語音信號濾波去噪1

PAGE李娟《語音信號濾波去噪--使用三角窗設(shè)計的FIR濾波器》第1頁共21頁語音信號濾波去噪——基于三角窗的FIR濾波器學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：胡雙紅摘要本課程設(shè)計主要內(nèi)容是設(shè)計利用窗口設(shè)計法選擇三角窗設(shè)計一個FIR濾波器，對一段含噪語音信號進(jìn)行濾波去噪處理并根據(jù)濾波前后的波形和頻譜分析濾波性能。本課程設(shè)計仿真平臺為MATLAB7.0，開發(fā)工具是M語言編程。首先利用系統(tǒng)自帶的錄音機工具錄制一段語音信號，加入一單頻噪聲，對信號進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率，設(shè)計濾波器進(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。由分析結(jié)果可知，濾波器后的語音信號與原始信號基本一致，即設(shè)計的FIR濾波器能夠去除信號中所加單頻噪聲，達(dá)到了設(shè)計目的。關(guān)鍵詞MATLAB；濾波去噪；FIR濾波器；三角窗1引言本課程設(shè)計主要解決在含噪情況下對語音信號的濾波去噪處理，處理時采用的是利用窗口設(shè)計法選擇三角窗設(shè)計的FIR濾波器[1]。1.1課程設(shè)計目的設(shè)計一個FIR濾波器，可以有多種方法，窗函數(shù)法是設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的最簡單的方法。它在設(shè)計FIR數(shù)字濾波器中有很重要的作用，正確地選擇窗函數(shù)可以提高設(shè)計數(shù)字濾波器的性能，或者在滿足設(shè)計要求的情況下，減小FIR數(shù)字濾波器的階次。常用的窗函數(shù)有以下幾種：矩形窗(Rectangularwindow)、三角窗(Triangularwindow)、漢寧窗(Hanningwindow)、漢明窗(Hammingwindow)、布拉克曼窗(Blackmanwindow)等等。

在本次課程設(shè)計的目的是通過用麥克風(fēng)采集一段語音信號，繪制波形并觀察其頻譜特點，加入一個帶外單頻噪聲，用三角窗設(shè)計一個滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對該含噪語音信號進(jìn)行濾波去噪處理，從而達(dá)到對雙音頻信號濾波去噪的效果。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。與不同信源相同濾波方法的同學(xué)比較各種信源的特點，與相同信源不同濾波方法的同學(xué)比較各種濾波方法性能的優(yōu)劣。1.2課程設(shè)計的要求（1）濾波器指標(biāo)必須符合工程實際。

（2）設(shè)計完后應(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）獨立完成課程設(shè)計并按要求編寫課程設(shè)計報告書。1.3設(shè)計平臺MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。

MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域[1]。

設(shè)計原理FIR濾波器FIR(FiniteImpulseResponse)濾波器又叫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。

目前，F(xiàn)IR濾波器的硬件實現(xiàn)有三種方式：數(shù)字集成電路FIR濾波器、可編程FIR濾波器和DSP芯片F(xiàn)IR濾波器。數(shù)字集成電路FIR濾波器是使用單片通用數(shù)字濾波器集成電路，這種電路使用簡單，但是由于字長和階數(shù)的規(guī)格較少，不易完全滿足實際需要。雖然可采用多片擴(kuò)展來滿足要求，但會增加體積和功耗，因而在實際應(yīng)用中受到限制。DSP芯片F(xiàn)IR濾波器是使用DSP芯片。DSP芯片有專用的數(shù)字信號處理函數(shù)可調(diào)用，實現(xiàn)FIR濾波器相對簡單，但是由于程序順序執(zhí)行，速度受到限制。而且，就是同一公司的不同系統(tǒng)的DSP芯片，其編程指令也會有所不同，開發(fā)周期較長?？删幊蘁IR濾波器是使用可編程邏輯器件，F(xiàn)PGA/CPLD。FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯塊整列和豐富的連線資源，特別適合用于細(xì)粒度和高并行度結(jié)構(gòu)的FIR濾波器的實現(xiàn)，相對于串行運算主導(dǎo)的通用DS芯片來說，并行性和可擴(kuò)展性都更好。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。設(shè)FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)為一個N點序列，0≤n≤N—1，則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：H(z)=∑h(n)*z^-n[2]。FIR數(shù)字濾波器設(shè)計的基本步驟如下：（1）確定技術(shù)指標(biāo)在設(shè)計一個濾波器之前，必須首先根據(jù)工程實際的需要確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。在很多實際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常被用來實現(xiàn)選頻操作。因此，指標(biāo)的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。幅度指標(biāo)主要以2種方式給出。第一種是絕對指標(biāo)。他提供對幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，一般應(yīng)用于FIR濾波器的設(shè)計。二種指標(biāo)是相對指標(biāo)。他以分貝值的形式給出要求。本文中濾波器的設(shè)計就以線性相位FIR濾波器的設(shè)計為例。（2）逼近確定了技術(shù)指標(biāo)后，就可以建立一個目標(biāo)的數(shù)字濾波器模型（通常采用理想的數(shù)字濾波器模型）。之后，利用數(shù)字濾波器的設(shè)計方法（窗函數(shù)法、頻率采樣法等），設(shè)計出一個實際濾波器模型來逼近給定的目標(biāo)。（3）性能分析和計算機仿真上兩步的結(jié)果是得到以差分或系統(tǒng)函數(shù)或沖激響應(yīng)描述的濾波器。根據(jù)這個描述就可以分析其頻率特性和相位特性，以驗證設(shè)計結(jié)果是否滿足指標(biāo)要求。2.2窗口設(shè)計法FIR濾波器的設(shè)計方法有許多種，如窗函數(shù)設(shè)計法、頻率采樣設(shè)計法和最優(yōu)化設(shè)計法等。窗函數(shù)設(shè)計法的基本原理是用一定寬度窗函數(shù)截取無限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長的脈沖響應(yīng)序列。窗口法的優(yōu)點是簡單，有閉合的公式可用，性能及參數(shù)都有表格資料可查，計算程序簡單，較為實用。缺點是當(dāng)Hd(ejω)較為復(fù)雜時，hd(n)就不容易由反付里葉變換求得。邊界頻率因為加窗的影響而不易控制。主要設(shè)計步驟為：（1）通過傅里葉逆變換獲得理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)hd(n)。(2-1)（2）由性能指標(biāo)確定窗函數(shù)W(n)和窗口長度N。（3）求得實際濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)，h(n)即為所設(shè)計FIR濾波器系數(shù)向量b(n)。（4）檢驗濾波器性能其中要注意的是窗口法設(shè)計FIR濾波器時，窗口的長度對濾波器的過渡帶寬產(chǎn)生影響：窗口的長度越長，濾波器的過渡帶越窄、越陡。窗口的形狀對濾波器的最小阻帶衰耗和過渡帶寬都產(chǎn)生影響：最小阻帶衰耗取決于窗譜主副瓣面積之比；過渡帶寬取決于窗譜主瓣寬度。另外，窗口形狀必須是對稱的，才可用以設(shè)計線性相位FIR濾波器[3]。2.3三角窗、在實際進(jìn)行數(shù)字信號處理時，往往需要把信號的觀察時間限制在一定的時間間隔內(nèi)，只需要選擇一段時間信號對其進(jìn)行分析。這樣，取用有限個數(shù)據(jù)，將信號數(shù)據(jù)截斷的過程，就等于將信號進(jìn)行加窗函數(shù)操作。而這樣操作以后，常常會發(fā)生頻譜分量從其正常頻譜擴(kuò)展開來的現(xiàn)象，即所謂的“頻譜泄漏”。當(dāng)進(jìn)行離散傅立葉變換時，時域中的截斷是必需的，因此泄漏效應(yīng)也是離散傅立葉變換所固有的，必須進(jìn)行抑制。而要對頻譜泄漏進(jìn)行抑制，可以通過窗函數(shù)加權(quán)抑制DFT的等效濾波器的振幅特性的副瓣，或用窗函數(shù)加權(quán)使有限長度的輸入信號周期延拓后在邊界上盡量減少不連續(xù)程度的方法實現(xiàn)。而在后面的FIR濾波器的設(shè)計中，為獲得有限長單位取樣響應(yīng)，需要用窗函數(shù)截斷無限長單位取樣響應(yīng)序列。可見，窗函數(shù)加權(quán)技術(shù)在數(shù)字信號處理中的重要地位。下面介紹窗函數(shù)的基本概念。設(shè)x(n)是一個長序列，w(n)是長度為N的窗函數(shù)，用w(n)截斷x(n)，得到N點序列xn(n)，即在頻域上則有由此可見，窗函數(shù)w(n)不僅僅會影響原信號x(n)在時域上的波形，而且也會影響到頻域內(nèi)的形狀。三角窗的濾波器過渡帶寬為3.6π/M，最小阻帶衰減為40db。在MATLAB中調(diào)用TRIANG函數(shù)：生成三角窗。調(diào)用方式w_barth=triang(M);：產(chǎn)生一長度為M的三角窗[4]。設(shè)計步驟3.1設(shè)計流程圖

雙音頻信號濾波去噪——使用三角窗設(shè)計的FIR濾波器的設(shè)計流程圖如圖3.1所示：圖3.1使用BARTHANNWIN窗設(shè)計的FIR濾波器對雙音頻信號去噪流程圖開始

3.2錄制語音信號錄制語音信號的方法有很多，其中專用軟件如REAPER、MedievalCUESplitter、以及cooleditpro2.1等，而cooleditpro2.1就有許多人使用，它是一個非常出色的數(shù)字音樂編輯器和MP3制作軟件。不少人把CoolEdit形容為音頻“繪畫”程序。你可以用聲音來“繪”制：音調(diào)、歌曲的一部分、聲音、弦樂、顫音、噪音或是調(diào)整靜音。而且它還提供有多種特效為你的作品增色：放大、降低噪音、壓縮、擴(kuò)展、回聲、失真、延遲等。你可以同時處理多個文件，輕松地在幾個文件中進(jìn)行剪切、粘貼、合并、重疊聲音操作。使用它可以生成的聲音有：噪音、低音、靜音、電話信號等。該軟件包含有CD播放器。其他功能包括：支持可選的插件；崩潰恢復(fù)；支持多文件；自動靜音檢測和刪除；自動節(jié)拍查找；錄制等。另外，它還可以在AIF、AU、MP3、RawPCM、SAM、VOC、VOX、WAV等文件格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且能夠保存為RealAudio格式!如果覺得這些格式都不能滿足需求的話，可以將cooledit和格式工廠配合使用，可以保證格式的問題得到解決。一款強大的多音軌錄制和音頻編輯軟件，提供了靈活且易用的界面，對音頻愛好者和專業(yè)人士同樣適合。REAPE它是一款免費的音頻錄制和編輯軟件，并支持DirectX/VST、plug-ins和ASIO驅(qū)動，VSTi樂器等?，F(xiàn)在最新版本為4.12，支持windows64位，和蘋果系統(tǒng)。MedievalCUESplitter是一個免費的音軌切割工具，可以支持WAVE、MP3、FLAC、APE、OGG、WMA、MPC、WV和TTA等格式的文件。它使用方便，可以根據(jù)文件情況選擇合適的切割方式，可以對作者和標(biāo)題信息進(jìn)行編輯。但是，為了簡化錄制，我利用了Windows下的錄音機，錄制語音信號“大家好，我是李娟”，時間在2-3s左右。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，學(xué)生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，設(shè)計的任務(wù)即為從含噪信號中濾除單頻噪聲，還原原始信號[5]。

源代碼如下：[x,fs,bits]=wavread('lj.wav');sound(x,fs,bits);N=length(x);%計算信號x的長度fn=3000;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之后對錄制的語音信號進(jìn)行頻譜分析，用繪圖命令分別畫出語音信號的時域波形；然后對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，再畫出加噪前后信號的時域和頻域波形。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:deltaf:fs/2-deltaf;%計算頻譜頻率范圍從而得到原始語音信號圖、原始語音信號幅度譜圖、加入噪聲后原始語音信號圖以及加入噪聲后語音信號幅度譜圖，如圖3.2：

圖3.2原始語音信號加入噪聲前后以及其頻譜對照圖3.3

3.3濾波器設(shè)計濾波器，顧名思義，是對波進(jìn)行過濾的器件。“波”是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時間函數(shù)，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間‘是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時間信號，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(AnalogSignal)。隨著數(shù)字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機對信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標(biāo)點上的樣本值表達(dá)原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達(dá)的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，有時，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了[6]。濾波，本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號中提取原始信號所攜帶的信息的過程。幾種低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計濾波器的基礎(chǔ)，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據(jù)此特性推導(dǎo)出來的。正因如此，才使得濾波器的設(shè)計得以簡化，精度得以提高。而這次我所采用的便是帶阻濾波器，其作用我們可以歸納為：抑制一定頻段內(nèi)的信號，允許該頻段以外的信號通過。首先給出帶阻濾波器的性能指標(biāo)：fpd=2900fsd=2950fsu=3050fpu=3100Rp=1As=23用窗函數(shù)法，在MATLAB中利用三角窗設(shè)計FIR濾波器利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出濾波器的頻率響應(yīng)。fpd=2900;fsd=2950;fsu=3050;fpu=3100;Rp=1;As=23;%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(6.1*pi/dw)+1;%計算三角窗設(shè)計該濾波器時需要的階數(shù)n=0:M-1;%定義時間范圍w_bh=(bartlett(M))';hd=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M);h=hd.*w_bh;[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,1);%調(diào)用自編函數(shù)計算濾波器的頻率特性之后便可以用繪圖命令分別畫出窗口法設(shè)計出來的濾波器的幅度特性和相位響應(yīng)圖。如圖3.3所示：圖3.3濾波器的幅度特性以及相位響應(yīng)圖3.4信號濾波處理濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)富立葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。實際上，任何一個電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度（對信號最高頻率的限制），頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個基本特點。而濾波器，則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設(shè)計出來的工程應(yīng)用電路。語音信號濾波去噪——使用parzenwin設(shè)計的FIR濾波器。用3.3中三角窗設(shè)計的FIR濾波器對雙音頻信號進(jìn)行濾波處理，并觀察圖形看所設(shè)計的濾波器是否對下載的雙音頻信號進(jìn)行處理。在Matlab中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt

對信號進(jìn)行濾波。程序如下：y_fil=fftfilt(h,y);%用設(shè)計好的濾波器對y進(jìn)行濾波Y_fil=abs(fft(y_fil));Y_fil=Y_fil(1:length(Y_fil)/2);%計算頻譜取前一半y_fil=fftfilt(h,y);%用設(shè)計好的濾波器對y進(jìn)行濾波Y_fil=abs(fft(y_fil));Y_fil=Y_fil(1:length(Y_fil)/2);%計算頻譜取前一半通過繪圖可以得到濾波前和濾波后的時域和頻域波形對比圖如圖3.4所示：

圖3.4濾波前和濾波后的時域和頻域波形對比圖3.5結(jié)果分析

3.5濾波之后的頻譜圖由圖3.5可看出濾波之后仍有一小段噪聲沒有濾除，后面經(jīng)過調(diào)試濾波器的參數(shù)發(fā)

現(xiàn)當(dāng)fpd、fsd、fn、fsu、fpu這5個參數(shù)的數(shù)值相差增大時，剩余噪聲便會減少，于是通過進(jìn)一步調(diào)試得到了較為好的效果。sound(x,fs,bits);顯示原始語音頻信號sound(y,fs,bits);顯示濾波后的語音頻信號通過聽取前后兩段語音信號后，發(fā)現(xiàn)之前的尖銳的噪聲已經(jīng)消除，達(dá)到了初步的預(yù)期效果，用肉耳聽取也無明顯區(qū)別。通過與同學(xué)對比可以發(fā)現(xiàn)與其他窗相比，三角窗的性能并不突出。

4出現(xiàn)的問題及解決方法

在這次的課程設(shè)計中我們設(shè)計的濾波器對語音頻信號的濾噪處理或多或少會遇到問題的，當(dāng)遇到問題時我們不但運用自己學(xué)到的知識還得到同學(xué)和老師的幫助將其解決，不斷完善和修改。設(shè)計中出現(xiàn)的問題及解決方法如下：（1）首先由于有一段時間沒有使用Matlab這個工具，剛上手是有些困難，但后來通過自己翻看課本、請教老師和同學(xué)以及上網(wǎng)查詢等方法漸漸的對Matlab這個軟件熟練起來。（2）在運用Matlab設(shè)計濾波器時，當(dāng)編輯完前面兩條程序時無法放出聲音，后來發(fā)現(xiàn)我們應(yīng)當(dāng)把采集的雙音頻信號wav文件放到Matlab的work文件夾中。（3）在畫濾波器性能波形的時候，要橫坐標(biāo)要計算w/pi的值，而不是直接取w的值。（4）所有的時間波形橫坐標(biāo)都要化為時間，濾波前后頻譜的橫坐標(biāo)應(yīng)是頻率，這樣在觀察通帶截止頻率和阻帶截止頻率時更加精確，誤差較小。（5）在寫報告的時候，沒有仔細(xì)注意報告格式的要求，導(dǎo)致要修改的地方較多，后經(jīng)老師的指導(dǎo)最終達(dá)到報告的要求。（6）在對濾波器進(jìn)行設(shè)計的過程中，由于程序較多，總會或多或少出現(xiàn)些錯誤，但是通過請教同學(xué)，在程序包中找到了freqz_m.m和ideal_lp.m這兩個程序包，從而解決了對濾波器的設(shè)計問題。（7）最后當(dāng)觀察濾波前和濾波后的時域和頻域波形對比圖時，發(fā)現(xiàn)濾波后的信號頻譜仍有一小段噪聲沒有濾除，但是與未濾波前的噪聲相比，這一小段噪聲可以忽略，通過聽取前后兩段語音信號也沒有出現(xiàn)任何問題。5結(jié)束語

在這次的課程設(shè)計中，犯了些錯誤，發(fā)現(xiàn)自己還不夠認(rèn)真不夠細(xì)心以前的知識學(xué)習(xí)的不是很牢固，但是這次課程設(shè)計，不但鞏固了以前學(xué)的知識，還學(xué)習(xí)了新內(nèi)容，收獲頗豐。原來濾去語音中的噪聲我們運用自己學(xué)到的知識能做到，并更加鞏固了MATLAB軟件的使用。熟練掌握MATLAB軟件的使用是非常重要的，整個課程設(shè)計過程中，我們都要用到它。在這個課程設(shè)計中我們須利用MATLAB設(shè)計各種濾波器。這次做的濾波器要濾去雙音頻信號中的噪聲，覺得很有意思，做了2次的課程設(shè)計了，發(fā)現(xiàn)什么事當(dāng)沒做之前都會覺得很簡單，但是當(dāng)自己親自來做的時候就會發(fā)現(xiàn)事情并不是想象中的那么簡單的。其實用MATLAB軟件做實驗是要細(xì)心的，因為很多的語法和常量變量的定義我們都要仔細(xì)，一個不小心看錯了或者輸入不認(rèn)真是容易出錯誤。在發(fā)現(xiàn)錯誤時，問了很多同學(xué)也問了老師，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤原因時，很多次都是因為自己的不細(xì)心造成。但經(jīng)過思考并仔細(xì)檢查，最后得以編譯成功。在做實驗是一定要小心謹(jǐn)慎，也許一個小小的語法錯誤和常量變量的定義的錯誤就造成整個程序出現(xiàn)問題，得不到所需的波形，導(dǎo)致實驗結(jié)果不正確。這次的設(shè)計中老師指出的幾個問題，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下解決了，當(dāng)然也少不了自己的努力和思考。能將自己平時學(xué)到的東西能運用到實際中，讓理論和實際得以結(jié)合還是很不錯的。也讓我在課程設(shè)計中找到了動手的樂趣和思考的快樂，很有成就感。我從這次的課程設(shè)計中體會到，什么事都要我們真真正正用心去做了，才會使自己更加成長，沒有學(xué)習(xí)就不可能有實踐的機會，沒有自己的實踐就不會有所突破，希望這次的經(jīng)歷能讓我們在以后的學(xué)習(xí)生活中不斷成長。最后，在此衷心地感謝老師和同學(xué)對我的幫助，也感謝學(xué)校給我們的機會，讓我們能夠?qū)⒆约簩W(xué)到的知識運用到實際中。參考文獻(xiàn)[1]百科ROBOT，微嵌北京.FIR濾波器介紹.百度知道，/view/2908166.htm.：2009-8-11[2]風(fēng)繼林，郭子輝，萬永革.FIR濾波器設(shè)計5:82/dizhen/word/chap7.htm.:2010-4-25[3]張圣勤．MATLAB7.0實用教程[M]．北京：機械工程出版社，2006．3[4]維納·K·英格爾，約翰·G·普羅克斯（著）．劉樹棠（譯）．?dāng)?shù)字信號處理（MATLAB版）[M]，西安：交通大學(xué)出版社，2008．1[5]張小虹.信號系統(tǒng)與數(shù)字信號處理.第1版.西安：西安電子科技出版社，2002[6]蔡啟仲.控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計（MATLAB版）.第1版.四川：重慶大學(xué)出版社，2003附錄：語音信號濾波去噪——用三角形窗設(shè)計的濾波器源程序1、采集音樂信號與加入噪聲程序：[x,fs,bits]=wavread('lj.wav');sound(x,fs,bits);N=length(x);%計算信號x的長度fn=3000;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:deltaf:fs/2-deltaf;%計算頻譜頻率范圍subplot(2,2,1);plot(t,x);xlabel('時間(t)');ylabel('幅度');title('原始語音信號');subplot(2,2,2);plot(f,X);xlabel('頻率(f)');ylabel('幅度譜');title('原始語音信號幅度譜');subplot(2,2,3);plot(t,y);xlabel('時間(t)');ylabel('幅度');title('加干擾后的語音信號');subplot(2,2,4);plot(f,Y);xlabel('頻率(f)');ylabel('幅度譜');title('加干擾后的語音信號幅度');2、三角窗口濾波器設(shè)計程序：fpd=2900;fsd=2950;fsu=3050;fpu=3100;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(19.6*pi/dw)+1;%計算三角窗設(shè)計該濾波器時需要的階數(shù)n=0:M-1;%定義時間范圍w_bh=(bartlett(M))';hd=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M);h=hd.*w_bh;[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,1);%調(diào)用自編函數(shù)計算濾波器的頻率特性subplot(2,2,1);plot(w,db);gridon;xlabel('頻率');ylabel('db');axis([02-4010]);subplot(2,2,2);plot(w,mag);gridon;xlabel('頻率');ylabel('幅度');axis([0201]);subplot(2,2,3);plot(w,pha);gridon;xlabel('頻率');ylabel('相位');subplot(2,2,4);plot(h);gridon;xlabel('頻率');ylabel('濾波器脈沖響應(yīng)');y_fil=fftfilt(h,y);%用設(shè)計好的濾波器對y進(jìn)行濾波Y_fil=abs(fft(y_fil));Y_fil=Y_fil(1:length(Y_fil)/2);%計算頻譜取前一半y_fil=fftfilt(h,y);%用設(shè)計好的濾波器對y進(jìn)行濾波Y_fil=abs(fft(y_fil));Y_fil=Y_fil(1:length(Y_fil)/2);%計算頻譜取前一半figure(3);subplot(3,2,1);plot(t,x);gridon;subplot(3,2,1);plot(t,x);gridon;xlabel('時間');ylabel('時域原始信號');title('時域原始信號');subplot(3,2,2);plot(f,X);gridon;xlabel('頻率');ylabel('原始信號頻譜');title('原始信號頻譜');subplot(3,2,3);plot(t,y);gridon;xlabel('時間');ylabel('加噪信號');title('加噪信號');subplot(3,2,4);plot(f,Y);gridon;xlabel('頻率');ylabel('加噪信號頻譜');title('加噪信號頻譜')subpl