語音信號(hào)濾波去噪——使用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器

1、 語音信號(hào)濾波去噪使用漢寧窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器 第頁(yè) 共23頁(yè) 語音信號(hào)濾波去噪使用漢寧窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)一段語音信號(hào)，加入噪聲后，用漢寧窗設(shè)計(jì)出的FIR濾波器對(duì)加入噪聲后的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。在此次課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)操作平臺(tái)為Windows XP，程序設(shè)計(jì)的操作軟件為MATLAB 7.0。此課程設(shè)計(jì)首先是用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，加入噪聲，然后采用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計(jì)出FIR濾波器，再用設(shè)計(jì)出的濾波器對(duì)這段加噪后的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪，最后對(duì)前后時(shí)域和頻域的波形圖進(jìn)行對(duì)比分析，從波形可以看出噪聲被完全濾除，達(dá)到了語音不失真的效果，說明此次

2、設(shè)計(jì)非常成功。 關(guān)鍵詞 程序設(shè)計(jì)；濾波去噪；FIR濾波器；漢寧窗；MATLAB 7.0 1 引 言本課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)一段語音信號(hào)，進(jìn)行加噪后，用某種函數(shù)法設(shè)計(jì)出的FIR濾波器對(duì)加入噪聲后的語音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，并且分析對(duì)比前后時(shí)域和頻域波形的程序設(shè)計(jì)。1.1 課程設(shè)計(jì)目的在此次課程中主要的要求是用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜，給定相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，用漢寧窗設(shè)計(jì)一個(gè)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該語音信號(hào)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，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過的理論得出合理的結(jié)論。與不同信源相同濾波方法的同學(xué)比較各種信源的特點(diǎn)，與相同信源不同濾波方法的同學(xué)比較各種濾波方法

3、性能的優(yōu)劣。通過此次課程設(shè)計(jì)，我們能夠?qū)W會(huì)如何綜合運(yùn)用這些知識(shí)，并把這些知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中，使所學(xué)知識(shí)在綜合運(yùn)用能力上以及分析問題、解決問題能力上得到進(jìn)一步的發(fā)展，讓自己對(duì)這些知識(shí)有更深的了解。通過課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，認(rèn)真的工作作風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。1.2課程設(shè)計(jì)的要求（1）濾波器指標(biāo)必須符合工程實(shí)際。（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)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.3 工作平臺(tái)簡(jiǎn)介課程設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)平臺(tái)式MATLAB 7.0。如下圖1-1所示：MATLAB 的名稱源自 Matrix Laborator

4、y ，它是美國(guó)MathWorks公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專門設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計(jì)算工具。它集圖示和精確計(jì)算于一身，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機(jī)電工程、醫(yī)藥、金融和其他需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它不僅是一個(gè)在各類工程設(shè)計(jì)中便于使用的計(jì)算工具，而且也是一個(gè)在數(shù)學(xué)、數(shù)值分析和工程計(jì)算等課程教學(xué)中的優(yōu)秀的教學(xué)工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機(jī)和大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適用于Windows、UNIX等各種系統(tǒng)平臺(tái)1?？偟膩碚f，該軟件有三大特點(diǎn)。一是功能強(qiáng)大。具有數(shù)

5、值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算等功能；二是界面友善、語言自然。MATLAB以復(fù)數(shù)處理作為計(jì)算單元，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近；三是開放性強(qiáng)。當(dāng)學(xué)好MATLAB的同時(shí)，會(huì)更好的幫助自己去就解決一些難題，而且MATLAB擁有非常好的發(fā)展前途，對(duì)我們未來的幫助也是不可限量的。圖1-1 MATLAB 7.0設(shè)計(jì)平臺(tái)2 設(shè)計(jì)原理2.1數(shù)字信號(hào)處理簡(jiǎn)介數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科2。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)

6、運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理已成為一個(gè)極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。在通信、語音、圖像、自動(dòng)控制和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)處理的重要環(huán)節(jié)，它在數(shù)字信號(hào)處理中占有著重要的地位,它具有可靠性好、精度高、靈活性大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字濾波器越來越受到人們的重視，廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)字濾波器的輸入輸出信號(hào)都是

7、數(shù)字信號(hào)，它是通過一定的運(yùn)算過程改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分來實(shí)現(xiàn)濾波的，這種運(yùn)算過程是由乘法器、加法器和單位延遲器組成的。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的重要內(nèi)容，其對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的最常見處理是保留數(shù)字信號(hào)中的有用頻率成分和去除信號(hào)中的無用頻率成分。按照時(shí)間域的特性，數(shù)字濾波器可以分為無限沖激脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（IIR濾波器）和有限沖激脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（FIR濾波器）3。2.2 FIR濾波器有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（Finite Impulse Response Digital Filter,縮寫FIRDF）：有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本

8、的元件，最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)線性相性濾波，它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。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要分為兩類：第一類是基于逼近理想濾波器器特性的方法包括窗函數(shù)法、頻率采樣法、和等波紋最佳逼近法；第二類是最優(yōu)設(shè)計(jì)法。設(shè)FIRDF的單位脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度為，則其頻率響應(yīng)函數(shù)為 （2-1）一般將表示成如下形式： （2-2）式中，是的實(shí)函數(shù)（可以去負(fù)值）。與前面的表示形式，即相比， 與不同。與 不同。為了區(qū)別于幅頻響應(yīng)函數(shù)和相頻響應(yīng)函數(shù)，稱為幅頻特性函數(shù)，稱為相頻特

9、性函數(shù)。第一類線性相位FIRDF的相位特性函數(shù)是的嚴(yán)格線性函數(shù)： （2-3）第二類線性相位FIRDF的相位特性函數(shù)如下： （2-4）式中，是常數(shù)，是起始相位。在信號(hào)處理中很有實(shí)用價(jià)值（如希伯爾特變換器），這是FIRDF除了線性相位濾波外，還具有真正交變換作用。2.3 窗口設(shè)計(jì)法FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有許多種，如窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣設(shè)計(jì)法和最優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。窗口設(shè)計(jì)法的基本思想是用FIRDF逼近希望的濾波特性。設(shè)希望逼近的濾波器的頻率響應(yīng)為，其單位脈沖響應(yīng)用表示。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，通常選擇為具有片段常數(shù)特性的理想濾波器。因此是無限長(zhǎng)非因果序列，不能直接作為FIRDF的單位脈沖響應(yīng)。窗口設(shè)計(jì)法就是

10、截取為有限長(zhǎng)的一段因果序列，并用合適的窗口函數(shù)進(jìn)行加權(quán)作為FIRDF的單位脈沖響應(yīng)。窗口設(shè)計(jì)法基本步驟如下： （1）構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù)。以低通線性相位FIRDF設(shè)計(jì)為例，一般選擇為線性理想低通濾波器，即 （2-5）（2）求出。對(duì)進(jìn)行IFT得到 （2-6）（3）加窗得到FIRDF的單位脈沖響應(yīng)， （2-7）式中，稱為窗口函數(shù)，其長(zhǎng)度為。如果要求第一類線性相位FIRDF，則要求關(guān)于點(diǎn)偶對(duì)稱。而關(guān)于點(diǎn)偶對(duì)稱，所，同時(shí)要求關(guān)于點(diǎn)偶對(duì)稱。常見的窗函數(shù)，可以分為以下主要類型：（1）冪窗-采用時(shí)間變量某種冪次的函數(shù)，如矩形、三角形、梯形或其它時(shí)間（t）的高次冪；（2）三角函數(shù)窗-應(yīng)用三角函數(shù)，即正弦

11、或余弦函數(shù)等組合成復(fù)合函數(shù)，例如漢寧窗、海明窗等；（3）指數(shù)窗-采用指數(shù)時(shí)間函數(shù)，例如高斯窗等4。其性能如表2-1所示：表2-1 常見窗函數(shù)性能表名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減矩形1.8/M21dBPARZENWIN6.6/M56dB巴特利特6.1/M25dBFLATTOPWIN19.6/M108dB漢寧6.2/M44dBGAUSSWIN5.8/M60dB漢明6.6/M51dBBARTHANNWIN3.6/M40dB布萊克曼11/M74dBBLACKMANHARRIS16.1/M109dBBOHMANWIN5.8/M51.5dBCHEBWIN15.2/M113dB

12、NUTTALLWIN15.4/M108dBTUKEYWIN2.4/M22dB2.4 漢寧窗（Hanning window）漢寧窗函數(shù)是余弦平方函數(shù)，又稱之為升余弦函數(shù)，它的時(shí)域形式可以表為： （2-8）其中。它的頻域幅度特性函數(shù)為： （2-9）其中為矩形窗函數(shù)的幅度頻率特性函數(shù)。漢寧窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低31dB，但是主瓣寬度比矩形窗函數(shù)的主瓣寬度增加了一倍，為。漢寧窗函數(shù)的時(shí)域幅度與頻域幅度特性曲線的MATLAB實(shí)現(xiàn)的曲線圖如圖2-1所示。 圖2-1 漢寧窗函數(shù)的時(shí)域幅度與頻域幅度特性曲線3設(shè)計(jì)步驟3.1 設(shè)計(jì)流程圖本課程設(shè)計(jì)主要是用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，通過進(jìn)行自編函數(shù)加入噪聲，然

13、后采用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器，并且對(duì)這段加入噪聲的語音信號(hào)函數(shù)進(jìn)行濾波去噪，用繪圖的程序畫出前后時(shí)域和頻域的波形圖進(jìn)行對(duì)比分析。程序的設(shè)計(jì)流程圖如下圖3-1所示： 在Windows下錄制語音將語音格式改為.wav加入單頻噪聲對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，畫出時(shí)域和頻域波形圖 用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器畫出其頻率響應(yīng)用FIR濾波器對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波畫出語音信號(hào)濾波前后波形并且進(jìn)行比較分析開始結(jié)束 圖3-1 程序設(shè)計(jì)流程圖 3.2 錄制語音信號(hào) 單擊桌面左下角的“開始”命令，找到“附件”中的“娛樂”命令，出現(xiàn)“錄音機(jī)”這一項(xiàng)，單擊這一項(xiàng)，彈出窗口，如下圖3-2所示，接下來開始錄制語音信號(hào)“大家好，我

14、是xxx”，時(shí)間為2-3秒，如下圖3-3所示： 圖3-2 未錄制信號(hào)時(shí)錄音機(jī)的狀態(tài) 圖3-3 錄制信號(hào)后錄音機(jī)的狀態(tài) 3.3 語音加噪處理采集完成后在信號(hào)中加入一個(gè)單頻噪聲，設(shè)計(jì)的任務(wù)即為從含噪信號(hào)中濾除單頻噪聲，還原原始信號(hào)。所以我們首先對(duì)采集來的信號(hào)進(jìn)行加噪處理，調(diào)用的程序如下： x,fs,bits=wavread(d:luo.wav);% 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。 sound(x,fs,bits); % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放 N=length(x); % 計(jì)算信號(hào)x的

15、長(zhǎng)度 fn=1700; % 單頻噪聲頻率 t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率 y=x+0.01*sin(fn*2*pi*t); % 加入一個(gè)單頻噪聲 sound(y,fs,bits);% 應(yīng)該可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲 對(duì)語音信號(hào)加入單頻噪聲前后的波形進(jìn)行分析，首先畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形；然后對(duì)語音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性。調(diào)用的程序如下：X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2); % 截取前半部分deltaf=fs/ N; % 計(jì)算頻譜的

16、譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf; % 計(jì)算頻譜頻率范圍用繪圖命令分別畫出加噪前后信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，如下圖3-4所示： 圖3-4 語音信號(hào)加入單頻噪聲前后的時(shí)域和頻域波形圖由上圖3-4我們可以看到語音信號(hào)加入單頻噪聲后的時(shí)域波形比未加之前在幅度范圍內(nèi)有了明顯的增加，在頻譜方面我們可以看到除了在加了噪聲后的頻譜圖上的1700hz有個(gè)明顯的沖激外，其余地方與未加時(shí)的頻譜一模一樣，這現(xiàn)象表現(xiàn)在語音播放時(shí)我們可以聽到一聲尖銳的噪聲。3.4 濾波器設(shè)計(jì)在Matlab中，可以利用矩形窗、三角窗、漢寧窗、漢明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等設(shè)計(jì)FIR濾波器，在本次課程設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用漢寧窗設(shè)計(jì)

17、出FIR濾波器。利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)，首先利用數(shù)字信號(hào)處理里面學(xué)過的知識(shí)，根據(jù)自己選定的參數(shù)，用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，得到數(shù)字濾波器的參數(shù)b，a。其中b為系統(tǒng)函數(shù)的分子系數(shù)，a為系統(tǒng)函數(shù)分母系數(shù)。再調(diào)用freqz(b,a,512,fs)即可得到該濾波器的頻率響應(yīng)。主程序如下：fpd=1600;fsd=1650;fsu=1750;fpu=1800;% FIR濾波器的上下截止頻率Rp=1;As=37; % 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu); % 計(jì)算上

18、下邊帶中心頻率，和頻率間隔wcd=fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi;M=ceil(6.2*pi/dw)+1; % 計(jì)算漢寧窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)n=0:M-1; % 定義時(shí)間范圍w_ham=hanning(M); % 產(chǎn)生M階的漢寧窗 hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M); % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_ham.*hd_bs;

19、% 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h_bs,1); % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性通過繪圖工具我們可以得出濾波器的波形圖，如下圖3-5所示:圖3-5 FIR濾波器的頻率響應(yīng)上圖3-5為用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計(jì)出的FIR濾波器圖，我們可以看出，阻帶最大衰減為-75dB,FIR濾波器的主瓣寬度很小,這樣可以使過渡帶很陡，旁瓣相對(duì)于主瓣也比較小。3.5 信號(hào)濾波處理用自己設(shè)計(jì)的各濾波器分別對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，在Matlab中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，IIR濾波器利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波后，仔細(xì)

20、對(duì)比濾波前和濾波后的語音信號(hào)圖，得出結(jié)論。主程序如下：y_fil=filter(h_bs,1,y); % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波Y_fil=fft(y_fil);Y_fil=Y_fil(1:N/2); % 計(jì)算頻譜取前一半由繪圖工具我們可以得出濾波后的語音信號(hào)波形圖、原始語音信號(hào)的波形圖以及加入噪聲后的語音信號(hào)波形圖，圖如下3-6所示：圖3-6 濾波前后的波形圖由上圖3-6我們可以看出，加噪聲的后的語音信號(hào)經(jīng)過FIR濾波器的濾噪處理，時(shí)域和頻域圖都幾乎完全一樣，這說明噪聲被完全濾掉，同時(shí)也說明FIR濾波器設(shè)計(jì)很理想，能滿足所需要求。3.6 結(jié)果分析語音信號(hào)經(jīng)過FIR濾波器的濾除噪聲的處理

21、，在Matlab中，函數(shù)sound可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式：sound (x，fs，bits)我們可以明顯感覺濾波前后的聲音有變化。聲音中刺耳的聲音沒有了，幾乎恢復(fù)成原始的聲音，但較原始的聲音更平滑一些。這說明用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器濾掉了語音中的噪聲同時(shí)，也把原始語音的很小的一部分也濾掉了，所以回放語音的時(shí)候聽起來比以前的更加平滑，說明這段程序設(shè)計(jì)是成功的。4出現(xiàn)的問題及解決方法 在設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時(shí)，出現(xiàn)了以下幾個(gè)問題：1. 在錄音時(shí)，由于沒能控制好時(shí)間，所以出現(xiàn)了時(shí)間上的錯(cuò)誤，經(jīng)多次修正后，終于成功。2. 調(diào)用語音時(shí)，在用語句“x,fs,bits=wavread(d:luo.wav)”

22、時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)誤，后來知道語句的單引號(hào)用了中文輸入法，最后將單引號(hào)的輸入改為英文輸入法，之后，還發(fā)現(xiàn)在調(diào)用路徑出了錯(cuò)誤，我又將其放到d盤內(nèi)，這才正確。3. 加入單頻噪聲時(shí)，單頻噪聲為正弦信號(hào)，其系數(shù)為1， 得出的圖形在幅度變化范圍內(nèi)很大，幾乎不能看到振幅的起伏變化，后來經(jīng)胡老師的指點(diǎn)我發(fā)現(xiàn)了是系數(shù)太大，將其變?yōu)?.01后，得出正確結(jié)果。4. 繪制出加噪聲后的波形圖，所加單頻噪聲頻率值不在所定義的1700hz上，我開始以為是單頻噪聲的值有問題，所以多次修改后仍沒有改正，后來在老師的幫助下發(fā)現(xiàn)是計(jì)算頻譜的譜線間隔時(shí)出錯(cuò)了，就是“deltaf=fs/2/length(X)”此處多除了一個(gè)2，將其改為“d

23、eltaf=fs/length(X)”后，譜線間隔增加一倍，“X”和“Y”在時(shí)間范圍變得一致，所以 才能得出正確結(jié)果。5. 因?yàn)閱晤l噪聲頻率的多次改動(dòng)，所設(shè)計(jì)的濾波器的性能指標(biāo)沒有隨之變化，所以出現(xiàn)了濾波上的錯(cuò)誤，經(jīng)過仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)是性能指標(biāo)的錯(cuò)誤，沒能以單頻噪聲的頻率為中心頻率，所以經(jīng)過修改指標(biāo)，濾波器得以正確設(shè)計(jì)。5 結(jié)束語兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在此次課程設(shè)計(jì)中，我收獲了許多，不僅在知識(shí)學(xué)習(xí)方面，而且在編程能力方面、團(tuán)結(jié)合作能力等方面都有了一定的成就。首先，在知識(shí)學(xué)習(xí)方面，雖然我們開始有學(xué)過數(shù)字信號(hào)處理這一門課程，有一定的基礎(chǔ)，但是我發(fā)現(xiàn)我還沒能學(xué)懂學(xué)通透，知識(shí)沒能很好的與實(shí)踐結(jié)合，特別

24、在設(shè)計(jì)指標(biāo)方面，沒能全面考慮，所以經(jīng)過這兩周的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于書本上的東西，而且印象深刻。其次，在編程能力方面，此次由于有了胡老師的詳細(xì)講解和她提供的詳細(xì)資料，所以，我能夠很快知道接下來應(yīng)該怎樣編程，有什么作用，得出什么結(jié)果，這讓我們始終有著明確的目標(biāo)，讓我們更加有信心。最后，在團(tuán)結(jié)合作能力方面，雖然每個(gè)人有每個(gè)人的題目，但是我們還是充分發(fā)揮了我們的團(tuán)結(jié)合作能力，找到資料的同學(xué)幫沒找到的同學(xué)找，有什么錯(cuò)誤的大家一起討論，一起找資料解決，特別是題目相似的同學(xué)，大家有資料都一起研究，而且還有我們的指導(dǎo)老師胡老師的精心指導(dǎo)，所以我們合作得很愉快。在這次設(shè)計(jì)過程中，既體現(xiàn)出了自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的

25、能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，又體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中也能發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。同時(shí)，也再次體會(huì)到了團(tuán)結(jié)合作的快樂。在此我要非常感謝敬愛的胡老師，因?yàn)槟憬o了我一個(gè)這么好的題目，要我學(xué)到了更多的東西，還有你的悉心幫助，讓我的設(shè)計(jì)能夠成功完成，同時(shí)，也要感謝好同伴們給我的幫助。參考文獻(xiàn)1張圣勤. MATLAB7.0實(shí)用教程M. 北京：機(jī)械工程出版社，20062 維納K恩格爾，約翰G普羅克斯.數(shù)字信號(hào)處理M. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2002.63 飛思科技產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)中心.MATLAB7輔助信號(hào)處理技術(shù)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2005(3

26、).4 百科ROBOT,zivenwong.窗函數(shù).百度百科, ：2009-12-26附錄1：用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器程序清單%程序名稱：FIR.M%程序功能：采用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器的方法，給語音出去噪聲。%程序作者：%最后修改日期：2011-3-1x,fs,bits=wavread(d:luo.wav); % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits); % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x); % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)度fn=1700; % 單頻噪聲

27、頻率t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率y=x+0.01*sin(fn*2*pi*t); % 加入一個(gè)單頻噪聲sound(y,fs,bits); % 可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換X=X(1:N/2); Y=Y(1:N/2); % 截取前半部分deltaf=fs/ N; % 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf; % 計(jì)算頻譜頻率范圍subplot(2,2,1);plot(t,x); % 布局為2*2的四個(gè)小圖axis(0,2.2,-0.

28、04,0.07); %改變橫縱坐標(biāo)的范圍title(原始語音信號(hào));xlabel(時(shí)間(單位:s);ylabel(幅度); %加上標(biāo)題和橫坐標(biāo)名稱grid on; % 加上網(wǎng)格subplot(2,2,2);plot(f,X);axis(0,5000,0,40);title(原始語音信號(hào)頻譜);xlabel(頻率(單位:hz);ylabel(幅度譜);grid on; subplot(2,2,3);plot(t,y);axis(0,2.2,-0.04,0.08);title(加入單頻干擾后的語音信號(hào));xlabel(時(shí)間(單位:s);ylabel(幅度);grid on;subplot(2,2,

29、4);plot(f,Y);axis(0,5000,0,40);title(加入單頻干擾后的語音信號(hào)頻譜);xlabel(頻率(單位:hz);ylabel(幅度譜);grid on;fpd=1600;fsd=1650;fsu=1750;fpu=1800; % FIR濾波器的上下截止頻率Rp=1;As=37;% 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu); % 計(jì)算上下邊帶中心頻率，和頻率間隔wcd=fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將Hz為單位的模擬頻

30、率換算為rad為單位的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi;M=ceil(6.2*pi/dw)+1; % 計(jì)算漢寧窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)n=0:M-1; % 定義時(shí)間范圍w_ham=hanning(M); % 產(chǎn)生M階的漢寧窗 hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M);% 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_ham.*hd_bs; % 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h_bs,1); % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性figu

31、re(2)subplot(2,2,1);plot(w/pi,db);axis(0,0.5,-80,20);title(以db為單位的幅度特性);xlabel(w/pi);ylabel(db); grid on;subplot(2,2,2);plot(w/pi,mag);axis(0,0.5,-0.1,1.25);title(以線性為單位的幅度特性);xlabel(w/pi);ylabel(mag);grid on;subplot(2,2,3);plot(w,pha);title(濾波器相位響應(yīng)圖);xlabel(w/pi);ylabel(相位pha);grid on;subplot(2,2,4

32、);plot(h_bs);axis(0,1400,-0.2,1.5);title(濾波器脈沖響應(yīng)圖);xlabel(n);ylabel(h(n);grid on; y_fil=filter(h_bs,1,y); % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波Y_fil=fft(y_fil);Y_fil=Y_fil(1:N/2); % 計(jì)算頻譜取前一半figure(3)subplot(3,2,1);plot(t,x); axis(0,2.1,-0.05,0.08);title(原始語音信號(hào)時(shí)間x);xlabel(時(shí)間t);ylabel(幅度);grid on;subplot(3,2,2);plot(f,X);axis(0,5000,0,40);title(原始語音信號(hào)幅度譜X);xlabel(頻率f);ylabel(幅度);grid on;subplot(3,2,3);plot(t,y);axis(0,2.1,-0.05,0.1);title(加干擾語音信號(hào)時(shí)間