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《采用頻率采樣法的FIR濾波器.doc》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、焦陽(yáng)《吹管樂(lè)濾波去噪--使用頻率采樣法的FIR濾波器》第19頁(yè)共20頁(yè)吹管樂(lè)濾波去噪——基于頻率采樣法的FIR濾波器學(xué)生姓名:焦陽(yáng)指導(dǎo)老師:胡雙紅摘要本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)利用頻率采樣法設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器,對(duì)一段吹管樂(lè)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(jì)仿真平臺(tái)為MATLAB7.0,開(kāi)發(fā)工具是M語(yǔ)言編程。首先在網(wǎng)上找到一段笛子獨(dú)奏,加入一單頻噪聲,對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率,設(shè)計(jì)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,濾波器后的音頻信號(hào)與原始信號(hào)基本一致,即設(shè)計(jì)的FIR濾
2、波器能夠去除信號(hào)中所加單頻噪聲,達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞濾波去噪;FIR濾波器;頻率采樣法;MATLAB1引言濾波去噪[1]是信號(hào)處理中一種非?;镜种匾募夹g(shù)。利用濾波可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需的信號(hào),一直不需要的信號(hào)。濾波器就是這樣一種可以在時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行濾波處理的系統(tǒng)。通常情況下,有用信號(hào)和干擾信號(hào)是在不同頻段上的,于是通過(guò)對(duì)濾波器的頻率特性精心設(shè)計(jì)就能達(dá)到濾波的目的。本課程設(shè)計(jì)是采用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率抽樣型濾波器,從而對(duì)吹管樂(lè)信號(hào)濾波去噪。通過(guò)對(duì)比濾波前后的波形圖及回放濾波前后的吹管樂(lè)信號(hào),來(lái)判斷濾波器對(duì)噪聲信號(hào)確實(shí)有濾除作用。1.1
3、課程設(shè)計(jì)目的(1)熟悉使用MATLAB;(2)了解FIR濾波器原理及結(jié)構(gòu);(3)利用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理想干知識(shí)用MATLAB設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器;(4)提高自己動(dòng)手能力;(5)對(duì)加噪聲的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理,比較濾波前后的時(shí)域波形和頻譜并進(jìn)行分析;焦陽(yáng)《吹管樂(lè)濾波去噪--使用頻率采樣法的FIR濾波器》第19頁(yè)共20頁(yè)1.2課程設(shè)計(jì)要求(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程設(shè)計(jì);(2)設(shè)計(jì)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(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告;1.3設(shè)計(jì)平臺(tái)本課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為MA
4、TLAB7.0。MATLAB的名稱源自MatrixLaboratory,1984年由美工Mathworks公司推向市場(chǎng)。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件,專門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起,并提供了大量的內(nèi)置函數(shù),從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域的分許、仿真和設(shè)計(jì)工作。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購(gòu)得MAPLE軟件的使用權(quán),從而以MAPLE為“引擎”開(kāi)發(fā)了符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱(SymbolicMathToolbox)[2]。2設(shè)計(jì)原理用網(wǎng)上找一段吹管樂(lè),繪制波形并且觀察其頻譜,給定相應(yīng)技
5、術(shù)指標(biāo),用頻率采樣法設(shè)計(jì)的一個(gè)滿足指標(biāo)的頻率采樣型FIR濾波器,對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理,比較濾波前后的波形和頻譜進(jìn)行分析。2.1FIR濾波器的設(shè)計(jì)FIR(FiniteImplseResponse)[3]濾波器:有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器,又稱為非遞歸型濾波器,是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件,他可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性,同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)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(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)(FIR)濾波器有以下特點(diǎn):(1)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)
6、n值處不為0;(2)系統(tǒng)函數(shù)H(z)在
7、z
8、>0處收斂,極點(diǎn)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(méi)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。2.2頻率采樣型結(jié)構(gòu)焦陽(yáng)《吹管樂(lè)濾波去噪--使用頻率采樣法的FIR濾波器》第19頁(yè)共20頁(yè)把一個(gè)有限長(zhǎng)序列(長(zhǎng)度為N點(diǎn))的z變換H(z)在單位圓上作N等分抽樣,就得到H(k),其主值序列就等于h(n)的離散傅里葉變換H(k)。那里也說(shuō)到用H(k)表示的H(z)的內(nèi)插公式為(2-1)這個(gè)公式就為FIR濾波器提供了另外一種結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)由兩部分級(jí)聯(lián)組成。(2-2
9、)其中級(jí)聯(lián)的第一部分為梳狀濾波器,其結(jié)構(gòu)如圖所示:(2-3)X(n)1r(n)-Z-N圖2-1梳狀濾波器結(jié)構(gòu)圖第二部分由N各諧振器組成的諧振柜。它是由N個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)而成,而這每一個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)諧振器(2-4)其結(jié)構(gòu)如下圖所示:H(k)Hk(z)W-A圖2-2一階諧振器頻率抽樣型結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)它的系數(shù)H(k)直接就是在濾波器在處得頻率響應(yīng)。因此,控制得頻率響應(yīng)是很直接得。(2)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要缺點(diǎn):a.所有的相乘系數(shù)及H(k)都是復(fù)數(shù),應(yīng)將它們先化成二階實(shí)數(shù),這樣乘起來(lái)較復(fù)雜,增加乘法次數(shù),存儲(chǔ)量。b.所有諧振器的極點(diǎn)都是在單位圓上,由焦陽(yáng)《吹管
10、樂(lè)濾波去噪--使用頻率采樣法的FIR濾波器》第19頁(yè)共20頁(yè)決定考慮到系數(shù)量化的影響,當(dāng)系數(shù)量化時(shí),極點(diǎn)會(huì)移