基于語音信號去噪處理的FIR濾波器設(shè)計(jì)

1、摘要 本次課程設(shè)計(jì)的題目是基于語音信號去噪處理的FIR濾波器設(shè)計(jì)，主要是利用MATLAB設(shè)計(jì)一個FIR數(shù)字帶通濾波器，對一段噪聲環(huán)境下的語音信號進(jìn)行濾波。在設(shè)計(jì)過程中，首先要錄制一段語音信號，并對錄制好的信號進(jìn)行時域和頻域分析；然后對原始的語音信號進(jìn)行加噪處理，對加噪后的信號進(jìn)行分析，繪出時域和頻域的分析圖；最后利用設(shè)計(jì)出的FIR帶通濾波器，針對語音信號的性質(zhì)選取一種適合的窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波，最后對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞: FIR帶通濾波器；語音信號；MATLAB仿真；加噪；濾波目錄前言1第一章 基本原理21.1 語音處理中的采樣原理21.2數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)21.3窗函數(shù)法4第二章 F

2、IR帶通濾波器設(shè)計(jì)62.1 FIR濾波器簡介62.2 FIR帶通濾波器設(shè)計(jì)要求72.3 設(shè)計(jì)方法72.4 設(shè)計(jì)步驟9第三章 FIR帶通濾波器的軟件仿真103.1 程序流程圖103.2 仿真結(jié)果及分析11總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄17致謝22一、 前言在信號處理過程中，所處理的信號往往混有噪音，從接收到的信號中消除或減弱噪音是信號傳輸和處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號和噪音信號的不同特性，提取有用信號的過程稱為濾波。實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)被稱為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器應(yīng)用極為廣泛。語音處理是最早應(yīng)用數(shù)字濾波器的領(lǐng)域之一，也是最早推動數(shù)字信號處理理論發(fā)展的領(lǐng)域之一。該領(lǐng)域主要

3、包括5個方面的內(nèi)容：第一，語音信號分析。即對語音信號的波形特性，統(tǒng)計(jì)特性，模型參數(shù)等進(jìn)行分析計(jì)算。第二，語音合成。即利用專用硬件或在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件來產(chǎn)生語音。第三，語音識別。即利用專用硬件或計(jì)算機(jī)識別人的講話，或者識別說話的人。第四，語音增強(qiáng)。即從噪音或者干擾中提取被掩蓋的語音信號。第五，語音編碼。主要用于語音數(shù)據(jù)的壓縮，目前已經(jīng)建立了一系列語音編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，大量用于通信和音頻處理。MATLAB是一種面向科學(xué)和工程計(jì)算的語言，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，具有編程效率高、調(diào)試手段豐富、擴(kuò)充能力強(qiáng)等特點(diǎn)。MATLAB的信號處理工具箱具有強(qiáng)大的函數(shù)功能，它不僅可以用來設(shè)計(jì)

4、數(shù)字濾波器，還可以使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化，是數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力工具。第一章 基本原理1.1 語音處理中的采樣原理因?yàn)殇浿频恼Z音信號是模擬信號，要想使用數(shù)字濾波器對疊加了噪聲的信號進(jìn)行濾波，則在設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器之前首先要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，當(dāng)最高采樣頻率fs大于信號中最高頻率f的2倍時，即：fsmax2fmax,采樣之后的數(shù)字信號可以完整地保留原始信號中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號最高頻率的510倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。頻帶為F的連續(xù)信號 f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1),f(t1±t)，f(t1±2t)，.來

5、表示,只要這些采樣點(diǎn)的時間間隔t1/2F，便可根據(jù)各采樣值完全恢復(fù)原來的信號f(t)。這是時域采樣定理的一種表述方式。時域采樣定理的另一種表述方式是：當(dāng)時間信號函數(shù)f(t)的最高頻率分量為fm時,f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于1/2fm的采樣值來確定,即采樣點(diǎn)的重復(fù)頻率f2fm。 采樣頻率，也稱為采樣速度或者采樣率，定義了每秒從連續(xù)信號中提取并組成離散信號的采樣個數(shù)，它用赫茲（Hz）來表示。采樣頻率的倒數(shù)是采樣周期或者叫采樣時間，它是采樣之間的時間間隔。通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣位數(shù)和采樣率對于音

6、頻接口來說是最為重要的兩個指標(biāo)，也是選擇音頻接口的兩個重要標(biāo)準(zhǔn)。無論采樣頻率如何，理論上來說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。每增加一個采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號越精確1。1.2數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器(Digital Filter，簡稱為DF)是指用來對輸入信號進(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，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對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)樾盘柕男问胶蛯?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

7、匹配等優(yōu)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。數(shù)字濾波器根據(jù)其沖擊響應(yīng)函數(shù)的時域特性，可分為兩種，即無限沖擊響應(yīng)IIR濾波器和有限沖擊響應(yīng)FIR濾波器。IIR濾波器的特性是，具有無限持續(xù)時間沖擊響應(yīng)。這種濾波器一般需要用遞歸模型來實(shí)現(xiàn)，因而有時也稱之為遞歸濾波器。FIR濾波器的沖擊響應(yīng)只能延續(xù)一定的時間，在工程實(shí)際中可以采用遞歸的方法來實(shí)現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有多種，如雙線性變換法，窗函數(shù)法，插值逼近法和切比雪夫逼近法等等。隨著MATLA

8、B軟件尤其是MATLAB信號處理工作的不斷完善，不僅數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有了可能，而且還可以使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化2。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)基本步驟如下：（1）確定指標(biāo)在設(shè)計(jì)一個濾波器之前，必須首先根據(jù)工程實(shí)際的需要確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。在很多實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常常被用來實(shí)現(xiàn)選頻操作。因此，指標(biāo)的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。幅度指標(biāo)主要用以下兩種方式給出。第一種是絕對指標(biāo)。它提供對幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，一般應(yīng)用于FIR濾波器的設(shè)計(jì)。第二種指標(biāo)是相對指標(biāo)。它以分貝值的形式給出要求。運(yùn)用線性相位響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)勢：只包含實(shí)數(shù)算法，不涉及復(fù)數(shù)運(yùn)算。不存在延時失真，只有固定數(shù)量的延

9、遲。長度為N的濾波器，計(jì)算量為N/2數(shù)量級。（2）逼近確定了技術(shù)指標(biāo)后，就可以建立一個目標(biāo)的數(shù)字濾波器模型。通常采用理想的數(shù)字濾波器模型。之后，利用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一個實(shí)際濾波器模型來逼近給定的目標(biāo)。（3）性能分析和計(jì)算機(jī)仿真上兩步的結(jié)果是得到以差分或者系統(tǒng)函數(shù)或者沖擊響應(yīng)描述的濾波器。根據(jù)這個描述就可以分析器頻率特性和相位特性，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足指標(biāo)要求：或者利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的濾波器，再分析濾波器結(jié)果來判斷3。1.3窗函數(shù)法數(shù)字濾波器可以理解為是一個計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號按預(yù)定的形式變化。數(shù)字

10、濾波器有多種分類，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應(yīng)（IIR）濾波器和有限長沖激響應(yīng)（FIR）濾波器。FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)是有限長序列。它的設(shè)計(jì)問題實(shí)質(zhì)上是確定能滿足所要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)問題，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等2。用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器首先要對濾波器提出性能指標(biāo)。一般是給定一個理想的頻率響應(yīng)，使所設(shè)計(jì)的FIR濾波器的頻率響應(yīng)去逼近所要求的理想的濾波器的響應(yīng)。窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的任務(wù)在于尋找一個可實(shí)現(xiàn)（有限長單位脈沖響應(yīng)）的傳遞函數(shù)。用一定寬度窗函數(shù)截取無限脈沖響應(yīng)序列獲得有限長的脈沖響應(yīng)序列4。主要設(shè)計(jì)步驟

11、為：（1）通過傅里葉逆變換獲得理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)。從時域出發(fā)，截取有限長的一段沖擊響應(yīng)作為H(z)的系數(shù)，沖擊響應(yīng)長度N就是系統(tǒng)函數(shù)H(z)的階數(shù)。只要N足夠長，截取的方法合理，總能滿足頻域的要求。一般這種時域設(shè)計(jì)、頻域檢驗(yàn)的方法要反復(fù)幾個回合才能成功。要設(shè)計(jì)一個線性相位的FIR數(shù)字濾波器，首先要求理想頻率響應(yīng)。是w的周期函數(shù)，周期為，可以展開成傅氏級數(shù)： （1-1）其中是與理想頻響對應(yīng)的理想單位抽樣響應(yīng)序列。但不能用來作為設(shè)計(jì)FIR DF用的h(n)，因?yàn)橐话愣际菬o限長、非因果的，物理上無法實(shí)現(xiàn)。為了設(shè)計(jì)出頻響類似于理想頻響的濾波器，可以考慮用h(n)來近似5。 窗函數(shù)的基本思想：先選

12、取一個理想濾波器（它的單位抽樣響應(yīng)是非因果、無限長的），再截?。ɑ蚣哟埃┧膯挝怀闃禹憫?yīng)得到線性相位因果FIR濾波器，這種方法的重點(diǎn)是選擇一個合適的窗函數(shù)和理想濾波器6。（2）由性能指標(biāo)確定窗函數(shù)W(n)和窗口長度N。設(shè)x(n)是一個長序列，w(n)是長度為N的窗函數(shù)，用w(n)截?cái)鄕(n)，得到N點(diǎn)序列xn(n)，即 （1-2）在頻域上則有 （1-3） (3) 求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)， h(n)即為所設(shè)計(jì)FIR濾波器系 數(shù)向量。 （1-4）由此可見，窗函數(shù)w(n)不僅僅會影響原信號x(n)在時域上的波形，而且也會影響到頻域內(nèi)的形狀4。第二章 FIR帶通濾波器設(shè)計(jì)2.1 FIR濾

13、波器簡介數(shù)字濾波器包括FIR（有限單位脈沖響應(yīng)）濾波器與IIR（無限單位脈沖響應(yīng)）濾波器兩種。在現(xiàn)代信號處理技術(shù)中，例如數(shù)據(jù)傳輸、雷達(dá)接收以及一些要求較高的電子系統(tǒng)，都越來越多地要求信道具有線性的相位特性。在這方面，F(xiàn)IR濾波器具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時，保證精確、嚴(yán)格的線性相位特性5。FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)h（n）是有限長的（0nN-1），其z變換為的（N-1）階多項(xiàng)式： （2-1）可得FIR濾波器的系統(tǒng)差分方程為： （2-2）因此，F(xiàn)IR濾波器又稱為卷積濾波器。FIR濾波器的頻率響應(yīng)表達(dá)式為： （2-3）信號通過FIR濾波器不失真條件是在通帶內(nèi)具有恒定的幅頻特性和線

14、性相位特性。理論上可以證明：當(dāng)FIR濾波器的系數(shù)滿足下列中心對稱條件： （2-4）或者 （2-5）時，濾波器設(shè)計(jì)在逼近平直幅頻特性的同時，還能獲得嚴(yán)格的線性相位特性。線性相位FIR濾波器的相位滯后和群延遲在整個頻帶上是相等且不變的。對于一個 N 階的線性相位FIR濾波器，群延遲為常數(shù)，即濾波后的信號簡單地延遲常數(shù)個時間步長。這一特性使通帶頻率內(nèi)信號通過濾波器后仍保持原有波形形狀而無相位失真7。FIR濾波器的設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇有限長度的h(n)，使傳輸函數(shù)滿足技術(shù)要求。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有多種，如窗函數(shù)法、頻率采樣法及其它各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，本次設(shè)計(jì)使用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器。2.2 FIR

15、帶通濾波器設(shè)計(jì)要求利用MATLAB仿真軟件系統(tǒng)結(jié)合窗函數(shù)法設(shè)計(jì)一個數(shù)字帶通FIR濾波器。設(shè)計(jì)要求：（1）用所設(shè)計(jì)的濾波器對受噪聲影響的信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后語音信號的時域波形圖和頻譜圖；（2）對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化；回放語音信號，并與原始語音信號對比。技術(shù)指標(biāo)：低端阻帶截止頻率 fc11000 Hz 低端通帶截止頻率 fb11200 Hz 高端通帶截止頻率 fb23000 Hz高端阻帶截止頻率 fc23200 Hz通帶衰減系數(shù) ap1dB 阻帶衰減系數(shù) as100 dB2.3 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法通常有三種：窗函數(shù)法，頻率抽樣法，等紋波逼近法。本次課程設(shè)計(jì)討論

16、的是第一種窗函數(shù)法。這種方法也叫傅里葉級數(shù)法。一般是先給定所要求的理想濾波器頻率響應(yīng)，導(dǎo)出，我們知道理想濾波器的沖擊響應(yīng)是無限長的非因果序列，而我們要設(shè)計(jì)的是h(n)是有限長的FIR濾波器，所以要用有限長序列h(n)來逼近無限長序列，設(shè)： （2-6）常用的方法是使用有限長的窗函數(shù)w(n)來截取即： （2-7）根據(jù)在時域是相乘關(guān)系，在頻域則是卷積關(guān)系： （2-8）其中為矩形窗譜，是FIR濾波器頻率響應(yīng)8。在設(shè)計(jì)過程中，將無限長序列變?yōu)橛邢揲L序列是通過時域加矩形窗乘積來實(shí)現(xiàn)的截?cái)?。常見的窗函?shù)有：矩形窗，漢寧窗，海明窗，布拉克曼窗，凱澤窗等，下面分別來討論著幾種常見的窗函數(shù)：矩形窗：窗譜： 幅度函

17、數(shù)： 海明窗：布拉克曼窗：凱澤窗：其中(x)是第一類變形修正零階貝塞爾函數(shù) 這些窗函數(shù)的基本參數(shù)如表2-1所示：表2-1 窗函數(shù)的基本參數(shù)名稱旁瓣峰值/dB近似過渡帶寬精確過渡帶寬最小阻帶衰減/dB矩形窗-134/N1.8/N-21海明窗-418/N6.6/N-53布拉克曼窗-5712/N11/N-74凱澤窗(=7.865)-5710/N-802.4 設(shè)計(jì)步驟 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的主要步驟如下： a.給出希望設(shè)計(jì)的濾波器的頻率響應(yīng)的函數(shù)； b.根據(jù)允許的過渡帶寬度及阻帶衰減，初步選定窗函數(shù)及其長度N； c.根據(jù)技術(shù)要求確定待求濾波器的單位取樣響應(yīng)， d.將與窗函數(shù)相乘得FIR數(shù)字濾波器的

18、單位取樣響應(yīng)， e.按如下方法計(jì)算FIR數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)，并驗(yàn)證是否達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)： （2-9） 或 由計(jì)算幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)。計(jì)算式（15）時可用FFT算法。如果或不滿足要求，可根據(jù)具體情況重復(fù)b,c,d,e步驟，直到滿足技術(shù)要求9。第三章 FIR帶通濾波器的軟件仿真3.1 程序流程圖開始在Window下錄制語音將語音格式改為wav對語音信號進(jìn)行頻譜分析，畫出時域和頻域波形圖加入噪聲畫出其頻率響應(yīng)用FIR濾波器對語音信號進(jìn)行濾波畫出語音信號濾波前后的波形并進(jìn)行比較結(jié)束用Blackman窗設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器圖3.1 程序設(shè)計(jì)流程圖首先要錄制一段語音信號，并對錄制好的信號進(jìn)行時域和頻

19、域分析；然后對原始的語音信號進(jìn)行加噪處理，對加噪后的信號進(jìn)行分析，繪出時域和頻域的分析圖；最后利用設(shè)計(jì)出的FIR帶通濾波器，針對語音信號的性質(zhì)選取一種適合的窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波，最后對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。3.2 仿真結(jié)果及分析對錄制好的語音信號進(jìn)行分析，編寫程序?qū)ζ溥M(jìn)行仿真，原始信號時域和頻域仿真圖如圖3.2所示。（程序見附錄）圖3.2 原始信號的時域與頻域分析 對原始信號加入8.5khz的余弦噪聲，并將噪聲信號及其加噪后的信號進(jìn)行時域和頻域的分析，仿真結(jié)果如圖3.3所示。（程序見附錄） 圖3.3 噪聲信號及加噪信號的時域與頻域仿真圖仿真分析：通過對圖3.2和3.3兩張圖進(jìn)行對比，可以看出加

20、噪后的語音信號時域波形比原始語音信號渾濁了許多，加噪后的信號的頻帶寬度也明顯比原始語音信號的窄；再通過對原始語音信號的回放效果與加噪后的語音信號回放的效果的對比，人耳可以明顯辨別出兩種語音信號不一樣了，加噪后的語音信號在聽覺上比原始語音信號要渾濁很多，而且還有混雜音。 利用給定的參數(shù)設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器，對其在Matlab上進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3.4所示。（程序見附錄）圖3.4 帶通濾波器的幅頻與相頻特性 將加噪后的信號通過設(shè)計(jì)出的帶通濾波器進(jìn)行濾波，時域和頻域的仿真結(jié)果如圖3.5所示。（程序見附錄）圖3.5 加噪信號經(jīng)過濾波后的時域與頻域仿真仿真分析：分析濾波前后信號的變化，波形圖變窄。頻譜變

21、化表明:信號的低頻率段和高頻率段被濾除，中間頻率段被保留；分析濾波前后的聲音變化，濾波后聲音一定程度上變的尖銳，與高通濾波器濾波后的聲音相比較低。這說明濾波器設(shè)計(jì)基本符合指標(biāo)要求。總結(jié) 在信號處理過程中，所處理的信號往往混有噪音，從接收到的信號中消除或減弱噪音是信號傳輸和處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號和噪音信號的不同特性，提取有用信號的過程稱為濾波。本次課程設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB設(shè)計(jì)一個FIR數(shù)字帶通濾波器，對一段錄制好的語音信號加入噪聲，在噪聲環(huán)境下對語音信號進(jìn)行濾波。 設(shè)計(jì)主要分為以下幾個步驟：首先要錄制一段語音信號，對錄制好的信號進(jìn)行時域和頻域分析；然后對原始的語音信號進(jìn)行加噪處

22、理，對加噪后的信號進(jìn)行分析，繪出時域和頻域的分析圖；最后利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)出的FIR帶通濾波器，對加噪后的信號進(jìn)行濾波，對比濾波前和濾波后的時域和頻域的仿真圖對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 經(jīng)過兩周的時間，在老師和同學(xué)的幫助下雖然完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但是還存在許多不足的地方，比如濾波后的語音信號還是有少許的雜音，沒有做更多的濾波效果比較等。在以后的工作和學(xué)習(xí)中會更加努力來完善設(shè)計(jì)任務(wù)。 參考文獻(xiàn)1 丁玉美. 數(shù)字信號處理M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003，3.2 朱冰蓮. 數(shù)字信號處理M. 北京：電子工業(yè)出版社，2003，7. 3 程佩青.數(shù)字信號處理教程（第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

23、4 陳亞勇等.MATLAB信號處理詳解.北京：人民郵電出版社，2001.5 萬永革.數(shù)字信號處理的MATLAB實(shí)現(xiàn).北京：科學(xué)出版社，2007.6 王力寧.MATLAB與通信仿真.北京：人民郵電出版社，1999.7 宋壽鵬.數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用.江蘇：江蘇大學(xué)出版社,2007.8 普?？酥?方艷梅譯.數(shù)字信號處理(第四版).北京：電子工業(yè)出版社,2007.9 劉波MATLAB信號處理M北京：電子工業(yè)出版社，2006.附錄%原始語音信號的時域與頻域分析y,fs,nbits=wavread ('H:信號處理課設(shè)新建文件夾標(biāo)準(zhǔn)狼叫.wav');y=y(:,1); N=length

24、 (y); %求出語音信號的長度Y=fft(y,N); %傅里葉變換subplot(2,1,1);t=(0:N-1)/fs; figure(1);plot(t,y);axis(0 12 -1.5 1.5);title('原始信號波形');subplot(2,1,2);plot(abs(Y);title('原始信號頻譜');%對噪聲信號及加噪信號進(jìn)行時域與頻域的譜分析f=fs*(0:1023)/2048;Au=0.5;d=Au.*cos(2*pi*8500*t)' %噪聲為8.5kHz的余弦信號d=d(:,1); dd=fft(d,N); %傅里葉變換fi

25、gure(2);subplot(2,1,1);plot(t,d);axis(0 12 -0.6 0.6)title('噪聲信號波形');subplot(2,1,2);plot(abs(dd);title('噪聲信號頻譜');x2=y+d;S=fft(x2); figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,x2);axis(0 12 -2 2)title('加噪信號波形');subplot(2,1,2);plot(abs(S);title('加噪信號頻譜');%帶通濾波器的設(shè)計(jì)fp1=1200;fp2=3000;f

26、s1=1000;fs2=3200;Fs=8000;%輸入設(shè)計(jì)指標(biāo)wp1=fp1/(Fs/2);%計(jì)算歸一化角頻率wp2=fp2/(Fs/2);ws1=fs1/(Fs/2);ws2=fs2/(Fs/2);deltaw=wp1-ws1;%計(jì)算過渡帶的寬度N0=ceil(11/deltaw);%按布萊克曼窗設(shè)計(jì)算濾波器長度N=N0+mod(N0+1,2)%為實(shí)現(xiàn)FIR類型I偶對稱濾波器，應(yīng)確保N為奇數(shù)windows=blackman(N);%使用布萊克曼窗wc1=(ws1+wp1)/2;%截止頻率取通阻帶頻率的平均值wc2=(ws2+wp2)/2;b=fir1(N-1,wc1,wc2,windows

27、);%用fir1子函數(shù)求系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(b,1);n=0:N-1;dw=2/1000;Rp=-(min(db(wp1/dw+1:wp2/dw+1)ws0=1:ws1/dw+1,ws2/dw+1:501;As=-round(max(db(ws0)figure(4);subplot(2,2,1)stem(0:N-1,b);axis(0,N,1.1*min(b),1.1*max(b);title('實(shí)際脈沖響應(yīng)');xlabel('n');ylabel('h(n)');subplot(2,2,2)stem(

28、n,windows);axis(0,N,0,1.1);title('窗函數(shù)特性');xlabel('n');ylabel('wh(n)');subplot(2,2,3)plot(w/pi,db);axis(0,1,-100,10);title('幅頻響應(yīng)');xlabel('頻率(×pi)');ylabel('H(e(jomega)');set(gca,'XTickMode','manual','XTick',0,wc1,wc2,1);set(gca,'XTickMode',