基于matlab的IIR的濾波器設(shè)計

1、數(shù)字信號處理課程設(shè)計報告專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 二0一二 年 六 月 十四 日目 錄一：課程設(shè)計目的 4二：課程設(shè)計的題目描述和要求 41： 設(shè)計題目的描述 42：課程設(shè)計描述 43:課程設(shè)計要求 4三：課程設(shè)計報告內(nèi)容 51：總體設(shè)計 51.1：采集語音信號 51.2：聲音信號的時域和頻域分析 51.3：設(shè)計一個余弦噪聲，并產(chǎn)生噪聲的時域和頻域圖，并分析 51.4：對聲音信號加噪聲 61.5：設(shè)計BF低通濾波器，并對其進行頻譜分析 61.6：對加噪聲的信號濾波，并回放，并分析頻譜 72：軟件仿真調(diào)試結(jié)果分析 72.1：運行語音信號程序 82.2：運行噪聲信號 82

2、.3：運行加噪聲后的語音信號 92.4運行濾波器程序 102.5：濾波后的語音信號 11四：設(shè)計總結(jié) 12源程序代碼： 13一：課程設(shè)計目的1：通過對課程設(shè)計任務(wù)的完成，進一步鞏固數(shù)字信號處理的基本概念、 理論、分析方法和實現(xiàn)方法； 2：進一步擴展我們掌握的基本理論和分析方法方面的知識，能有效地將理論和實際緊密結(jié)合；3：同時增強自己的軟件編程實現(xiàn)能力和解決實際問題的能力。4：練習(xí)能夠熟練地用Matlab語言編程實現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾 波器，進一步明確數(shù)字信號處理的工程應(yīng)用。二：課程設(shè)計的題目描述和要求1： 設(shè)計題目的描述 基于matlab的IIR的Butterworth濾波器設(shè)計

3、目標：（1）語音采集 （2）設(shè)計濾波器，將采集的語音信號進行IIR濾波. （3）回放語音信號2：課程設(shè)計描述要求錄制一段自己的語音信號后，格式為WAV。在MATLAB軟件中采集語音信號、回放語音信號。畫出語音信號的時域波形和頻譜圖，對所采集的信號加入干擾噪聲，要求噪聲在3000Hz以上，對加入噪聲進行播放，并進行時域和頻譜分析，對比加噪聲前后的時域圖和頻譜圖，對比加噪聲音信號和通過低通濾波器處理的音頻信號不同的時域和頻域波形。3:課程設(shè)計要求通過本次課程設(shè)計加深我對所學(xué)知識的理解和認識。并通過的實驗來驗證仿真自己的理解。理解了總體濾波器的設(shè)計。運用matlab觀察信號的處理操作過程。在加深自己

4、matlab動手實驗?zāi)芰Φ耐瑫r，獨立運用自己的數(shù)字信號處理知識來處理音頻信號。通過本次課程設(shè)計基本掌握matlab軟件的編程方法。并進行相應(yīng)的拓展。練習(xí)matlab GUI的編寫，通過按鈕來調(diào)用程序，進行操作。三：課程設(shè)計報告內(nèi)容1：總體設(shè)計1.1：采集語音信號通過錄音機，錄一段自己的聲音，存名為xx.wav保存到桌面上1.2：聲音信號的時域和頻域分析通過wavread函數(shù)讀取錄制的聲音文件，進行FFT轉(zhuǎn)換。顯示其時域和頻域的波形1.3：設(shè)計一個余弦噪聲，并產(chǎn)生噪聲的時域和頻域圖，并分析1.4：對聲音信號加噪聲對聲音信號加一個頻率在3000Hz以上的余弦信號，然后對加噪聲以后的信號進行時域和頻

5、域分析1.5：設(shè)計BF低通濾波器，并對其進行頻譜分析1.6：對加噪聲的信號濾波，并回放，并分析頻譜2：軟件仿真調(diào)試結(jié)果分析2.1：運行語音信號程序結(jié)果分析：觀察上圖可以看到，在采集的原始信號進行付氏變換后所得的頻域波形就是原語音信號的頻譜。2.2：運行噪聲信號結(jié)果分析：可以看到噪聲的頻譜是對稱的沖擊2.3：運行加噪聲后的語音信號結(jié)果分析：觀察上圖可以看見加噪的音頻時域頻域波形均出現(xiàn)了很大的變化，通過MATLAB軟件所播放的加噪聲音也是相應(yīng)的出現(xiàn)了很大的噪聲。加噪程序成功。2.4：運行濾波器程序結(jié)果分析：觀察上圖可以清晰的看到器幅頻特性為低通濾波器，還可以分析上圖得我們所設(shè)置的采樣頻率、通帶截止

6、頻率、阻帶截止頻率和階數(shù)。2.5：濾波后的語音信號 結(jié)果分析：通過觀察兩個不同信號的頻譜我們可以清晰的看到在截止頻率周圍器頻譜的變化。因為是IIR濾波器的緣故，其頻譜是相應(yīng)周期延托。故而低通濾波器處理信號結(jié)果是如同上右下圖的。試驗成功。四：設(shè)計總結(jié)通過這次數(shù)字信號處理的課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性，從理論中得出結(jié)論，從實踐中提高自己。才能真正的鍛煉自己，雖然這次的課程設(shè)計經(jīng)歷了半個月，但是我還是學(xué)會了很多很多的東西，在鞏固以前所學(xué)過的知識同時，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次設(shè)計，進一步加深了真正培養(yǎng)了自己的獨立思考能力與動手能力。這次試驗也讓我認識到了自身的很

7、多不足。其一就是對于數(shù)字信號處理課程知識的不透徹，讓我在一些基礎(chǔ)東西的處理上顯得不是很游刃有余。特別是在編寫程序時，發(fā)現(xiàn)自己還是有很大的提升空間的。實驗雖然結(jié)束了，但我們學(xué)習(xí)還在繼續(xù)。我將更加努力。雖然也受了很多的挫折，不過也正是這些的挫折讓我收獲了更多，不只是信心的提升。同樣強化了我以后面對挫折的不懈心態(tài)。這次課程設(shè)計收獲很多。源程序代碼：原始語音信號y,fs,nbits=wavread ('C:UsersAdministratorDesktopqjs.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量ysound(y,fs,nbits); %播放語音信號N=length (y) ;

8、 %計算采樣點的長度 Y=fft(y,N); %fft變換 subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信號波形');xlabel('時間n');ylabel('幅值');subplot(2,1,2);plot(abs(Y);title('原始信號頻譜');xlabel('頻率Hz');ylabel('幅值');噪聲信號y,fs,nbits=wavread ('C:UsersAdministratorDesktopqjs.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量

9、yN=length (y) ; %計算采樣點的長度 t=0:1/44100:(size(y)-1)/44100; %將所加噪聲信號的點數(shù)調(diào)整到與原始信號相同Au=0.08d=Au*cos(2*pi*3500*t); %噪聲為3.5kHz的余弦信號y1=d'%將噪聲進行轉(zhuǎn)置，以便使噪聲與信號的行列相同，進行相加sound(y1,fs,nbits);Y1=fft(d,3800); %fft變換 subplot(2,1,1);plot(d);title('噪聲的波形');subplot(2,1,2);plot(abs(Y1);title('噪聲的頻譜');加噪

10、聲之后的語音信號y,fs,nbits=wavread ('C:UsersAdministratorDesktopqjs.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量y%sound(y,fs,nbits); %播放語音信號N= length (y) ; %計算采樣點的長度 Y=fft(y,N); %fft變換 subplot(2,2,1);plot(y);title('原始信號波形');subplot(2,2,2);plot(abs(Y);title('原始信號頻譜');t=0:1/44100:(size(y)-1)/44100; %將所加噪聲信號的

11、點數(shù)調(diào)整到與原始信號相同Au=0.08d=Au*cos(2*pi*3500*t); %噪聲為3.5 kHz的余弦信號y1=d'%將噪聲進行轉(zhuǎn)置，以便使噪聲與信號的行列相同，進行相加x1=y+y1;sound(x1,fs,nbits);subplot(2,2,3);plot(x1);title('加噪語音信號的時域波形');S=fft(x1); %傅里葉變換subplot(2,2,4);plot(abs(S); title('加噪語音信號的頻域波形');濾波器的程序wp=0.08*pi;ws=0.1*pi;%濾波器的指標Rp=1;%通帶內(nèi)的最大衰減Rs=1

12、5;%阻帶內(nèi)的最小衰減Fs=44100;Ts=1/Fs;wp1=2/Ts*tan(wp/2); %將數(shù)字指標轉(zhuǎn)換成模擬指標ws1=2/Ts*tan(ws/2); N,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,'s');%選擇濾波器的最小階數(shù)Z,P,K=buttap(N); %創(chuàng)建butterworth模擬濾波器Bap,Aap=zp2tf(Z,P,K);b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn); %低通到低通bz,az=bilinear(b,a,Fs); %用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換H,W=freqz(bz,az); %繪制頻率響應(yīng)曲線figure(

13、1)plot(W*Fs/(2*pi),abs(H)grid;%網(wǎng)格xlabel('頻率Hz');ylabel('頻率響應(yīng)幅度')title('Butterworth');濾波的程序y,fs,nbits=wavread ('C:UsersAdministratorDesktopqjs.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量yN=length (y) ; %計算采樣點的長度t=0:1/44100:(size(y)-1)/44100; %將所加噪聲信號的點數(shù)調(diào)整到與原始信號相同Au=0.08d=Au*cos(2*pi*3500*t)

14、; %噪聲為3.5 kHz的余弦信號y1=d'%將噪聲進行轉(zhuǎn)置，以便使噪聲與信號的行列相同，進行相加x1=y+y1;wp=0.08*pi;ws=0.1*pi;Rp=1;Rs=15;Fs=44100;Ts=1/Fs;wp1=2/Ts*tan(wp/2); %將數(shù)字指標轉(zhuǎn)換成模擬指標ws1=2/Ts*tan(ws/2); N,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,'s');%選擇濾波器的最小階數(shù)Z,P,K=buttap(N); %創(chuàng)建butterworth模擬濾波器Bap,Aap=zp2tf(Z,P,K);b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn); bz,az

15、=bilinear(b,a,Fs); %用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換H,W=freqz(bz,az); %繪制頻率響應(yīng)曲線subplot(2,3,1)plot(W*Fs/(2*pi),abs(H)gridxlabel('頻率Hz')ylabel('頻率響應(yīng)幅度')title('Butterworth')f1=filter(bz,az,x1);sound(f1,fs,nbits);subplot(2,3,2)plot(t,x1) %畫出濾波前的時域圖title('濾波前的時域波形');subplot(2,3,3)plot(t,f1); %畫出濾波后的時域圖title('濾波后的時域波形');f=fs*(0:511)/2048;y2=fft(x1,2048);subplot(2,3