基于matlab的fir濾波器語音信號(hào)去噪

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1、*****************實(shí)踐教學(xué)******************蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2013年春季學(xué)期《信號(hào)處理》課程設(shè)計(jì)題目：基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績：摘要本次課程設(shè)計(jì)是基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪，在設(shè)計(jì)過程中，首先錄制一段不少于10秒的語音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；其次使用MATLAB會(huì)出采樣后的語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；然后在給原始的語音信號(hào)疊加上噪聲，并繪出疊加噪前后的時(shí)域圖及頻譜圖；再次設(shè)計(jì)FIR濾波器，針對(duì)語音信號(hào)的性質(zhì)選取一種適合的窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行

2、濾波；最后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)出的濾波器可以滿足要求。關(guān)鍵詞:FIR濾波器；語音信號(hào)；MATLAB仿真目錄一FIR濾波器設(shè)計(jì)的基本原理11.1濾波器的相關(guān)介紹11.1.1數(shù)字濾波器的概念11.1.2IIR和FIR濾波器11.2利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器11.2.1窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的基本思想11.2.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步驟21.2.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的要求21.2.3常用窗函數(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)31.2.4語音處理中的采樣原理3二語音信號(hào)去噪實(shí)現(xiàn)框圖5三詳細(xì)設(shè)計(jì)73.1信號(hào)的采集73.2語音信號(hào)的讀入與打開73.3語音信號(hào)的FFT變換83

3、.4含噪信號(hào)的合成93.5FIR濾波器的設(shè)計(jì)103.6利用FIR濾波器濾波113.7結(jié)果分析14總結(jié)15參考文獻(xiàn)15附錄17致謝21一FIR濾波器設(shè)計(jì)的基本原理1.1濾波器的相關(guān)介紹1.1.1數(shù)字濾波器的概念數(shù)字濾波器(Digital?Filter，簡稱為DF)是指用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件和軟件。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的器件。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)樾盘?hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波的方式不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)

4、點(diǎn)。一般用兩種方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器:一是采用通用計(jì)算機(jī)，把濾波器所要完成的運(yùn)算編成程序通過計(jì)算機(jī)來執(zhí)行，也就是采用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn);二是采用實(shí)際專用的數(shù)字處理硬件。[1]?1.1.2IIR和FIR濾波器數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)處理的各種應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用。它是通過對(duì)采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理來達(dá)到濾波的目的。數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應(yīng)可分為無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器和有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法和IIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有很大的不同，F(xiàn)IR濾波器設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇有限長度的h(n),使傳輸函數(shù)H（ejw）滿足技術(shù)要求，

5、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的方法有三種，第一種是窗函數(shù)法，第二種是頻率采樣法，第三種是切比雪夫等波逼近法。從性能上說，IIR濾波器以非線性相位為代價(jià)以較低的階數(shù)獲得較高的選擇性。而FIR濾波器想要獲得相同的選擇性階數(shù)是IIR濾波器的5-10倍，結(jié)果成本較高、信號(hào)時(shí)延也較大：從結(jié)構(gòu)上說，IIR采用遞歸結(jié)構(gòu)，F(xiàn)IR采用非遞歸結(jié)構(gòu)；從設(shè)計(jì)工具上說；IIR可以借助于模擬濾波器的成果，F(xiàn)IR濾波器一般采用沒有封閉形式的設(shè)計(jì)公式；從使用場(chǎng)合上來看，在對(duì)相位要求不敏感的場(chǎng)合，如語音通訊等，選用IIR較為合適，可以充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)。對(duì)圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，使

6、用FIR較好。1.2利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器1.2.1窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的基本思想窗函數(shù)法的基本思想是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器，這種濾波器總是有一個(gè)非因果，無限長的脈沖響應(yīng)，然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)啵ɑ蚣哟埃┮缘玫揭粋€(gè)線性相位和因果的FIR濾波器，因?yàn)楸仨氃O(shè)計(jì)一個(gè)因果可實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器。[1]需要注意的是，數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù)H(ejw)都是以2π為周期的，濾波器的低通頻帶處于2π的整數(shù)倍處，而高頻頻帶處于π的奇數(shù)被附近，這一點(diǎn)和模擬濾波器是有區(qū)別的。因?yàn)殇浿频恼Z音信號(hào)是模擬信號(hào)，要想使用數(shù)字濾波器對(duì)疊加了噪聲的信號(hào)進(jìn)行濾波，則在設(shè)計(jì)數(shù)字

7、濾波器之前首先要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。1.2.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步驟主要設(shè)計(jì)步驟為：（1）根據(jù)技術(shù)要求確定待求FIR濾波器的單位取樣響應(yīng)hd(n)。如果給出待求FIR濾波器的頻率響應(yīng)為Hd(ejw),那么單位取樣響應(yīng)使用（1-1）[1]的公式求出：Hd(n)=1/2Hd(ejw)ejwdw(1-1)(2)?據(jù)過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度N（或階數(shù)M=N-1），窗函數(shù)類型可根據(jù)最小阻帶衰減As獨(dú)立選擇，因?yàn)榇翱陂L度N對(duì)最小阻帶衰減As沒有影響，在確定窗函數(shù)類型以后，可根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)確定所擬用的窗函數(shù)的

8、窗口長度N，設(shè)待求濾波器