语音信号的数字滤波处理（一）.docVIP

目录 1 设计要求及内容 1 1.1 设计要求 1 1.2 设计内容 1 1.2.1预习题部分 1 1.2.2设计题部分 1 2 巴特沃斯设计基本原理 2 2.1 设计原理 3 2.2 设计流程图 3 2.3 设计IIR数字滤波器的基本思想 3 3 巴特沃斯设计步骤及过程 4 3.1 设计步骤 4 3.2 设计过程 5 3.2.1语音信号的采集与频谱分析 5 3.2.2巴特沃斯低通滤波器 6 3.2.3 巴特沃斯高通滤波器 8 3.2.4巴特沃斯带通滤波器 10 4 Hanning窗设计基本原理及过程 12 4.1 FIR设计原理 12 4.2 程序设计 13 4.2.1语音信号的采集与频谱分析 13 4.2.2 Hanning窗低通滤波器 14 4.2.3 Hanning窗高通滤波器 16 4.2.4 Hanning窗带通滤波器 18 5 仿真及结果运行 20 5.1 巴特沃斯低通滤波器 20 5.2 巴特沃斯高通滤波器 22 5.3 巴特沃斯带通滤波器 25 5.4 Hanning窗低通滤波器 27 5.5 Hanning窗高通滤波器 30 5.6 Hanning窗带通滤波器 32 6 预习题部分 35 7 心得体会 38 参考文献 39 附录 39 附录A巴特沃斯低通滤波器仿真程序 39 附录B巴特沃斯高通滤波器仿真程序 41 附录C巴特沃斯带通滤波器仿真程序 44 附录D Hanning窗低通仿真程序 46 附录E Hanning窗高通仿真程序 48 附录F Hanning窗带通仿真程序 51  1 设计要求及内容 1.1 设计要求 (1)掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。 (2)熟悉离散信号和系统的时域特性。 (3)掌握序列快速傅里叶变换方法。 (4)学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。 (5)掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。 (6)掌握滤波器的网络结构。 (7)掌握MATLAB设计IIR、FIR数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。 1.2 设计内容 1.2.1预习题部分 (1)设计卷积运算的演示程序： 可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，并指定x1(n)为自己的学号,本实验为x1(n)={2,0,0,7,5,7,1,7,0,2,0,3}。x2(n)的内容和长度自选。例如x2(n)={ 1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000}。 (2)编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc时，产生的混叠效应： ① 对下面连续信号进行采样： ， A为幅度因子，a为衰减因子，为模拟角频率，其中n为学号(例如，王墨同学n=23) ② 要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。 1.2.2设计题部分 (1)利用Windows下的录音机或其他软件，选择H盘的（caixiaowei.wav），并对该信号进行采样； (2)语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图； (3)产生噪声信号加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号； (4)污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱； (5)根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频图（设计3个IIR滤波器） a. 模拟滤波器类型：巴特沃思滤波器（低通、带通、高通） b．总体要求：MATLAB原程序+仿真波形+技术指标 (6)根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频图（设计3个FIR滤波器） a. 滤波器类型：Hanning窗（低通、带通、高通） b．总体要求：MATLAB原程序+仿真波形+技术指标+窗函数 (7)用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波； (8)分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化； (9)回放语音信号。 2 巴特沃斯设计基本原理 2.1 设计原理 语音信号的频谱范围主要为800HZ左右，并且在5000HZ左右有一个小信号，因此，在设计低通滤波器时，应把噪声频谱设定在5000HZ以上，这样，通过低通滤波器，即可滤除噪声信号从而还原语音信号；在设计高通滤波器时，应把噪声设定在800HZ以内，以通过高通滤波器滤除低频的噪声信号，从而还原相对频率较高的语音信号；在设计带通滤波器时，可把噪声设计在低于800HZ或高于5000HZ的频谱上，