由圖2看出，在零頻率附近，模擬角頻率與數(shù)字頻率之間的變換關(guān)系接近于線性關(guān)系；但當(dāng)進(jìn)一步增加時(shí)，增長得越來越慢，最后當(dāng)時(shí)，終止在折疊頻率=處，因而雙線性變換就不會(huì)出現(xiàn)由于高頻部分超過折疊頻率而混淆到低頻部分去的現(xiàn)象，從而

10、消除了頻率混疊現(xiàn)象。圖2雙線性變換法的頻率變換關(guān)系但是雙線性變換的這個(gè)特點(diǎn)是靠頻率的嚴(yán)重非線性關(guān)系而得到的，如式（4）及圖2所示。由于這種頻率之間的非線性變換關(guān)系，就產(chǎn)生了新的問題。首先，一個(gè)線性相位的模擬濾波器經(jīng)雙線性變換后得到非線性相位的數(shù)字濾波器，不再保持原有的線性相位了；其次，這種非線性關(guān)系要求模擬濾波器的幅頻響應(yīng)必須是分段常數(shù)型的，即某一頻率段的幅頻響應(yīng)近似等于某一常數(shù)（這正是一般典型的低通、高通、帶通、帶阻型濾波器的響應(yīng)特性），不然變換所產(chǎn)生的數(shù)字濾波器幅頻響應(yīng)相對(duì)于原模擬濾波器的幅頻響應(yīng)會(huì)有畸變，如圖3所示。圖3雙線性變換法幅度和相位特性的非線性映射對(duì)于分段常數(shù)的濾波器，雙線性變

11、換后，仍得到幅頻特性為分段常數(shù)的濾波器，但是各個(gè)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)畸來加以校正。也就是將臨界模擬頻率事先加以畸變，然后經(jīng)變換后正好映射到所需要的數(shù)字頻率上。三. 課程設(shè)計(jì)的步驟和結(jié)果1、語音信號(hào)的采集 利用windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話音，時(shí)間在1s內(nèi)，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)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。程序： y,fs,nbits=wavread( e:matlab_yuyinmy voice.wav )得到：fs = 22050nbits = 16由此可知，采樣頻率為22050hz，采樣點(diǎn)

12、數(shù)為16bit2、語音信號(hào)的頻譜分析 在matlab中，利用函數(shù)fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性，首先畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。程序：y,fs,nbits=wavread(e:matlab_yuyinmy voice.wav);sound(y,fs,nbits);y = y - mean(y); %去直流成分y = fftshift(abs(fft(y);w = linspace(-fs/2,fs/2,length(y);subplot(2,1,1),plot(y);title(原始信號(hào)波形);subplot(2,1,2),plot(w,y);tit

13、le(原始信號(hào)頻譜);axis(0,2000,-inf,inf);3、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)給出各濾波器的性能指標(biāo)； 給定濾波器的性能指標(biāo)如下： (1)低通濾波器的性能指標(biāo)：fb=1000hz,fc=1200hz,as=100db,ap=1db. (2)高通濾波器的性能指標(biāo)：fc=4800hz,fb=5000hz,as=100db,ap=1db. (3)帶通濾波器的性能指標(biāo)：fb1=1200hz, fb2=3000hz,fc1=1000hz, fc2=3200hz,as=100db,ap=1db. 采用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)上面要求的3種濾波器，并畫出濾波器的頻率響應(yīng)； 4、用濾波

14、器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波 用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜，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； 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)fir濾波器：（1） 低通濾波器clear all;ft=22050;fp=1000;fs=1200;y,fs,nbits=wavread(my voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y);wp=2*fp/ft;ws=2*fs/ft;as=100;wdel = ws - wp; %過渡帶寬n= ceil( 8*pi/wdel );%取整wn = (wp + ws)/2 %截止頻率即wc% n取奇數(shù)if mo

15、d(n,2)=0 n= n + 1; %若為偶數(shù)則加1endfcuts=1000*2/ft 1200*2/ft; %歸一化頻率mags=1 0;devs=1-10(1/-20) 10(40/-20);n,wn,beta,ftype=kaiserord(fcuts,mags,devs); %計(jì)算出凱塞窗n，beta的值b= fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta),noscale); freq_axis = 0:pi/512:pi-pi/512; freq_norm = 0:511/512; %歸一化的頻率軸 h= freqz( b);%變成頻率響應(yīng) %b為hn系數(shù)，1表

16、示無極點(diǎn)（因?yàn)槭莊ir），512表示點(diǎn)數(shù)）subplot(2,1,1);plot( freq_norm,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( fir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( freq_norm,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 相位 );title( fir-相位響應(yīng));f2=filter(b,1,y); %濾波figure(2)subplot(2,1,1)plot(y)title(

17、fir低通濾波器濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f2);title(fir低通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f2); %播放濾波后的語音信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f2);figure(3)y2 = fftshift(abs(fft(y);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subplot(2,1,1);plot(w,y2);title(fir低通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);subplot(2,1,2

18、)plot(w,f0);title(fir低通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為低通，與題目要求的fp1=1000，fs1=1200基本吻合，阻帶衰減近似為100，且為線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了低頻成分，濾掉了高頻成分。（2） 高通濾波器clear all;ft=22050;fp=5000;fs=4800;y,fs,nbits=wavread(my voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y);wp=2*fp/ft;ws=2*fs/ft;as=100;wdel = wp -

19、ws; %過渡帶寬n= ceil( 8*pi/wdel );%取整wn = (wp + ws)/2 %截止頻率即wc% n取奇數(shù)if mod(n,2)=0 n= n + 1; %若為偶數(shù)則加1endfcuts=4800*2/ft 5000*2/ft; %歸一化頻率mags=0 1;devs=1-10(1/-20) 10(40/-20);n,wn,beta,ftype=kaiserord(fcuts,mags,devs); %計(jì)算出凱塞窗n，beta的值b= fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta),noscale); freq_axis = 0:pi/512:pi-pi

20、/512; freq_norm = 0:511/512; %歸一化的頻率軸 h= freqz( b);%變成頻率響應(yīng) %b為hn系數(shù)，1表示無極點(diǎn)（因?yàn)槭莊ir），512表示點(diǎn)數(shù)）subplot(2,1,1);plot( freq_norm,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( fir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( freq_norm,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 相位 );title

21、( fir-相位響應(yīng));f2=filter(b,1,y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(y)title(fir高通濾波器濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f2);title(fir高通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f2); %播放濾波后的語音信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f2);figure(3)y2 = fftshift(abs(fft(y);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subplot(2,1,1);plot(w,y2);title(fir高通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻

22、率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);subplot(2,1,2)plot(w,f0);title(fir高通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為高通，與題目要求的fp1=5000，fs1=4800基本吻合，阻帶衰減近似為100，且為線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了高頻成分，濾掉了低頻成分。（3） 帶通濾波器clear all;ft=22050;fp1=1200;fp2=3000;fs1=1000;fs2=3200;y,fs,nbits=wavread(m

23、y voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y);wp1=2*fp1/ft;wp2=2*fp2/ft;ws1=2*fs1/ft;ws2=2*fs2/ft;as=100;wp=(wp1 + ws1)/2;ws=(wp2 + ws2)/2;wdel = wp1 - ws1; %過渡帶寬n= ceil( 8*pi/wdel );%取整wn = wp ws; %截止頻率即wc% n取奇數(shù)if mod(n,2)=0 n= n + 1; %若為偶數(shù)則加1endfcuts=1000*2/ft 1200*2/ft 3000*2/ft 3200*2/ft; %歸一化頻率ma

24、gs=0 1 0;devs=0.01 0.1087 0.01;n,wn,beta,ftype=kaiserord(fcuts,mags,devs); %計(jì)算出凱塞窗n，beta的值b= fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta),noscale); freq_axis = 0:pi/512:pi-pi/512; freq_norm = 0:511/512; %歸一化的頻率軸 h= freqz( b);%變成頻率響應(yīng) %b為hn系數(shù)，1表示無極點(diǎn)（因?yàn)槭莊ir），512表示點(diǎn)數(shù)）subplot(2,1,1);plot( freq_norm,20*log10(abs(h) )

25、; %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( fir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( freq_norm,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 相位 );title( fir-相位響應(yīng));f2=filter(b,1,y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(y)title(fir帶通濾波器濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f2);title(fir帶通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f2

26、); %播放濾波后的語音信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f2);figure(3)y2 = fftshift(abs(fft(y);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subplot(2,1,1);plot(w,y2);title(fir帶通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);subplot(2,1,2)plot(w,f0);title(fir帶通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為帶通，

27、與題目要求的fp1=1200，fp2=3000，fs1=1000，fs2=3200基本吻合，阻帶衰減近似為100，且為線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了通帶中的頻率成分，濾掉了低頻和高頻成分。雙線性變換法設(shè)計(jì)iir濾波器（1）低通濾波器clear all;ft=22050;fp=1000;fs=1200;y,fs,nbits=wavread(my voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y);as=100;ap=1;wp=2*pi*fp/ft;ws=2*pi*fs/ft;fs1=1;fp=2*tan(wp/2);fs=2*tan(ws/2);

28、n11,wn11=ellipord(wp,ws,ap,as,s);b11,a11=ellip(n11,ap,as,wn11,low,s);num11,den11=bilinear(b11,a11,fs1);h,w=freqz(num11,den11,512,ft);subplot(2,1,1);plot( w,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( iir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( w,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻

29、率w/pi ); ylabel( 相位 );title( iir-相位響應(yīng));f1=filter(num11,den11,y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(y) %畫出濾波前的時(shí)域圖title(iir低通濾波器濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f1); %畫出濾波后的時(shí)域圖title(iir低通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f1); %播放濾波后的信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f1);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);figure(3)y2=fftshift(abs(fft(y);su

30、bplot(2,1,1);plot(w,y2); %畫出濾波前的頻譜圖title(iir低通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subplot(2,1,2)plot(w,abs(f0); %畫出濾波后的頻譜圖title(iir低通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為低通，與題目要求的fp1=1000，fs1=1200基本吻合，阻帶衰減近似為100，但非線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了低頻成分，濾掉了高頻成分。（2）高通

31、濾波器clear all;ft=22050;fp=5000;fs=4800;y,fs,nbits=wavread(my voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y);as=100;ap=1;wp=2*pi*fp/ft;ws=2*pi*fs/ft;fs1=1;fp=2*tan(wp/2);fs=2*tan(ws/2);n11,wn11=ellipord(wp,ws,ap,as,s);b11,a11=ellip(n11,ap,as,wn11,high,s);num11,den11=bilinear(b11,a11,fs1);h,w=freqz(num11,de

32、n11,512,ft);subplot(2,1,1);plot( w,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( iir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( w,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 相位 );title( iir-相位響應(yīng));f1=filter(num11,den11,y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(y) %畫出濾波前的時(shí)域圖title(iir高通濾波器濾波

33、前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f1); %畫出濾波后的時(shí)域圖title(iir高通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f1); %播放濾波后的信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f1);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);figure(3)y2=fftshift(abs(fft(y);subplot(2,1,1);plot(w,y2); %畫出濾波前的頻譜圖title(iir高通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subpl

34、ot(2,1,2)plot(w,abs(f0); %畫出濾波后的頻譜圖title(iir高通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為高通，與題目要求的fp1=5000，fs1=4800基本吻合，阻帶衰減近似為100，但非線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了高頻成分，濾掉了低頻成分。（3）帶通濾波器clear all;ft=22050;fp1=1200;fp2=3000;fs1=1000;fs2=3200;y,fs,nbits=wavread(my voice.wav);%sound(y,fs,nbits);y=y-mean(y)

35、;fp=fp1,fp2;fs=fs1,fs2;as=100;ap=1;t=2;wp1=2*pi*fp1/ft;wp2=2*pi*fp2/ft;ws1=2*pi*fs1/ft;ws2=2*pi*fs2/ft;wp1=(2/t)*tan(wp1/2);wp2=(2/t)*tan(wp2/2);ws1=(2/t)*tan(ws1/2);ws2=(2/t)*tan(ws1/2)w0=wp1*wp2;w0=sqrt(w0);bw=wp2-wp1; %帶通濾波器的通帶寬度lp=1; %歸一化處理ls=ws1*bw/(w0-ws12);n,wn=ellipord(lp,ls,ap,as,s);b,a=ell

36、ip(n,1,40,wn,s);bt,at=lp2bp(b,a,w0,bw);num,den=bilinear(bt,at,0.5);z,p,k=tf2zp(num,den);h,w=freqz(num,den,512,ft);figure(1)subplot(2,1,1);plot( w,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( iir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( w,angle(h) ); hold on;xlabel( 頻率w/pi ); ylabel(

37、 相位 );title( iir-相位響應(yīng));f1=filter(num,den,y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(y) %畫出濾波前的時(shí)域圖title(iir帶通濾波器濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2)plot(f1); %畫出濾波后的時(shí)域圖title(iir帶通濾波器濾波后的時(shí)域波形);sound(f1); %播放濾波后的信號(hào)f0=fftshift(abs(fft(f1);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(f0);figure(3)y2=fftshift(abs(fft(y);subplot(2,1,1);plot(w,

38、y2); %畫出濾波前的頻譜圖title(iir帶通濾波器濾波前的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);w = linspace(-ft/2,ft/2,length(y2);subplot(2,1,2)plot(w,abs(f0); %畫出濾波后的頻譜圖title(iir帶通濾波器濾波后的頻譜)xlabel(頻率/hz);ylabel(幅值);分析：由頻率響應(yīng)可看出為帶通，與題目要求的fp1=1200，fp2=3000，fs1=1000，fs2=3200基本吻合，阻帶衰減近似為100，但非線性相位。 比較濾波前和濾波后的頻譜可發(fā)現(xiàn)通過了通帶中的頻率成分，濾掉了低頻和高頻成分。

39、此外，還可以利用matlab自帶的fdatool工具來設(shè)計(jì)已知fp,fs和衰減的濾波器，例1（iir濾波器設(shè)計(jì)）：設(shè)計(jì)巴特沃斯高通濾波器，性能指標(biāo)為fs=22050hz,fs=4800hz,fp=5000hz,ap=1,as=100。在fdatool界面中輸入?yún)?shù)，并生成相應(yīng)的.m文件，然后求得濾波器的頻率響應(yīng)輸出。程序：%function hd = fdatool_butter_high%fdatool_butter_high returns a discrete-time filter object.% m-file generated by matlab(r) 7.8 and the s

40、ignal processing toolbox 6.11.% generated on: 05-jul-2011 21:16:59% butterworth highpass filter designed using fdesign.highpass.% all frequency values are in hz.fs = 22050; % sampling frequencyfstop = 4800; % stopband frequencyfpass = 5000; % passband frequencyastop = 100; % stopband attenuation (db

41、)apass = 1; % passband ripple (db)match = stopband; % band to match exactly% construct an fdesign object and call its butter method.h = fdesign.highpass(fstop, fpass, astop, apass, fs);hd = design(h, butter, matchexactly, match);h = freqz(hd);w = linspace(0,fs/2,length(h);subplot(2,1,1);plot(w,20*lo

42、g10(abs(h);%畫對(duì)數(shù)幅度譜hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 幅度(db) );title( iir-幅度響應(yīng));subplot(2,1,2);plot( w,angle(h) ); hold on;xlabel( 歸一化頻率w/pi ); ylabel( 相位 );title( iir-相位響應(yīng));% eof可得到頻率響應(yīng)如下圖：例2（fir濾波器設(shè)計(jì)）：設(shè)計(jì)凱撒高通濾波器，性能指標(biāo)為fs=22050hz,fs=4800hz,fp=5000hz,ap=1,as=100。則關(guān)鍵程序?yàn)椋簄,wn,beta,type = kaiserord(fsto

43、p fpass/(fs/2), 0 1, dpass dstop);% calculate the coefficients using the fir1 function.b = fir1(n, wn, type, kaiser(n+1, beta), flag);hd = dfilt.dffir(b);h= freqz( b);%變成頻率響應(yīng) %b為hn系數(shù)，1表示無極點(diǎn)（因?yàn)槭莊ir），512表示點(diǎn)數(shù)）subplot(2,1,1);plot( freq_norm,20*log10(abs(h) ); %畫對(duì)數(shù)幅度譜5、回放語音信號(hào)，分析濾波前后的語音變化； 使用函數(shù)sound(y,fs,

44、nbits)播放濾波前語音信號(hào)；y經(jīng)過濾波后為f2，使用sound(f2)播放濾波后語音信號(hào)語音變化：語音信號(hào)經(jīng)過低通濾波能聽到與原始語音信號(hào)近似的聲音，但明顯低沉一些，而經(jīng)過高通和帶通后可聽到混濁的聲音，但無法聽清。6、設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面 為了使編制的程序操作方便，設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)的用戶界面，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類型，即fir或iir，低通、高通或帶通；輸入濾波器的參數(shù)：fp1,fp2,fs1,fs2,ap,as；顯示濾波器的頻率響應(yīng)；可分別播放濾波前和濾波后的語音信號(hào)，便于比較；設(shè)有g(shù)enerate（生成鍵）、reset（復(fù)位鍵）及quit（關(guān)閉窗口?。淮送膺€可實(shí)現(xiàn)用matlab控

45、制聲卡現(xiàn)場錄音做濾波，可自行設(shè)定錄音時(shí)間。系統(tǒng)界面如下：主要程序如下：（1）原始語音信號(hào)按鈕 vois= get(handles.voice_select,value) ; if(vois=1) y,fs,nbits=wavread(my voice.wav); sound(y,fs,nbits); else if(vois=2) load voiced sound(y,22050); endend（2）濾波后語音信號(hào)按鈕load filenamesound(f2)（3）generate生成按鈕fil_f = get(handles.fir_filter,value) ; fil_i = ge

46、t(handles.iir_filter,value) ; fir_selection = get(handles.fir_select,value); iir_selection = get(handles.iir_select,value); type = get(handles.style,value); fp1 = get(handles.fp1_edit,string); fp1 = str2double(fp1); fp2 = get(handles.fp2_edit,string); fp2 = str2double(fp2); fs1 = get(handles.fs1_edi

47、t,string); fs1 = str2double(fs1); fs2 = get(handles.fs2_edit,string); fs2 = str2double(fs2); ap = get(handles.ap_edit,string); ap = str2double(ap); as = get(handles.as_edit,string); as = str2double(as);vois= get(handles.voice_select,value) ; if(vois=1) y,fs,nbits=wavread(my voice.wav); else if(vois=

48、2) load voiced endend if(fil_f = 1 & fil_i = 0 ) %選定為fir濾波器 switch(fir_selection) case 1 %選定為kaiser窗 switch(type) case 1%low passcase 2%high passcase 3%band passendcase 2 switch(type)case 1%low passcase 2%high passcase 3%band passendcase 3switch(type)case 1%low passcase 2%high passcase 3%band passen

49、dendelse if (fil_f = 0 & fil_i =1 ) %選定為iir濾波器switch(iir_selection)case 1 %選定為橢圓濾波器switch(type)case 1%low passcase 2% high passcase3%band passendcase 2switch(type)case 1%low passcase 2%high passcase 3%band passendendendend其中每個(gè)濾波器中需用axes(handles.axes)函數(shù)來畫圖，且末尾處要用語句save filename f2將f2保存至工作區(qū)間，以便播放濾波后語音信號(hào)時(shí)利用load filename來調(diào)用f2。（4） reset(復(fù)位)按鈕samelines = findobj(type,line); %查找線條對(duì)象 for i = 1 :length(samelines) delet