语音信号的数字滤波处理数字信号课程设计稿.docVIP

目录 1 绪论……………………………………………………1 1.1 课题背景及目的………………………..……………………………1 1.2 设计方案及原理………………………..……………………………2 2 设计题第一部分………………………..………………………6 2.1 卷积的演示………………………..……………………6 2.2 采样定理的演示………………………..……………………12 3 设计题第二部分………………………..…………………15 3.1 设计要求………………………..…………………15 3.2 采集语音信号分析………………………..…………………16 4 设计数字滤波器………………………..…………………19 4.1 间接法设计IIR数字滤波器……………………..…………………19 4.1 直接法设计FIR数字滤波器……………………..…………………25 5 滤波分析……………………..…………………31 6 心得体会……………………..…………………35 7 参考文献……………………..…………………35 附录……………………..…………………36 1 绪论 1.1 设计目的 1.了解语音信号的产生、采集能绘制语音信号的频率响应曲线及频谱图 2. 学会用MATLAB对语音信号进行分析和处理 3. 学习设计滤波器的一般方法，通过课程设计树立正确的设计思想，提高分析问题、解决问题的能力 4.掌握用滤波器去除语音信号噪声的方法，观察去噪前后的语音信号。 5进行设计基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等。 1.2 设计要求 (1) 熟练掌握数字信号处理的基本概念基本理论。 (2) 熟悉离散信号和离散系统的时域特性。 (3) 掌握序列快速傅里叶变换（FFT）方法。 (4) 掌握滤波器的几种网络结构。 (5) 学会使用软件MATLAB，掌握其程序设计方法。 (6) 掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析的方法。 1.2 课程设计方案 选择windows自带的“Windows XP 关机.wav”声音作为语音信号，产生噪声信号加到语音信号中，得到被污染的语音信号，经过频谱分析，分别设计巴特沃思滤波器以及Blackman窗滤波器（低通、带通、高通），对被污染的语音信号滤波，滤掉噪音信号得到符合要求的语音信号。 图2.1 总体方案设计流程图 图2.2 总体方案设计流程图（Blackman窗） 1.2.1 课程设计原理 设计数字滤波器的任务就是寻求一个因果稳定的线性时不变系统，并使系统函数H(z)具有指定的频率特性。数字滤波器从实现的网络结构或者从单位冲激响应分类，可以分成无限长单位冲激响应，（IIR）数字滤波器和有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器。本次数字信号处理课程设计我们小组选用巴特沃思数字滤波器（IIR）以及Blackman窗数字滤波器（FIR）。 1.2.2 IIR数字滤波器的结构与设计 IIR滤波器系统函数的极点可以在单位圆内的任何位置，实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。设计IIR数字滤波器的方法主要有基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器设计，基于双线性Z变换法的IIR数字滤波器设计，数字高通、带通及带阻IIR滤波器设计，基于MATLAB函数直接设计IIR数字滤波器。 1.2.3 基于双线性Z变换法的IIR数字滤波器设计 本次数字信号处理课程设计我们小组选用巴特沃思数字滤波器（IIR）以及Blackman窗数字滤波器（FIR）。由于 的频率映射关系是根据 推导的，所以使jΩ轴每隔2π/Ts便映射到单位圆上一周，利用冲激响应不变法设计数字滤波器时可能会导致上述的频域混叠现象。为了克服这一问题，需要找到由s平面到z平面的另外的映射关系，这种关系应保证： (1)s平面的整个jΩ轴仅映射为z平面单位圆上的一周。 (2)若G(s)是稳定的，由G(s)映射得到的H(z)也应该是稳定的。 (3)这种映射是可逆的，既能由G(s)得到H(z)，也能由H(z)得到G(s)。 (4)如果G(j0)=1那么，双线性Z变换满足以上4个条件的映射关系，其变换公式为： 双线性Z变换的基本思路是，首先将整个s平面压缩到一条从–π/Ts到π/Ts的带宽为2π/Ts的横带里，然后通过标准的变换关系将横带变换成整个z平面上去，这样就得到s平面与z平面间的一一对应的单值关系。 在MATLAB中双线性Z变换可以通过bilinear函数实现，其调用格式为[Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs)。 其中B,A为模拟滤波器传递函数G(s)的分子分母多项式的