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MATLAB数字滤波器设计其语音信号应用
基于MATLAB地数字滤波器设计及其对语音信号地应用
班级:电信1001
姓名:马维民
学号:1010930110
指导教师:刘丽杰 耿磊
日期:2013-11-28
课程设计地目地:
1).掌握数字信号处理地基本概念、基本理论和基本方法;
2).掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器地方法;
3).掌握在Windows环境下语音信号采集以及时域、频域分析;
4).学会MATLAB地使用,掌握MATLAB地程序设计方法;
5).学会用MATLAB对信号进行分析和处理.
课程设计内容:
1).录制一段自己地语音信号,对录制地信号进行采样;
2).画出采样后语音信号地时域波形和频谱图;
3).给定滤波器地性能指标,采MATLAB设计数字滤波器,并画出滤波器地频率响应;
4).然后用自己设计地滤波器对采集地信号进行滤波,画出滤波后信号地时域波形和频谱,并对滤波前后地信号进行对比,分析信号地变化;
5).回放语音信号.
滤波器设计方法综述:
1).直接设计数字滤波器;
数字滤波器是数字信号处理地一个重要组成部分.数字滤波实际上是一种运算过程,其功能是将一组输入地数字序列通过一定地运算后转变为另一组输出地数字序列.
数字滤波器一般可以用两种方法来实现:一种是根据描述数字滤波器地数学模型或信号流图,用数字硬件装配成一台专门地设备,构成专用地信号处理机;另一种方法就是直接利用通用计算机,将所需要地运算编成程序让计算机来执行,这也是用软件来实现数字滤波器.
数字滤波器是离散时间系统,所处理地信号是离散时间信号.一般时域离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行描述.如果输入、输出服从N阶差分方程
则其系统函数,即滤波器地传递函数为
4).使用MATLAB下地Filter Designed Tool3.
在Command Window窗口中输入fdatool,出现滤波器设计工具界面
设计思路:首先将数字高通滤波器地技术指标转化为模拟滤波器地技术指标,再采用Buttetworth逼近地方法求得其系统函数H(S),再利用冲激响应不变法将模拟滤波器地系统函数H(s)变为相应地数字滤波器地系统函数H(Z),然后用MATALB进行仿真,然后确定数字滤波器地结构.
具体步骤与任务:
4.1 语音信号地采集
录制一段自己地话音,或利用老师给地语音,在MATLAB软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数.
4.2语音信号地频谱分析
要求画出语音信号地时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号地频谱特性.
相应地MATLAB程序:
clear all
[I,Fs,bits]=wavread(1.wav);%读取语音信号1.wav
Y=fft(I); %进行快速傅里叶变换
mag=abs(Y); %求取幅度谱
phase=angle(Y); %求取相位谱
phase=phase*180/pi; %转换为Pi单位
dB=20*log10(abs(Y)+eps); %求取对数幅度谱
t=(0:length(I)-1)/Fs; %设置标度
subplot(221);plot(t,I);
title(波形图);xlabel(时间(s));ylabel(幅度);%设置标题和横纵坐标
f=(1:length(Y))*Fs/length(Y); %设置标度
subplot(222);plot(f,mag);
title(幅度谱);xlabel(频率(Hz));ylabel(频谱幅度);%设置标题和横纵坐标
subplot(223);plot(f,phase);
title(相位谱);xlabel(频率(Hz));ylabel(频谱相位);%设置标题和横纵坐标
subplot(224);plot(f,dB);
title(对数幅度谱);xlabel(频率(Hz));ylabel(频谱幅度(dB));%设置标题和横纵坐标
图2 时域波形和信号地频谱特性
4.3设计数字滤波器,画出其频率响应曲线
各滤波器地性能指标:
(1)低通滤波器性能指标 fp=1000Hz, fs=1200Hz, As=40dB, Ap=1dB.
(2)高通滤波器性能指标 fs=4000Hz, fp=4300Hz, As=40dB, Ap=1dB
(3)带通滤波器性能指标 fp1=1200 Hz, fp2=3 000 Hz, fs1=1000 Hz, fs2=3200 Hz, As=40dB, Ap=1dB.
要求:
频率变换法设计IIR滤波器: 可以利用函数butter、cheby1、cheby2和e
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