FIR濾波器實現(xiàn)音樂信號的濾波去噪

1、通信專業(yè)課程設(shè)計二太原科技大學(xué)課 程 設(shè) 計（論 文）設(shè)計(論文)題目：用NUTTALLW窗設(shè)計的FIR濾波器實現(xiàn)音樂信號的濾波去噪_2011年 1 月 14 日設(shè)計（論文）題目用NUTTALLW窗設(shè)計的FIR濾波器實現(xiàn)音樂信號的濾波去噪主要研究內(nèi)容1.了解FIR有限脈沖濾波器；2.使用NUTTALLW窗設(shè)計一個FIR濾波器以對音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理；3.通過對比濾波前后的波形圖，深入了解濾波器的基本方法。研究方法以MATLAB軟件為平臺，采用NUTTALLW窗設(shè)計滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理。主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))1.以MATLAB軟件為平臺，采用NUTTALLW

2、窗設(shè)計滿足指標(biāo)的FIR濾波器;2.對給定的音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理的仿真與分析。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日 目 錄摘要II第1章 緒論- 1 -1.1 數(shù)字濾波器的發(fā)展- 1 -1.2 數(shù)字濾波器的應(yīng)用- 1 -1.3 本文內(nèi)容簡述- 2 -第2章 FIR濾波器原理- 3 -2.1 FIR濾波器基本原理- 3 -2.2 用窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器- 4 -2.2.1 窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器基本原理- 5 -2.2.2 設(shè)計步驟- 5 -第3章 系統(tǒng)設(shè)計與仿真結(jié)果分析- 8 -3.1 設(shè)計流程- 8 -3.2 采集音樂信號- 8 -3.3濾波器設(shè)計- 8 -3.4 信號濾

3、波處理- 10 -3.5 結(jié)果分析- 10 -3.6 小結(jié)- 11 -參考文獻(xiàn)- 12 -附錄- 13 -FIR濾波器實現(xiàn)音樂信號的濾波去噪摘 要數(shù)字濾波器是一種用來過濾時間離散信號的數(shù)字系統(tǒng)，目前數(shù)字濾波器的設(shè)計有許多現(xiàn)成的高級語言設(shè)計程序, 但它們的設(shè)計效率較低, 不具有可視圖形, 不便于修改參數(shù)等缺點, 而MATLAB 語言正好能彌補(bǔ)以上缺點。本文就如何使用MATLAB 語言來設(shè)計和實現(xiàn)FIR 數(shù)字濾波器進(jìn)行了探究。 本文主要是通過使用NUTTALLW窗設(shè)計一個FIR濾波器以對音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理。本設(shè)計首先通過麥克風(fēng)采集一段音樂信號，依據(jù)對該信號的頻譜分析，給定相關(guān)指標(biāo)。以MATL

4、AB軟件為平臺，采用NUTTALLW窗設(shè)計滿足指標(biāo)的FIR濾波器，以該音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理。通過對比濾波前后的波形圖，深入了解濾波器的基本方法。關(guān)鍵詞：濾波去噪，F(xiàn)IR濾波器，NUTTALLW窗函數(shù)第1章 緒論1.1 數(shù)字濾波器的發(fā)展數(shù)字濾波器是一種用來過濾時間離散信號的數(shù)字系統(tǒng),它是通過對抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來達(dá)到頻域濾波的目的。隨著現(xiàn)代通信的數(shù)字化,數(shù)字濾波器變得更加重要。數(shù)字濾波器的種類很多，但總的來說可以分成兩大類，一類是經(jīng)典濾波器，另一類可稱為現(xiàn)代濾波器。從濾波特性方面考慮，數(shù)字濾波器可分成數(shù)字高通、數(shù)字低通、數(shù)字帶通和數(shù)字帶阻等濾波器。從實現(xiàn)方法上考慮，將濾波器分成兩種，一種稱

5、為無限脈沖響應(yīng)濾波器，簡稱IIR（Infinite Impulse Response）濾波器，另一種稱為FIR（Finite Impulse Response）濾波器1。設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的方法有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。在數(shù)字信號處理中， 數(shù)字濾波器占有極其重要的地位， 具有濾波精度高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點。數(shù)字濾波器是由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種裝置， 它是一個離散時間系統(tǒng)， 其基本工作原理是利用離散系統(tǒng)特性對系統(tǒng)輸入信號進(jìn)行加工和變換， 改變輸入序列的頻譜或信號波形， 讓有用頻率的信號分量通過， 抑制無用的信號分量輸出。數(shù)字濾波器以沖激響應(yīng)延續(xù)長度， 可

6、分為兩類： FIR 濾波器( 有限沖激響應(yīng)濾波器) 和IIR 濾波器( 無限沖激響應(yīng)濾波器) 。相對于無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（IIR 數(shù)字濾波器），有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（全零點或FIR 數(shù)字濾波器）的特點1主要有：l 總是穩(wěn)定的；l 具有精確的線性相位；l 設(shè)計方法是線性的；l 硬件比較易于實現(xiàn)；l 過渡過程具有有限區(qū)間； l 主要缺點是在相同的給定條件下，濾波器階數(shù)要比IIR濾波器的高，相應(yīng)的其延遲也要比IIR濾波器的大得多。1.2 數(shù)字濾波器的應(yīng)用數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，簡稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60

7、年代以來，隨著計算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號處理是利用計算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號廣泛應(yīng)用于通信、語音、圖像、自動控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域。信息是通過各種各樣的信號傳遞的, 攜帶著不同信息的不同信號之間可能相互疊加, 并且信號在傳遞過程中不可避免地受到噪聲的干擾。因此, 如何采用數(shù)字方法從嘈雜的信號中提取所需信號, 是數(shù)字信號處理的基本任務(wù), 即數(shù)字

8、信號處理是對信號進(jìn)行提取、存儲、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理。而濾波器的作用正是除去不需要的背景噪聲、消除干擾、頻帶劃分、信號頻譜成形。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)，用來對信號進(jìn)行過濾、檢測與參數(shù)估計等處理，在通信、圖像、語音、雷達(dá)等許多領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。尤其在圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等方面取得了令人矚目的進(jìn)展和成就。鑒于此，數(shù)字濾波器的設(shè)計就顯得尤為重要。目前數(shù)字濾波器的設(shè)計有許多現(xiàn)成的高級語言設(shè)計程序，但存在設(shè)計效率較低，不具有可視圖形，不便于修改參數(shù)等缺點，而Matlab為數(shù)字濾波的研究秘應(yīng)用提供了一個直觀、高效，便捷的利器。他以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計算、可視化、程序設(shè)計融

9、合到了一個交互式的工作環(huán)境中。1.3 本文內(nèi)容簡述本文中，最主要的設(shè)計是設(shè)計FIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計方法主要分為兩類：第一類是基于逼近理想濾波器器特性的方法包括窗函數(shù)法、頻率采樣法、和等波紋最佳逼近法；第二類是最優(yōu)設(shè)計法。本文設(shè)計主要采用的是第一類設(shè)計方法，是利用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器對一段語音進(jìn)行濾波去噪，通過這一過程，對濾波前后波形進(jìn)行對比分析得到結(jié)論。此課程設(shè)計比較簡單，主要是將書本中的知識運(yùn)用到現(xiàn)實中，并且根據(jù)自己對設(shè)計題目的理解，運(yùn)用軟件編寫出程序?qū)崿F(xiàn)這一設(shè)計，也是我們對數(shù)字信號處理的原理進(jìn)行驗證的一個過程。第2章 FIR濾波器原理2.1 FIR濾波器基本原理FIR(F

10、inite Impulse Response)濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。設(shè)為濾波器的沖激響應(yīng)，輸入信號為，則濾波器就是要實現(xiàn)下列差分方程： （2-1）式(2-1)就是濾波器的差分方程。濾波器的最主要的特點是沒有反饋回路， 因此它是無條件穩(wěn)定系統(tǒng)， 它的單位脈沖響應(yīng) 是一個有限長序列。由上面的方程可知， 濾波算法實際上是一種乘法累加運(yùn)算， 它不斷地輸入樣本，經(jīng)延時 ， 做乘法累加，

11、 再輸出濾波結(jié)果 ， 對式(2-1) 進(jìn)行變換， 整理后可得濾波器的傳遞函數(shù)為： （2-2）由式(2-2) 可以得到FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。x(z)h(0)h(1)h(n-2)h(2)h(n-1)y(n)圖2.1 FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)l 有限長單位沖激響應(yīng)（FIR）濾波器有以下特點：(1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個n值處不為零；(2) 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|>0處收斂，極點全部在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。FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)用下式表示：。H(n)就是FIR濾波

12、器的單位脈沖響應(yīng)。FIR濾波器最重要的優(yōu)點就是由于不存在系統(tǒng)極點，F(xiàn)IR濾波器是絕對穩(wěn)定的系統(tǒng)。l 相較于IIR濾波器,FIR濾波器有以下的優(yōu)點：(1)可以很容易地設(shè)計線性相位的濾波器。線性相位濾波器延時輸入信號，卻并不扭曲其相位。(2)實現(xiàn)簡單。在大多數(shù)DSP處理器，只需要對一個指令積習(xí)循環(huán)就可以完成FIR計算。(3)適合于多采樣率轉(zhuǎn)換,它包括抽取(降低采樣率)，插值(增加采樣率)操作。無論是抽取或者插值，運(yùn)用FIR濾波器可以省去一些計算，提高計算效率。相反，如果使用IIR濾波器，每個輸出都要逐一計算，不能省略,即使輸出要丟棄。(4)具有理想的數(shù)字特性。在實際中，所有的DSP濾波器必須用有限

13、精度（有限bit數(shù)目）實現(xiàn)，而在IIR濾波器中使用有限精度會產(chǎn)生很大的問題，由于采用的是反饋電路，因此IIR通常用非常少的bit實現(xiàn)，設(shè)計者就能解決更少的與非理想算術(shù)有關(guān)的問題。(5)可以用小數(shù)實現(xiàn)。不像IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器通?？赡苡眯∮?的系數(shù)來實現(xiàn)。（如果需要，F(xiàn)IR濾波器的總的增益可以在輸出調(diào)整）。當(dāng)使用定點DSP的時候，這也是一個考慮因素，它能使得實現(xiàn)更加地簡單。FIR濾波器的缺點在于它的性能不如同樣階數(shù)的IIR濾波器，不過由于數(shù)字計算硬件的飛速發(fā)展，這一點已經(jīng)不成為問題。再加上引入計算機(jī)輔助設(shè)計，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計也得到極大的簡化?；谏鲜鲈颍現(xiàn)IR濾波器比IIR濾波器的應(yīng)用

14、更廣。2.2 用窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器窗函數(shù)設(shè)計法的基本思想是用FIRDF逼近的濾波特性。設(shè)希望逼近的濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為，其單位脈沖響應(yīng)為表示。為了設(shè)計簡單方便，通常選擇為具有片段常數(shù)特性的理想濾波器。因此是無限長非因果序列，不能直接作為FIRDF的單位脈沖響應(yīng)。窗函數(shù)設(shè)計法就是截取為有限長的一段因果序列，并用合適的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)作為FIRDF的單位脈沖響應(yīng)h(n)。 窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器基本原理1) 根據(jù)對過渡帶及阻帶衰減的指標(biāo)要求，選擇窗函數(shù)的類型，并估計窗口長度N。l 按照阻帶衰減選擇窗函數(shù)類型。保證阻帶衰減滿足要求下，盡量選擇主瓣窄的窗函數(shù)。l 根據(jù)過渡帶寬度估計窗口長度N。待求

15、濾波器的過渡帶寬度近視等于窗函數(shù)主瓣寬度，且近視與窗口長度N成反比，A取決于窗口類型。2) 構(gòu)建希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù)，即 (2-3) “標(biāo)準(zhǔn)窗函數(shù)法”：選擇為線性相位理想濾波器（理想低通、理想高通、理想帶通、理想帶阻）。以低通濾波器為例，應(yīng)滿足： (2-4) (2-5) 3） 計算 (2-6) 公式法： (2-7) IFFT法：對M點等間隔抽樣： 計算其IFFT，得： (2-8) 當(dāng)M>>N時， 4）加窗得到設(shè)計結(jié)果： (2-9)2.2.2 設(shè)計步驟l 用窗函數(shù)法設(shè)計FIRDF的具體設(shè)計步驟如下：(1) 構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù)。(2) 求出。(3) 加窗得到FIRDF的單位脈

16、沖響應(yīng)h(n)。h(n)=w(n)。式中，w(n)稱為窗函數(shù)，其長度為。如果要求設(shè)計第一類線性相位FIRDF，則要求h(n)關(guān)于點偶對稱。而關(guān)于n=t點偶對稱，所以要求。同時要求w(n)關(guān)于點偶對稱。l 用窗函數(shù)法設(shè)計第一類線性相位FIRDF的步驟：(1) 選擇窗函數(shù)類型和長度，寫出才窗函數(shù)的表達(dá)式。根據(jù)阻帶最小衰減選擇窗函數(shù)的的類型，再根據(jù)過渡帶寬度確定所選窗函數(shù)的長度。用窗函數(shù)法設(shè)計的FIRDF通帶波紋幅度近似等于阻帶波紋幅度。一般阻帶最小衰減達(dá)到40dB以上，則通帶最大衰減就小于0.1dB。所以用窗函數(shù)法設(shè)計FIRDF時，通常只考慮阻帶最小衰減就可以了。(2) 構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù)

17、。根據(jù)設(shè)計需要，一般選擇線性相位理想濾波器（理想低通、理想高通、理想帶通、理想帶阻）。理想濾波器的截止頻率近似為最終設(shè)計的FIRDF的過渡帶中心頻率，幅度函數(shù)衰減一半（約-6dB）。所以一般取，和分別為通帶邊界頻率和阻帶邊界頻率。(3) 計算。(4) 加窗得到設(shè)計結(jié)果：h(n)=w(n) (2-10)第3章 系統(tǒng)設(shè)計與仿真結(jié)果分析3.1 設(shè)計流程用麥克風(fēng)采集一段音樂將格式改為.wav加入單頻噪聲對語音信號進(jìn)行頻譜分析，畫出時域和頻域波形圖用漢寧窗設(shè)計FIR濾波器畫出其頻率響應(yīng)用FIR濾波器對語音信號進(jìn)行濾波畫出語音信號濾波前后波形并且進(jìn)行比較分析開始結(jié)束圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計流程框圖3.2 采集音

18、樂信號在網(wǎng)絡(luò)中找到自己想要的歌曲文件，并下載下來，即可對音樂文件進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換及聲音屬性的變化。 在轉(zhuǎn)換過程中，將音樂格式設(shè)置為wav格式，屬性設(shè)置為4.410kHz，8位，單聲道，128KB/秒，然后點擊確定。然后再點擊文件/另存為，即可將該語音文件存在MATLAB文件下的work文件夾里。然后在Matlab軟件平臺下，利用函數(shù)wavread對語音信號進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點數(shù)。通過wavread函數(shù)的使用，讓我們很快理解了采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。采集完成后在信號中加入一個單頻噪聲。3.3濾波器設(shè)計在該濾波器的設(shè)計中，我們給出該濾波器的性能指標(biāo)如下：fpd=1800; fsd=18

19、50; fsu=1950; fpu=2000;Rp=1; As=40;截止頻率也可以任意自選，在單頻噪聲干擾附近即可。在這里，很重要的是通帶截止db值的設(shè)置。這個值一定要根據(jù)我們使用的設(shè)計濾波器的方法來設(shè)定。因為我使用的是NUTTALLWIN窗法，NUTTALLWIN窗函數(shù)中，濾波器的過渡帶寬為15.4，最小阻帶衰減為108db。所以，一定要將通帶截止db值設(shè)置的小于108，所以，我將其設(shè)置為100db。在這里我是使用窗函數(shù)法設(shè)計上面要求的FIR濾波器。在Matlab中，利用NUTTALLWIN窗設(shè)計FIR濾波器，利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出該濾波器的頻率響應(yīng)。首先，我們利用數(shù)字信號

20、處理里面學(xué)過的知識，根據(jù)自己選定的參數(shù)，用指定的方法設(shè)計FIR濾波器，得到FIR濾波器的階數(shù)M。隨后調(diào)用nuttallwin (M)函數(shù)產(chǎn)生M階的NUTTALLWIN窗。然后，調(diào)用自編ideal_lp函數(shù)計算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)。最后，再調(diào)用自編freqz_m(h_bs,1)函數(shù)即可計算得到該濾波器的頻率特性。在將濾波器設(shè)計好，頻率特性求出來之后，編寫程序，來畫出該帶阻濾波器的特性圖。 通過附錄的第二段程序得到的圖如下圖3.2所示。圖 3.2 濾波器的特性圖圖3.2為帶阻濾波器的特性圖。通過四幅圖可以總結(jié)出，通帶截止db值的設(shè)置是很重要的。這個值一定要根據(jù)我們使用的設(shè)計濾波器的方法來設(shè)定。

21、因為我使用的是NUTTALLWIN窗法，NUTTALLWIN窗函數(shù)中，濾波器的過渡帶寬為15.4，最小阻帶衰減為108db。所以，一定要將通帶截止db值設(shè)置的小于108，所以，我將其設(shè)置為100db。之后調(diào)用各個函數(shù)，取得的頻率響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、頻率特性等。3.4 信號濾波處理在將濾波器設(shè)計好后，我們用自己設(shè)計的帶阻濾波器對采集的語音信號進(jìn)行濾波。在Matlab中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt對信號進(jìn)行濾波。3.5 結(jié)果分析在將加噪信號濾波之后，我們將濾波前后語音信號的波形及頻譜圖相互比較。在同一張大圖里分別繪制原始信號x，加噪信號y，濾波去噪信號y_fil的時域波形和頻譜，以便比較和分析

22、。經(jīng)過附錄里的第三段程序畫出來的三個信號的時域波形和頻譜圖如下圖3.3所示。圖 3.3 三個信號的時域波形和頻譜圖比較從圖3.3中我們可以看出，原信號與濾波去噪信號的時域圖基本相似，只有邊緣部分有點差異；原信號與濾波去噪信號的頻譜圖波形也大致相似。通過觀察可以看到，加噪信號的時域圖中大部分都被加入的噪聲給遮蓋了，加噪信號的頻譜圖中，我們可以很明顯地看到與原信號頻譜圖相比，它在1900Hz左右處有一個尖脈沖，而濾波去噪信號的頻譜圖中該尖脈沖已經(jīng)消失，波形大致與原圖相似，可見濾波去噪效果基本不錯。在將三個信號的時域波形和頻譜圖比較之后，我們還要通過回放去濾波去噪語音信號，來跟原信號相比，以檢驗濾波

23、器的效果。在Matlab中，函數(shù)sound可以對聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式為：sound (x，fs，bits)。我用sound(y_fil,fs,bits)語句回放該濾波去噪信號，便可以感覺到濾波后的語音信號與原信號差不多，但仍有一點點變化。3.6 小結(jié)本文主要是通過使用NUTTALLW窗設(shè)計一個FIR濾波器以對音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理。本文首先通過麥克風(fēng)采集一段音樂信號，依據(jù)對該信號的頻譜分析，給定相關(guān)指標(biāo)。以MATLAB軟件為平臺，采用NUTTALLW窗設(shè)計滿足指標(biāo)的FIR濾波器，以該音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理。通過對比濾波前后的波形圖，深入了解濾波器的基本方法。通過程序調(diào)試及完善，該設(shè)計基

24、本滿足設(shè)計要求。FIR濾波器的設(shè)計方法主要分為兩類：第一類是基于逼近理想濾波器器特性的方法包括窗函數(shù)法、頻率采樣法、和等波紋最佳逼近法；第二類是最優(yōu)設(shè)計法。本文設(shè)計主要采用的是第一類設(shè)計方法，是利用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器對一段語音進(jìn)行濾波去噪，通過這一過程，對濾波前后波形進(jìn)行對比分析得到結(jié)論。此課程設(shè)計比較簡單，主要是將書本中的知識運(yùn)用到現(xiàn)實中，并且根據(jù)自己對設(shè)計題目的理解，運(yùn)用軟件編寫出程序?qū)崿F(xiàn)這一設(shè)計，也是我們對數(shù)字信號處理的原理進(jìn)行驗證的一個過程。參考文獻(xiàn)1 程佩青.數(shù)字信號處理教程M.北京:清華大學(xué)出版社,2002.2 劉敏,魏玲.Matlab通信仿真與應(yīng)用M.北京:國防工業(yè)出版

25、社,2001.3 Sanjit K.Mitra 著,孫洪,余翔宇譯,數(shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書M,北京:電子工業(yè)出版社,20054 Edward W.Kamen,Bonnie S.Heck 編,信號與系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用Web和MATLAB(第二版)M,北京:科學(xué)出版社,2002.5 張賢達(dá)編,現(xiàn)代信號處理(第二版)M,北京:清華大學(xué)出版社,2002.附錄語音信號濾波去噪用NUTTALLWIN窗設(shè)計的濾波器源程序清單/ 程序名稱：1.m/ 程序功能：在Matlab中，用NUTTALLWIN窗法設(shè)計濾波器 x,fs,bits=wavread('1.wav');sound(x,fs,bits)

26、; %按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x); % 計算信號x的長度fn=1900; t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計算時間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x(:,1);x=x'y=x+ 0.1*sin(fn*2*pi*t); 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); % 對原始信號和加噪信號進(jìn)行fft變換X=X(1:length(X)/2); Y=Y(1:length(Y)/2); %截取前半部分 deltaf=fs/2/length(X); %計算頻譜的譜線間隔f=0:

27、deltaf:fs/2-deltaf; %計算頻譜頻率范圍figure (1);subplot(2,2,1);plot(t,x);grid on;xlabel('時間');ylabel('原始信號');subplot(2,2,2);plot(f,X);grid on;xlabel('時間');ylabel('加入的噪聲信號');subplot(2,2,3);plot(t,y);grid on;xlabel('頻率');ylabel('原始信號頻譜');subplot(2,2,4);plot(f,Y)

28、;grid on;xlabel('頻率');ylabel('加入的噪聲信號頻譜');fpd=1800;fsd=1850;fsu=1950;fpu=2000;Rp=1;As=100; %帶阻濾波器設(shè)計指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu); %計算上下帶中心頻率和頻率間隔wcd=fcd/fs*2*pi;wcu=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wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi;M=ceil(15.4*pi/dw)+1; %計算nuttallwin窗設(shè)計該濾波器時需要的階數(shù)n=0:M-1; %定義時間范圍w_ham= nuttallwin (M); %產(chǎn)生M階的nuttallwin窗hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M); % 調(diào)用自編函數(shù)計算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_ham'.*hd_bs; %用窗口法計算實際濾波器脈沖響應(yīng) db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h_bs,1); %調(diào)用自編函數(shù)計算濾波器的頻率特性