山西師范大學(xué)吳飛祥基于MATLAB的DTFT濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 山西師范大學(xué)本科畢業(yè)論文基于MATLAB的FFT濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名倪瑞院 系物理與信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程專業(yè)班 級(jí)0705學(xué) 號(hào)0752030242指導(dǎo)教師 行小帥答辯日期成績(jī) 基于MATLAB的FFT濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 內(nèi)容摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)分析與處理在當(dāng)代社會(huì)中發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)字濾波器也得到了廣泛的應(yīng)用，MATLAB為數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)寬廣的平臺(tái)。它是一門高級(jí)語言，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析與工程計(jì)算。本文綜合應(yīng)用了設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器所需的知識(shí)和信號(hào)頻譜分析的知識(shí)，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波。本文給出了數(shù)字濾波器的定義，設(shè)計(jì)原理，通過對(duì)錄音機(jī)采集信號(hào)，運(yùn)用MA

2、TLAB對(duì)書鋪信號(hào)進(jìn)行仿真，得出其頻譜圖，對(duì)加入干擾信號(hào)后的頻譜變化進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)類型地濾波器進(jìn)行濾波，恢復(fù)原有信號(hào)。通過著這種方法，可以達(dá)到去除噪音的目的。關(guān)鍵詞：濾波器 MATLAB仿真 頻譜變化Based on the MATLAB FFT filter of design and implementationAbstractAlong with the technological development of digital signal processing is playing more and more important role, digital filters also

3、 a wide range of applications, for the design of filter MATLAB provides a platform. It is a language used for data analysis and engineering calculation high-level language. The paper gives the definition of digital filter, design principle, through to the recorder, using MATLAB signal collecting boo

4、k shop signal, and simulation region.the spectrum diagrams, to join the jamming signal spectrum change after analysis, choose proper type to filter for filter, restore original signal. Through this method, reach the purpose of removing noise.Keywords: filter MATLAB simulation Spectrum change; 目 錄一、

5、引言1二 信號(hào)分析處理的內(nèi)容1三 數(shù)字濾波器1（一） 數(shù)字濾波器的定義以及類型的選擇1（二）數(shù)字濾波器的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程2（三） FIR濾波器與IIR濾波器的比較2（四） FIR濾波器設(shè)計(jì)原理2（五）用MATLAB實(shí)現(xiàn)DTFT系統(tǒng)3四、信號(hào)采集3五、選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)濾波器除噪5六、結(jié)束語7參考文獻(xiàn)8致謝9 基于MATLAB的FFT濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名：倪瑞 指導(dǎo)教師：行小帥 一、 引言 噪音污染在現(xiàn)代社會(huì)中顯現(xiàn)的越來越嚴(yán)重。各種各樣的噪聲污染都將會(huì)影響到人們的日常生活。數(shù)字濾波器能夠針對(duì)不同的噪聲進(jìn)行濾波并恢復(fù)原有信號(hào)。本文通過對(duì)濾波器類型的選擇，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)采集的信號(hào)除噪，達(dá)到濾

6、波的效果。二 信號(hào)分析處理的內(nèi)容 對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理，能夠充分獲取信息和有效利用的信息。什么是信號(hào)分析，信號(hào)分析就是通過測(cè)試方法或解釋方法找出不同信號(hào)的特征，進(jìn)而了解其特性，掌握它們隨時(shí)間或者頻率變化的頻率過程。通過信號(hào)分析，可以用一組有限的參量去表示一個(gè)復(fù)雜波形的信號(hào)，并能夠用這些分量的組成情況或者這組參量去考察信號(hào)特性。還可以將一個(gè)。信號(hào)分析是獲取信號(hào)傳遞系統(tǒng)特征信息或者信號(hào)源信息的一種非常重要的手段，我們通常會(huì)對(duì)信號(hào)特征深入分析，得到系統(tǒng)特性或者信號(hào)源。 信號(hào)處理就是指通過對(duì)信號(hào)的變換和加工，把一個(gè)信號(hào)變換成另一個(gè)信號(hào)的過程。例如，采用一定手段去除原信號(hào)中混雜的噪聲，恢復(fù)原信號(hào)，這就是

7、最基本信號(hào)處理過程。所以可以將信號(hào)處理理解成為了獲得特定的目的，通過一定的手段去改造信號(hào)的過程。 與模擬信號(hào)處理方法相比較，數(shù)字信號(hào)處理方法有非常多明顯有點(diǎn):(1)精度很高。在模擬信號(hào)處理中，要想元器件精度非常高是比較困難的，但對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，只要有足夠字長(zhǎng)就能夠達(dá)到很高的精度或者分辨率。（2）穩(wěn)定性很好。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)由少量大規(guī)模集成電路的標(biāo)準(zhǔn)組件組成，工作起來穩(wěn)定可靠，但是模擬系統(tǒng)的元器件，容易產(chǎn)生感應(yīng)和寄生振蕩等，也非常容易受溫度影響。（3）便于大規(guī)模集成。在數(shù)字信號(hào)處理中，數(shù)字部件具有高度規(guī)范性，沒有模擬電路中各種各樣模電感器、電容器和非標(biāo)準(zhǔn)型器件。特別是在處理低頻信號(hào)時(shí)，運(yùn)用

8、模擬電路，各個(gè)器件數(shù)值和體積都非常大，不能獲得很好的選擇性，這時(shí)若采用數(shù)字信號(hào)處理就能夠體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。（4）靈活性很強(qiáng)。性能由乘法器各個(gè)系數(shù)和運(yùn)算程序決定。這些全都存儲(chǔ)在數(shù)字系統(tǒng)中，所以我們只需要改變運(yùn)算程序或者系數(shù)，就可以改變系統(tǒng)的特性，這樣子就比模擬系統(tǒng)方便得多。（5）多維的信號(hào)處理。，也能夠?qū)崿F(xiàn)二維或者多維濾波。（6）數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)能夠獲得很高性能指標(biāo)。比如在有限長(zhǎng)有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器中能夠?qū)崿F(xiàn)非常準(zhǔn)確的線性相位的特性，但模擬系統(tǒng)就不可以。三 數(shù)字濾波器（一）數(shù)字濾波器是指能夠改變輸入信號(hào)中某些頻率成分或這濾去某些頻率成分，它是通過一種數(shù)值運(yùn)算來改變輸入信號(hào)的頻譜結(jié)果，。數(shù)字濾

9、波器字信號(hào)處理方面起著非常重要的作用，在信號(hào)的還有參數(shù)的估計(jì)方面等都得到了廣泛應(yīng)用。、高通濾波器、帶。：在通帶內(nèi)能夠使信號(hào)受到非常小的衰減而通過；在通帶與阻帶之間的一段過渡帶可以使信號(hào)受到不同程度的衰減；在阻帶內(nèi)可以使信號(hào)受到很大的衰減而起到抑制作用。濾波器：（FIR數(shù)字濾波器）和無限長(zhǎng)（IIR數(shù)字濾波器），其中 IIR 數(shù)字濾波器只需要就可以，運(yùn)算量也小，但相位是非線性的。而且選擇性越好，它的非線性就越明顯。FIR，但是階數(shù)要求往往較高，這樣才能夠獲得很好選擇性。它是一種時(shí)間離散的系統(tǒng)。它有很多種優(yōu)點(diǎn)：精度非常高、可靠性很強(qiáng)、能夠程控改變特性或者復(fù)用、非常便于集成。數(shù)字濾波器在圖像信號(hào)處理方

10、面、醫(yī)學(xué)生物信號(hào)處理方面、語言信號(hào)處理方面以及其他的應(yīng)用領(lǐng)域都有著非常廣泛應(yīng)用。 （二）數(shù)字濾波器的過程設(shè)計(jì) （1）根據(jù)實(shí)際的需要來確定濾波器性能指標(biāo)要求； （2）； （3）利用有限的精度運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能； （4）。 （三）FIR濾波器與IIR濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。微型處這樣才能夠完成任務(wù)。空間。（四） FIR，提出濾波器的性能要求：來滿足。FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)為有限長(zhǎng)的，網(wǎng)絡(luò)中也沒有反饋回路。 FIR：，其中N為長(zhǎng)度。也可以用來表示，其中為相位特性函數(shù)，Hg(w)為幅度特性函數(shù)。對(duì)于第一類線性相位，相位特性函數(shù)=,(是常數(shù))。 線性相位條件：對(duì)于第一類線性相位FIR的約束條件：要求和

11、h(n)滿足=，其中=；h(n)=h(N-n-1)，其中。 對(duì)Hg(w)的約束：（1）當(dāng)h(n)=h(N-n-1)，N為奇數(shù)時(shí)，Hg(w)=h()+由上式可以看出Hg(w)關(guān)于w=0, ,2三點(diǎn)偶對(duì)稱，所以其可以實(shí)現(xiàn)低通濾波器，。（2）當(dāng)h(n)=h(N-n-1)，N為偶數(shù)時(shí)，Hg(w)=，其中=，有上式可以看出Hg(w)關(guān)于w= 奇對(duì)稱，關(guān)于w=2偶對(duì)稱，所以對(duì)這種情況不能夠?qū)崿F(xiàn)高通濾波器，帶阻濾波器。（五）用MATLAB實(shí)現(xiàn)DTFT系統(tǒng) MATLAB工具箱只通過簡(jiǎn)單函數(shù)調(diào)用，就為濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開辟了廣闊的天地，。 設(shè)輸入一個(gè)離散信號(hào)xn,則其DTFT：.其反變換n= .用MATLAB計(jì)

12、算一個(gè)信號(hào)DTFT時(shí)，若xn是無限長(zhǎng)信號(hào)時(shí)，則將 xn截?cái)嗟揭粋€(gè)有限長(zhǎng)信號(hào)，計(jì)算時(shí)需要注意到時(shí)定義在連續(xù)變量。我們求值時(shí) 只能在離散樣本上去求解。所以頻率樣本要多選擇一些，以免減少誤差。合適的樣本應(yīng) 該選擇在上，其中k=0,1N-1.當(dāng)，xn對(duì)應(yīng)頻率特性,K=0,1,N-1由于FFT在MATLAB應(yīng)用中能高效實(shí)現(xiàn)，則在設(shè)計(jì)程序時(shí)，用FFT來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的DTFT。 四、信號(hào)采集n=length(y);%求出信號(hào)長(zhǎng)度Y=fft(y,n);%傅里葉變換subplot(2,1,1);plot(y);subplot(2,1,2);plot(abs(Y);圖一是原有信號(hào)頻譜'sxsd'五、選

13、擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)濾波器除噪 通過對(duì)所得待處理信號(hào)的頻譜分析，數(shù)字特征，信號(hào)的特點(diǎn)，濾波器選擇原理，我們應(yīng)該選擇低通數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波。低通數(shù)字如下： 本文采用雙線性變換法來對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，程序如下：'sxsd''r' 圖3六、結(jié)束語語音信號(hào)處理是一門語言與數(shù)字信號(hào)處理箱結(jié)合的學(xué)科，但在這里不是純粹研究語音學(xué)，而是把它當(dāng)成一種特殊的輸入信號(hào)來研究，一種輸入向量來處理。通過MATLAB應(yīng)用軟件，我們可以畫出原始信號(hào)，可以獲得其頻譜圖，通過濾波器的分析與設(shè)計(jì)可以對(duì)加噪信號(hào)進(jìn)行濾波。我們將這一過程應(yīng)用于某一實(shí)際領(lǐng)域，即對(duì)某一信號(hào)加噪并進(jìn)行處理。論文特色：我們將一實(shí)際語音

14、信號(hào)數(shù)字化了，這樣我們可以只通過數(shù)字信號(hào)處理將語音信號(hào)進(jìn)行分析處理。通過比較加噪信號(hào)前后的頻譜，可以得到低通濾波器濾波效果最好。由此可知語音信號(hào)主要分布在低頻段。 寫論文是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初剛寫論文時(shí)對(duì)問題的模糊認(rèn)識(shí)到最后能夠?qū)υ撛O(shè)計(jì)有深刻的認(rèn)識(shí)，通過翻閱大量資料，對(duì)信號(hào)處理與濾波器的設(shè)計(jì)以及特性的選擇有了更加深入的了解?？傊?，通過畢業(yè)設(shè)計(jì),我體會(huì)到要做好一件事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待要解決的問題，要有耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來補(bǔ)充自己。 參考文獻(xiàn) 1.薛年喜編著，MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2003。2.王嘉梅編著，基于MATLAB的數(shù)字信號(hào)處理

15、與實(shí)踐開發(fā)，西安電子科技大學(xué)出版社，2007。3.方勇主編，數(shù)字信號(hào)處理原理與實(shí)踐，清華大學(xué)出版社，2006.3。4.周輝 董正宏編著，數(shù)字信號(hào)處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)，北京希望電子出版社，2005。5.陳后金編著，信號(hào)分析與處理實(shí)驗(yàn)，高等教育出版社 ，2006.8。6. 徐科軍主編，信號(hào)分析與處理，清華大學(xué)出版社，2006年4月第一版。7.張永順 馮存前 趙宗保，基于MATLAB的DRFM系統(tǒng)仿真和分析，現(xiàn)代電子技術(shù)，200年第7期。8.李凌冰 徐婭萍 李蒙 熊平，基于MATLAB的測(cè)控系統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)， 中國(guó)制造業(yè)信息化 2008年第3期。9.祈翔，基于MATLAB的系統(tǒng)頻域分析的實(shí)現(xiàn)，井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)，2007年第12期 。致謝：在這大學(xué)即將結(jié)束的時(shí)刻，回想四年的學(xué)習(xí)生活在老師朋友的大力支持幫助下，走得辛苦卻也還算充實(shí)，在論文即將擱筆之際，思緒萬千，心情久久都不能平靜。 我在這里要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人我的導(dǎo)師，行老師。您學(xué)識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，思維縝密，視野寬闊，不論在什么時(shí)候你總是那樣耐心地教育我，指導(dǎo)我，使我在學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)