使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器課程設(shè)計(jì)

1、長沙理工大學(xué)數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院計(jì)算機(jī)與通信工程專 業(yè)通信工程班 級(jí) 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師課程成績 完成日期課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定學(xué) 院計(jì)算機(jī)與通信工程專 業(yè)通信工程班 級(jí) 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師完成日期 2015年3月13日指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)評(píng)分項(xiàng)目優(yōu)良中及格不及格課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計(jì)完成情況課程設(shè)計(jì)動(dòng)手能力文字表達(dá)學(xué)習(xí)態(tài)度規(guī)范要求課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見綜合成績 指導(dǎo)教師簽字 2015年3月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書計(jì)算機(jī)與通信工程系通信工程專業(yè)課程名稱數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)時(shí)間20142015學(xué)年第二學(xué)期12周學(xué)生姓名

2、指導(dǎo)老師題目語音信號(hào)濾波去噪一使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器主要內(nèi)容：用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜特點(diǎn)，加入一個(gè)帶 外單頻噪聲，使用頻率采樣法設(shè)一個(gè)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該含噪語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，畫出頻率采樣型濾波器結(jié)構(gòu)圖。比較濾波前后的波 形和頻譜并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過的理論得出合理的結(jié)論。 與不同濾波方 法的同學(xué)比較各種濾波方法性能的優(yōu)劣。要求：(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程實(shí)際。(2)設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3)處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該而且應(yīng)符合理論。(4)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。應(yīng)當(dāng)提交的文件：(1)課程設(shè)

3、計(jì)學(xué)年論文。(2)課程設(shè)計(jì)附件(主要是源程序)。3 / 25語音信號(hào)濾波去噪 使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR 濾波器學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師：摘 要 此次課程設(shè)計(jì)是使用頻率采樣法設(shè)計(jì)一個(gè)頻率采樣型濾波器， 對(duì)一段加噪的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，并且對(duì)濾波前后的時(shí)域波形和頻譜分析濾波性能。此次課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為 MATLAB7.0 ，開發(fā)工具是M 語言編程。首先利用 Windows 錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)， 并人為加入單頻噪聲， 然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率，再設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波去噪處理，最后比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析，并用VISIO 繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖。由分析結(jié)果可知，濾

4、波后的語音信號(hào)與原始語音信號(hào)基本一致，即設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器能夠去除信號(hào)中所加單頻噪聲，即達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞 MATLAB ；濾波去噪；頻率采樣法；頻率采樣型濾波器； VISIO1.1 引言濾波去噪 1是信號(hào)處理中一種最基本但十分重要的技術(shù)。利用濾波可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需的信號(hào)，抑制不需要的信號(hào)。濾波器就是這樣一種可以在時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行濾波處理的系統(tǒng)。通常情況下，有用信號(hào)和干擾信號(hào)是在不同頻段上的，于是通過對(duì)濾波器的頻率特性精心設(shè)計(jì)就能達(dá)到濾波的目的。 本課程設(shè)計(jì)是采用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率抽樣型濾波器，從而對(duì)語音信號(hào)濾波去噪。通過對(duì)比濾波前后的波形圖及回放濾波前后的語音信號(hào)，來判斷

5、濾波器對(duì)噪聲信號(hào)確實(shí)有濾除作用。1.2 課程設(shè)計(jì)目的(1)熟悉使用MATLAB ；(2)了解FIR 濾波器原理及結(jié)構(gòu)；(3)利用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)用MATLAB 設(shè)計(jì)一個(gè) FIR 濾波器；(4)提高自己動(dòng)手的能力。(5)對(duì)加噪的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后的時(shí)域波形和頻譜并進(jìn)行分析；1.3 課程設(shè)計(jì)的要求(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程設(shè)計(jì)。(2)設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3)處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。(4)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.4 設(shè)計(jì)平臺(tái)本課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為 MATLAB7.0 。 MATLAB 的名稱源自 Matri

6、x Laboratory， 1984 年由美國 Mathworks 公司推向市場(chǎng)。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。 1993 年 MathWorks 公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得MAPLE 軟件的使用權(quán)， 從而以 MAPLE 為 “引擎 ”開發(fā)了符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱( Symbolic Math Toolbox) 2。2 設(shè)計(jì)原理用 windows 自帶的錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)， 繪制波形并觀察其頻譜， 給定相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，用頻率采樣法

7、設(shè)計(jì)的一個(gè)滿足指標(biāo)的頻率采樣型FIR 濾波器，對(duì)該語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析。2.1 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)FIR(Finite Impulse Response濾波器3:有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此， FIR 濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。有限長單位沖激響應(yīng)(FIR)濾波器有以下特點(diǎn):(1)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h (n)在有限個(gè)n值處不為零(2)系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|&g

8、t;0處收斂，極點(diǎn)全部在z = 0處(因果系統(tǒng))(3)結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中(例如頻率 抽樣結(jié)構(gòu))也包含有反饋的遞歸部分。2.2 頻率采樣型結(jié)構(gòu)把一個(gè)有限長序列(長度為 N點(diǎn))的z變換H (z)在單位圓上作N等分抽樣，就得 到H (k),其主值序列就等于h (n)的離散傅里葉變換H (k)。那里也說到用H (k)表示的H (z)的內(nèi)插公式為H(z) (1 zN)NN 1 H (k)k 0I WNkz 1(2.1)2 / 25這個(gè)公式就為FIR濾波器提供了另外一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由兩部分級(jí)聯(lián)組成H(z)1 N 1九Mk°Hk(2.2)其中級(jí)聯(lián)的第一部分

9、為梳狀濾波器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示:(2.3)Hc(z) (1 z N)1.Y(n).-Z -N圖2-1梳狀濾波器結(jié)構(gòu)圖第二部分由N個(gè)諧振器組成的諧振柜。它是由N個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成，而這每一個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)諧振器Hk(z)H(k)1 WNkz 1(2.4)其結(jié)構(gòu)如下圖所示:H(k)Hk(z)圖2-2 一階諧振器頻率抽樣型結(jié)構(gòu)特點(diǎn):2(1)它的系數(shù)H(k)直接就是濾波器在Wk k處的頻率響應(yīng)。因此，控制濾波器的 N頻率響應(yīng)是很直接的。(2)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：(a)所有的相乘系數(shù)及H(k)都是復(fù)數(shù)，應(yīng)將它們先化成二階的實(shí)數(shù)，這樣乘起來較復(fù) 雜，增加乘法次數(shù)，存儲(chǔ)量。(b)所有諧振器的極點(diǎn)都是在單位

10、圓上，由WNk決定考慮到系數(shù)量化的影響，當(dāng)系數(shù)量化時(shí)，極點(diǎn)會(huì)移動(dòng)，有些極點(diǎn)就不能被梳狀濾波器的零點(diǎn)所抵消。(零點(diǎn)由延時(shí)單元決定，不受量化的影響)系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。(3)將一階網(wǎng)絡(luò)合并為二階網(wǎng)絡(luò)(a)第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)實(shí)系數(shù)的二階網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閔(n)是實(shí)數(shù)，它的DFT也是圓周共腕對(duì)稱的。(2.5)*H (k) H (N k) k 1,2,3,L N 1因此，可以將第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)Hk(z)H(k)1 rWNkz 1H (N k)1 rWN(Nk)z1*H(k) H (k)1 rWNkz 11 rWNk*z13 / 25H(k)1 k*k2 k k* 21 z W

11、nWn r r2WN Wn z10k 1kz(2.6)圖2-3二階網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖除了共腕復(fù)根外，還有實(shí)根。當(dāng)N=偶數(shù)時(shí)，有一對(duì)實(shí)根，它們分別為k 0,k更兩點(diǎn)2Ho(z)野和Hn(z)1 rz2H(N2)1 rz 1(2.7)23 / 25H0(z).當(dāng)N=奇數(shù)時(shí)，只有一個(gè)實(shí)根z=r（k=0）,即只有（c）修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（N=偶數(shù)）圖2-4修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（N=偶數(shù)）H(z)N N、1 r H(0)(1 r z ) NKH吟)1 rz 1N/2 110k1kz.,12k 1 1 z 2rcos(- k)N(2.8)修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖（N=奇數(shù)）圖2-5修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖(N=奇數(shù))H

12、(z)-N N、1H(0)(1 r ZN/2 110k 1kz1122 21 z 2r cos(k) r zN(2.9)(2.10)h(n),(2.11)2.3 頻率采樣法設(shè)計(jì)思路:這種設(shè)計(jì)方法是從頻域進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種方法，首先給定一個(gè)希望逼近的頻率響應(yīng)k 0,1,2,., N 1H(k) Hd(ej )12kkN知道H(k)后，由IDFT定義，可以用這N個(gè)采樣值H(k)來惟一確定有限長序列1 N 1h(n) H(k)WNnkn 0,1,2,., N 1N k oH(z)h(n)zn 0(2.12)(2.13)(2.14)(2.15)N 1H (ejw ) h(n)e jwnn 0內(nèi)插公式：N

13、12H(ej ) H(k)kk 0N式中，(是內(nèi)插函數(shù)sin( N /2) j (n 1)/2eN sin( /2)四種線性相位的FIR濾波器如下表2-1所示。表2-1四種線性相位的FIR濾波器美型H中1型設(shè)廿戶跳N為奇數(shù)風(fēng)關(guān)于小噸、瓜 而偶對(duì)林N-i 曜。型版坨=網(wǎng)耳1-始，W為偶數(shù)現(xiàn)M關(guān)于W=Ck女偶對(duì)稱關(guān)于0)=1奇對(duì)稱23型網(wǎng)域=-坂MLii),腦為奇數(shù)時(shí)卬)關(guān)于5=0、取2兀奇對(duì)肺V- 1JT4型Ku戶.及M削禺?dāng)?shù)城W關(guān)于3-0,加苛對(duì)稱，關(guān)于CDF偶對(duì)稱22逼近誤差及其改進(jìn)措施這樣設(shè)計(jì)所得到的頻響H(ej則要求的理想頻響Hd(ej會(huì)有一定的差別(1)采樣點(diǎn)上濾波器的實(shí)際頻率響應(yīng)是嚴(yán)

14、格地和理想頻率響應(yīng)數(shù)值相等的。(2)但是在采樣點(diǎn)之間的頻響則是由各采樣點(diǎn)的加權(quán)內(nèi)插函數(shù)的延伸疊加而成的，因而有一定的逼近誤差，誤差大小取決于理想頻率響應(yīng)曲線形狀。(3)理想頻率響應(yīng)特性變化越平緩，則內(nèi)插值越接近理想值，逼近誤差越小。(4)如果采樣點(diǎn)之間的理想頻率特性變化越陡，則內(nèi)插值與理想值的誤差就越大，因而在理想頻率特性的不連續(xù)點(diǎn)附近，就會(huì)產(chǎn)生肩峰和起伏。濾波器性能的改善：(1)增加過渡帶采樣點(diǎn)，它可以大大減少振蕩，阻帶衰減也可以得到進(jìn)一步改善。一 般一點(diǎn)到二點(diǎn)的過渡帶采樣即可得到滿意的結(jié)果。(2)增加采樣點(diǎn)密度，過渡帶的寬度與采樣點(diǎn)數(shù)N成反比。但N值意味著或長度的增加，濾波器運(yùn)算量必然增大

15、4。3設(shè)計(jì)步驟3.1 設(shè)計(jì)流程圖圖3-1流程圖3.2 錄制語音信號(hào)使用電腦錄音機(jī)錄制一段語音信號(hào)，屬性設(shè)置為8000Hz, 8位單聲道的音頻格式。如圖3.1-2所示:圖3-2語音信號(hào)設(shè)置然后在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，源程序?yàn)椋?x,fs,bits=wavread('ht.wav'),記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，matlab 實(shí)現(xiàn)得：fs=8000; bits=8。3.3 語音信號(hào)的頻譜分析在MATLAB中編寫加噪之后時(shí)域，頻域?qū)Ρ葓D的源程序如下：x,fs,bits=wavread('D:ht.wav');%輸入?yún)?shù)為文件的全

16、路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits); %按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x); %計(jì)算信號(hào)x的長度fn=2500;%單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs; %計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x' y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t); % 力口噪sound(y,fs,bits); %應(yīng)該可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); %對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換，取幅度譜X=X

17、(1:N/2); Y=Y(1:N/2);% 截取前半部分deltaf=fs/N;%計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf;%計(jì)算頻譜頻率范圍運(yùn)行結(jié)果如下圖所示:圖3-3加噪前后時(shí)域頻域?qū)Ρ葓D由圖3.3-1可以看出，在頻域?yàn)?500Hz處加入了一個(gè)單頻噪聲，而加入噪聲之后, 時(shí)域的波形出現(xiàn)了明顯失真，通過聽取原聲音信號(hào) x和加噪聲音信號(hào)y,可以明顯聽到 y語音信號(hào)中有一明顯尖銳噪聲。3.4 濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器，將單頻信號(hào)濾出去，源程序如下所示：fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=0.5;As=45;% 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)

18、fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu);%計(jì)算上下邊帶中心頻率fcd fcu,和頻率間隔dfwp=fcd/fs*2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將 Hz 為單位的模擬頻率換算為 rad 為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;% 設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;wl=2*pi*l/M;T1=0.6025,T2=0.127%過渡帶的抽樣值NP1Hx(M*fpd/8000);NS1Hx(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M

19、*fpu/8000);%各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2)O6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,M-2*NP2-5),0.6 025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,NP1-3);Hdr=1,1,0,0,1,1;%帶阻濾波器的參數(shù)設(shè)置wdl1=fpd*2/fs;wdl2=fsd*2/fs;wdl3=fsu*2/fs;wdl4=fpu*2/fs;%radwdl=0,wdl1,wdl2,wdl3,wdl4,1;k1=0:floor(M-1)/2);k2=fl

20、oor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(ifft(H,M);db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);Hr,ww,a,L=hr_type2(h);程序運(yùn)行結(jié)果如下圖3.3-2所示：f JI Figure 1zi - j E lit Z =T.1：1二一一一二 Z -ikIu j . i _ _!'. Hr j_J閏口IM、鼻仃。也父I口呂I口誠遁黑湍度響應(yīng)圖3-4濾波器參數(shù)圖由圖3-4可以看出，濾波器的衰減大于設(shè)定值 As=45，

21、滿足性能指標(biāo)，濾波器的衰減 可由增加過度帶寬來得到。上圖中的抽樣值 M=41,因此阻帶的帶寬比較寬。可以通過 調(diào)大M值來使得阻帶的帶寬變窄，但這樣會(huì)使得濾波器的階數(shù)相應(yīng)的增加，使得其結(jié) 構(gòu)圖標(biāo)的復(fù)雜，為了是濾波器能達(dá)到相應(yīng)的性能要求，又使得其結(jié)構(gòu)變得簡單，最終取M值為413.5 信號(hào)濾波處理原程序如下所示: %進(jìn)行濾波處理z=filter(h,1,y); %用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波Z=fft(z);Z=Z(1:length(Z)/2); % 計(jì)算頻譜取前一半程序運(yùn)行結(jié)果如下圖3.3-3所示:圖3-5濾波前后時(shí)域，頻域?qū)Ρ葓D頻譜取前一半由上圖3-5可以看出，在濾波之后時(shí)域圖能得到恢復(fù)，頻域圖

22、中的單頻噪聲信號(hào)也的到濾除，說明了設(shè)計(jì)的濾波器能濾除加入的噪聲信號(hào)，因此說達(dá)到了 設(shè)計(jì)的要求3.6 結(jié)果分析根據(jù)噪聲的頻率由圖3-4可知,開始通過分析決定設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻的濾波器來濾除加入的單頻噪聲, 來設(shè)計(jì)阻帶的范圍。在采集語音信號(hào)后，按照步驟用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率采樣型濾波器設(shè)計(jì)的濾波器達(dá)到要求。我們觀察到圖3-5濾波前后語音信號(hào)的波形對(duì)比圖， 發(fā)現(xiàn)時(shí)域 波形中加干擾噪聲后有明顯的變化，不過經(jīng)過濾波后幾乎沒有變化，說明設(shè)計(jì)的濾波器 達(dá)到要求。再通過聽取原始語音信號(hào)，加噪信號(hào)y,和濾波之后的信號(hào)z。對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)濾波器確實(shí)濾除了噪聲。從理想的角度考慮，該帶阻濾波器的阻帶帶寬應(yīng)該可以變得更窄， 讓濾

23、波效果更好， 但是這樣的采樣值會(huì)變得非常大，考慮到實(shí)際的情況，通過權(quán)衡之后，決定犧牲帶寬來 使得濾波器的階數(shù)降低，因此在上圖 3-5中我們可以看出，在噪聲頻譜左右兩邊的信號(hào) 也被濾除了。3.7 濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過計(jì)算得出濾波器的系數(shù)如下圖所示:2, QQOQL 0000-E97661. 0000“ DQQQ-0.»7i0. W1L 0000-1.90681.00G02. QQQQ。.9883-0,98831. 0000-1.79231. 0000界-0, 973T0.9737L 0000-I.43S91.00002. QDOQ0.9534-0.9534L 000。7.441。l.QQ

24、OO2, OQCO-0.M7S0.92751. 0000-1.21251,00002, 00000. 892-0,B9621, 0000-0.95541. 00002, 0000-0, 8&96Q.E5941. 0000-0.47601.00002. 00000,B17I應(yīng)BUSL 0V00一（L 3808I. OOOQU20E47, 771E口. 77。1. 0000-0,07661.0000。，254。，72057.7205L 00000.22941. 00000. 0000-0, 66530. 6653.oooo0.S30Q1.00000. 00000. 3162* 99S6L

25、0Q00e.aiti1. OOMG. oodo0. 00001.0000i.osn1.00000, 25400, 9G1-0. n«s1, 00001.33071.00001.2Q500. 40110,409t1. 0000I.B430LOOM2. 00000, 3380-0.3380L 0G00L7191l.OOQO2. OQOO-0. 265口0. 26印LOQOQ1J550LOOM2. 00000.1*04-Q+ E9Q41. 00001.94741.00002, 0000-0. 11470, “471. 00001.99111.00D01. 00000. 0383-0,038

26、iI, 0000-i.OOOO0圖3-6濾波器系數(shù)根據(jù)以上求出的系數(shù)，利用 VISIO軟件來繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:-0.99712.0000Z1-1Z1-1Z1-1.8550-12.00000.0383't,11.9766Z1 0.99710.19042.0000-0.1904 Z1 -0.0383z10.98832.00004-72.0000-0.9737L -1近4一. 1.7923 * 0.9737 11 iI -1 f0.95342.0000.1bF*I*i口.63591區(qū)-0.9534 j11_-0.9275 2.0000 JL -11PZ19IF9IP111.441

27、0 1Z1 0fcg275 11i-：Ffl0.89622.0000 A .tf1i1.2125 100.8962 j1c -J-0.8596 2.0000L -111| 0.9554 * 0.8596 1I -1 F0.81792.0000j4 一10 0.6760-0.8179 jIr1.9068-1/ -0.9883-0.7715 2.00000.3808 Z10.7715-1z10.72051.2050-0.7205z11 -0.229440癖53 LZOZ11-0.40910.2540i -1.3307 J Z1 0.4091 I0.3380b1.2050jH4-0.6653 0.2

28、5401-1.5430Z1-0.2650 2.0000-1.7191 ，1 0.2650 1-1-0.1147 2.0000-1.9474-1Z1 0.1147Z11.0000Z1圖3-7濾波器的結(jié)構(gòu)圖4 出現(xiàn)的問題及解決辦法在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于基礎(chǔ)不扎實(shí)，出現(xiàn)了很多問題，即有MATLAB 軟件操作不當(dāng)，也有知識(shí)掌握程度不夠出現(xiàn)的各種問題。1，在一開始錄制語音信號(hào)時(shí)，沒有修改參數(shù)值，導(dǎo)致頻率抽樣過高，后在老師的提醒之下將頻率修改為8000hz。2， 在調(diào)用音樂文件時(shí)沒有將文件放在MATLAB 的工作文件夾下面， 到時(shí)文件找不到，還有程序中用到的各種函數(shù)都沒有放入正確的位置。3，在繪制加噪前

29、后頻率對(duì)比圖時(shí)，留白過多，對(duì)比不明顯，通過axis 函數(shù)對(duì)橫縱坐標(biāo)進(jìn)行限定4，在使用visio 軟件繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖時(shí)，沒有合理規(guī)劃整個(gè)頁面，導(dǎo)致重新繪制。5，在使用visio 繪制結(jié)構(gòu)圖時(shí)，前面濾波器參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以濾波器的系數(shù)發(fā)生了改變，只能重新修改參數(shù)。6，在設(shè)計(jì)濾波器的過程中，沒有準(zhǔn)確理解每一條指令代表的含義，導(dǎo)致程序前后不對(duì)應(yīng)，出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，通過matlab 中的錯(cuò)誤提示，準(zhǔn)確找到錯(cuò)誤的那一行代碼，進(jìn)行修改。7，在設(shè)計(jì)濾波器的過程當(dāng)中，濾波器的衰減小于開始所設(shè)置的值，通過犧牲過渡帶和調(diào)節(jié)過渡帶的采樣值，即 T1 和 T2 來使得衰減大于所設(shè)定值A(chǔ)s 。8，頻譜圖沒有進(jìn)行去前半

30、段的處理。9，最后聽取濾波后聲音，沒有將其保存，在請(qǐng)教了同學(xué)之后，學(xué)會(huì)了如何保存濾波后的聲音文件。10，在設(shè)計(jì)濾波器的過程當(dāng)中，抽樣點(diǎn)數(shù)過高，是的濾波器的階數(shù)很高，導(dǎo)致繪圖困難。通過降低抽樣的點(diǎn)數(shù)，來平衡濾波器階數(shù)和阻帶帶寬之間的矛盾。5 結(jié)束語這是第三次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)了，在前面的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中我們學(xué)習(xí)到了如何使用matlab,所以對(duì)于matlab軟件的使用并沒有那么陌生了，盡管如此， 在使用matlab的過程當(dāng)中還是出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，比如說忘記添加函數(shù)文件，參數(shù)前后不對(duì)應(yīng)之類的低級(jí)錯(cuò)誤。在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，還學(xué)習(xí)到了另外一個(gè)繪圖軟件， VISIO ，相對(duì)而言，是比較容易操作的，在這次課程設(shè)計(jì)中主要

31、用來繪制各類結(jié)構(gòu)圖，以及流程圖。此次課程設(shè)計(jì)，讓我更深入的了解到頻率抽樣法以及頻率抽樣型的濾波器，由開始的無從下手，再翻閱書上的例子，首先決定使用低通的濾波器將噪聲濾除，但由于是加入的是一個(gè)單頻的信號(hào)噪聲，就決定使用帶阻濾波器，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料時(shí)，大多是低通濾波器，沒有帶阻濾波器的例子，所以就通過書籍信號(hào)與系統(tǒng)上高通的例題來進(jìn)行修改，當(dāng)然這過程不是一蹴而就的。經(jīng)過了一次又一次的錯(cuò)誤，才得出來最后的模型。還有這也是我和其他同學(xué)一起討論出來的。這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)濾波器的類型有了一個(gè)更加完整了解， 在設(shè)計(jì)中也使我對(duì)一些概念有了更深刻的認(rèn)識(shí)。例如：在濾波器分類方面，我深刻的了解了低通，高通濾波器與帶

32、通， 帶阻濾波器的特性區(qū)別。 還有在課程設(shè)計(jì)中每一次的數(shù)據(jù)輸入都有其重要意義，用 MATLAB 編譯程序時(shí)，可以根據(jù)濾波器指標(biāo)的要求實(shí)時(shí)知道對(duì)濾波器的影響。通過一次次的調(diào)試和權(quán)衡使濾波器的性能達(dá)到最佳。課程設(shè)計(jì)不僅要求對(duì)濾波器理論的研究，更重要的是培養(yǎng)一種遇到問題解決問題的思維。因?yàn)橛辛诉@次課程設(shè)計(jì)，我懂得了書本知識(shí)只是實(shí)際應(yīng)用的理論指導(dǎo)。如果僅僅只學(xué)習(xí)書本知識(shí)，不去在實(shí)踐中運(yùn)用，那只是停留在只知其表，不知其因的層面。比如在數(shù)學(xué)計(jì)算上，可以將噪聲完全濾除，而在這次設(shè)計(jì)中，若要完全濾除噪音，濾波器的階數(shù)就會(huì)增高，在現(xiàn)實(shí)生活中是很難實(shí)現(xiàn)的，所以噪聲是不能完全濾除的。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我相信這次課程設(shè)

33、計(jì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)是很有幫助的，它讓我將理論更好地和實(shí)踐相結(jié)合，提高了動(dòng)手的能力，也填補(bǔ)了自己學(xué)習(xí)上的一些不足。這次課程設(shè)計(jì)能取得成功，不僅僅是我一個(gè)人的努力的結(jié)果，更離不開指導(dǎo)老師與同學(xué)的幫助，在此向老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)1 吳鎮(zhèn)揚(yáng)，數(shù)字信號(hào)處理M. 高等教育出版社， 20042 張圣勤 .MATLAB7.0 實(shí)用教程 M. 北京：機(jī)械工程出版社， 20063 程佩青數(shù)字信號(hào)處理教程M 北京：清華大學(xué)出版社， 20024 高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理M. 第三版.西安：西安科大出版社，1994附錄：源程序% 程序名稱：ht1.m% 程序功能：設(shè)計(jì)一頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型的濾波器

34、，然后對(duì)一加單憑頻噪聲信號(hào)去噪% 程序作者：賀婷% 最后修改日期： 2015-3-10x,fs,bits=wavread('D:ht.wav');% 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits); % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x); % 計(jì)算信號(hào) x 的長度fn=2500;% 單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x' y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t

35、); % 添加噪聲sound(y,fs,bits); % 可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft 變換 ,取幅度譜X=X(1:N/2); Y=Y(1:N/2);% 截取前半部分deltaf=fs/N;% 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf;% 計(jì)算頻譜頻率范圍% %設(shè)計(jì)濾波器fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=0.5;As=45;% 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd)

36、,(fpu-fsu); % 計(jì)算上下邊帶中心頻率fcd fcu ，和頻率間隔 dfwp=fcd/fs*2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將 Hz 為單位的模擬頻率換算為 rad 為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;% 設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;T1=0.6025,T2=0.127%過渡帶的抽樣值NP1=fix(M*fpd/8000);NS1=fix(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M*fpu/8000);% 各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2),0.6025,0.1

37、27,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,M- 2*NP2-5),0.6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,NP1-3);k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(ifft(H,M);% 求 FIR 單位沖擊響應(yīng)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);% 幅頻特性曲線Hr,ww,a,L=h

38、r_type2(h);%畫圖subplot(2,2,1);stem(l,h);title(' 濾 波 器 單 位 沖 擊 響 應(yīng) ');xlabel('n');ylabel('y(n)');axis(0 40 -1 1);grid on;subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha);title(' 濾波器相位響應(yīng) ');xlabel('w/pi');ylabel(' 相位pha');axis(0 1 -4 4);grid on;subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);

39、title(' 濾 波 器 幅 度 響 應(yīng) ');xlabel('w/pi');ylabel('dB');axis(0 1 -50 20);grid on;%畫線X_l=0,0,wp/pi,ws/pi;1,1,wp/pi,ws/pi;Y_l=-As,-Rp,-50,-50;-As,-Rp,20,20;% 在 wp ， ws， Rp， As 處畫線以更直觀判斷設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，每列參數(shù)是每個(gè)線條的端點(diǎn)坐標(biāo)line(X_l,Y_l,'Color','r','LineWidth',2,'LineSty

40、le','-')% 添加線寬為 2 的紅色線條subplot(2,2,4);plot(w/pi,mag);title(' 濾波器幅度響應(yīng) ');xlabel('w/pi');ylabel(' 幅度 mag');axis(0 1 0 1.2);grid on;% %進(jìn)行濾波處理z=filter(h,1,y); % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)x1 進(jìn)行濾波Z=fft(z);Z=Z(1:length(Z)/2); % 計(jì)算頻譜取前一半% %比較濾波前后的性能%在同一張大圖里分別繪制原始信號(hào)x ，加噪信號(hào)y ，濾波去噪信號(hào)z 的時(shí)域波形和頻譜，以便比較和分析。figure(2);subplot(321);plot(t,x);axis tight;grid on;title('原始語音信號(hào)時(shí)間x');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度')；% 繪制原始錄制的語音信號(hào)時(shí)間波形圖subplot(323);plot(t,y);axis tight;grid on;title('加干擾語音信號(hào)時(shí)間y');xlabel('