樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組設(shè)計(jì)

山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院 電子信息與控制工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 通信工程題目 樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：濾波器組在語(yǔ)音、圖像的子帶編碼和壓縮中都有著廣泛的應(yīng)用，非均勻?yàn)V波器組還構(gòu)成了Mallat多分辨分析的算法基礎(chǔ)，在小波變換中占有重要的地位。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是研究樹(shù)形濾波器組的原理，并設(shè)計(jì)一個(gè)樹(shù)形濾波器組，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的分解與重構(gòu)?；疽螅海?）濾波器組的基本原理；（2）樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組的原理及設(shè)計(jì)方法；（3）設(shè)計(jì)一個(gè)8通道的樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組：均勻?yàn)V波器組和非均勻?yàn)V波器組；給出設(shè)計(jì)思路及結(jié)果；（4）用設(shè)計(jì)的濾波器組對(duì)某信號(hào)進(jìn)行多通道分解，驗(yàn)證濾波器組的性能，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；（5）提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料：.胡廣書(shū).現(xiàn)代信號(hào)處理教程，數(shù)字信號(hào)處理.清華大學(xué)出版社.2005.06.高西全.數(shù)字信號(hào)處理.西安電子科技大學(xué)出版社.2009.01.matlab信號(hào)處理相關(guān)書(shū)籍，多采樣率信號(hào)處理的書(shū)籍、資料。.相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源完成期限：自2成2年6月28日至2010年7月13日指導(dǎo)教師： 張凱麗教研室主任：目錄主要內(nèi)容摘要一、設(shè)計(jì)方案…二、設(shè)計(jì)原理…三、設(shè)計(jì)框圖…四、設(shè)計(jì)程序…五、結(jié)果圖……六、結(jié)果圖分析七、結(jié)論及心得八、參考資料…附錄代碼 內(nèi)容摘要:樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組設(shè)計(jì)，將信源輸入信息編碼頻帶分段，便于在有限帶寬信道中傳輸并且提高傳輸速率，在信宿端將信號(hào)解碼恢復(fù)原始信號(hào)。有一定的失真。語(yǔ)音數(shù)據(jù)的有效編碼可以提高通信系統(tǒng)的有效性，大大減少存儲(chǔ)設(shè)備的容量。子帶編碼是一種常用語(yǔ)音編碼技術(shù)，子帶編碼中的子帶分解和合成是子帶編碼中的重要組成部分。使用樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的子帶分解和合并，常用的平行結(jié)構(gòu)濾波器雖然也可以實(shí)現(xiàn)自帶的分解，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻成分的壓縮，但不如樹(shù)形結(jié)構(gòu)靈活，樹(shù)形結(jié)構(gòu)QMFB可以實(shí)現(xiàn)多分辨率的信號(hào)分解與壓縮，同時(shí)重建信號(hào)失真度很低。一.設(shè)計(jì)方案本次課程設(shè)計(jì)，分別用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)濾波器組設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)或別的信號(hào)3級(jí)分解8通道傳輸。我組用的matlab編程實(shí)現(xiàn)方法。一個(gè)語(yǔ)音處理系統(tǒng)主要包括語(yǔ)音信號(hào)的采集，預(yù)處理，語(yǔ)音信號(hào)的壓縮編碼，語(yǔ)音信號(hào)的解碼，語(yǔ)音信號(hào)的增強(qiáng)，最后通過(guò)音頻輸出設(shè)備輸出。為了能夠使采集到的語(yǔ)音信號(hào)能夠完全恢復(fù)出來(lái)，一般信號(hào)的采樣頻率都是很高的，例如44100以，但是人耳能夠識(shí)別的聲音信號(hào)的頻率范圍在300?3400Hz，高于3400Hz的頻率基本對(duì)人耳無(wú)效，因此可以濾除不予編碼，同時(shí)在300?3400的頻率段也有部分頻率段占用很少一部分能量，可以子帶分解后用較短的碼長(zhǎng)編碼，以此來(lái)降低碼率，而對(duì)低頻部分可以通過(guò)抽取，來(lái)減少傳輸和處理的數(shù)據(jù)量。在接收端可以通過(guò)插值恢復(fù)出低頻信號(hào)。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟是針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的頻譜設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的樹(shù)形濾波器組，在信源段首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理濾除多余的頻段，然后就是設(shè)計(jì)信源端得分析濾波器組和信宿段綜合濾波器組的設(shè)計(jì)。以以語(yǔ)音信號(hào)為例，這里只分析對(duì)稱(chēng)濾波器組的設(shè)計(jì)（非對(duì)稱(chēng)的自然就明白了）：將信號(hào)經(jīng)過(guò)2通道正交鏡像濾波器組和2-抽取器，完成信號(hào)的第一次高低分頻和抽取，然后分別將分解出來(lái)的低頻高頻信號(hào)再次通過(guò)2通道正交鏡像濾波器組和2-抽取器，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一次分解出來(lái)的低頻高頻信號(hào)的高低分頻和抽取，將分解出來(lái)的4個(gè)頻段成分在經(jīng)過(guò)2通道正交鏡像濾波器組和2-抽取器，實(shí)現(xiàn)8通道，就是音頻信號(hào)的需要傳輸或者處理的有用信號(hào)，然后對(duì)分解出來(lái)的有用信號(hào)的高低頻信號(hào)分別進(jìn)行插值再對(duì)應(yīng)兩兩合并，得到4個(gè)信號(hào)再次插值，合并，得到2個(gè)信號(hào)，再次插值，合并，得到信宿端信號(hào)。這就是信源的分解濾波器組，將音頻信號(hào)分解成通道信號(hào)，進(jìn)行存儲(chǔ)或傳輸?shù)纫幌盗刑幚怼Ｆ陂g用到的濾波器等：.預(yù)濾波時(shí)用到帶通濾波器300?3400hz。橢圓型帶通濾波器functiony1_yu=pre_process(y1)Fs=8000;fpl=300;fpu=3400;fsl=200;fsu=3600;wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=1;rs=40;[N,wpo]=ellipord(wp,ws,rp,rs);[B,A]=ellip(N,rp,rs,wpo);[H,w]=freqz(B,A);y1_yu=filter(B,A,y1);.正交鏡像濾波器組含高通和低通濾波(1/2)用于分解信號(hào)為2個(gè)一個(gè)高頻一個(gè)低頻、，抽取用到2級(jí)抽取downsample函數(shù)function[y1,y2]=fenjie(x)fs=44100;t2=0:1/fs:(length(x)-1)/fs;a1=fir1(100,1/2);窗函數(shù)長(zhǎng)度100.3db截止頻率為1/2a2=qmf(a1);w1=filter(a1,1,x);%低通濾波w2=filter(a2,1,x);%高通濾波%抽取y1=downsample(w1,2);%抽取2y2=downsample(w2,2);%抽取2其中參數(shù)值子程序求H0(Z)和G0(Z)的值(1)H0(Z)a1=fir1(100,1/2);a2=qmf(a1);figure(19)x=0:1:100;subplot(2,1,1)stem(x,a1,'.');subplot(2,1,2)stem(x,a2,'.');2)G0(Z)a1=fir1(100,1/2);a2=qmf(-a1);figure(19)x=0:1:100;subplot(2,1,1)stem(x,a1,'.');subplot(2,1,2)stem(x,a2,'.');.插值2級(jí)用到interp函數(shù)、合并時(shí)用到求長(zhǎng)度保持一致后相加functiony=hebing(y1,y2,n1,n2)%信號(hào)的零插值和低通濾波y1=interp(y1,2);y2=interp1(y2);n=min(length(y1),length(y2));y1=y1(1:n);y2=y2(1:n);%信號(hào)的合并y=y1+y2;其中子程序functionf=interp1(x)%實(shí)現(xiàn)信號(hào)的零插值f=interp(x,2);fori=1:length(x)f(2*i)=0;enda1=fir1(200,1/2,'high');f=filter(a1,1,f);非對(duì)稱(chēng)濾波器組設(shè)計(jì)原理類(lèi)似的（略）二,設(shè)計(jì)原理1、抽取和內(nèi)插的基本原理信號(hào)的M-抽取是對(duì)原始信號(hào)每隔1-1個(gè)點(diǎn)取一個(gè)點(diǎn)，組成新的采樣序列。抽取后的信號(hào)頻譜發(fā)生了變化，輸入信名（n）與M—抽取后的輸出信用（n）在頻域上的關(guān)系式如下：Y（ejw）=（打印后自己手寫(xiě)從上式可以知道，Y（ejw）是將X（ejw）擴(kuò)展了M倍，幅度變?yōu)樵瓉?lái)的/M，在分別以2口14pi、6pi,???，2kpi移位疊加得到的；抽取后可能造成頻譜混疊，為了避免抽取后的頻譜混疊，信號(hào)X（n）的帶寬必須限制在-pi/M,pi/M】。通常情況下可以再抽取器前進(jìn)行抗混疊濾波，所謂的抗混疊濾波就是在抽取前對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，把信號(hào)的頻帶限制^【/M,pi/M】。信號(hào)的內(nèi)插是信號(hào)抽取的逆過(guò)程，是在已知信號(hào)相鄰抽樣點(diǎn)之間插入若干個(gè)抽樣值的點(diǎn)。實(shí)際中的做法是在已知抽樣序列之間插入若干零值，然后通過(guò)低通濾波器，幾個(gè)實(shí)現(xiàn)內(nèi)插。其實(shí)就相當(dāng)于線(xiàn)性插值。L-內(nèi)插輸入信號(hào)x（n）與輸出信號(hào)的頻域關(guān)系式：Y（ejw）二X（ejwt）從上式我們知道，對(duì)信號(hào)的-內(nèi)插相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)頻譜的倍壓縮，內(nèi)插后信號(hào)的采樣周期變?yōu)樵瓉?lái)的/L倍。內(nèi)插不會(huì)造成頻譜混疊，不會(huì)造成信號(hào)信息量的丟失，但會(huì)使整個(gè)數(shù)字信號(hào)頻率軸插入1-1個(gè)原始信號(hào)的頻譜，稱(chēng)為鏡像。因此在插值后我們可以通過(guò)一個(gè)低通濾波器，來(lái)消除內(nèi)插帶來(lái)的鏡像，恢復(fù)出原始信號(hào)。2、濾波器組的基本原理濾波器組是一組擁有共同輸入信號(hào)或共同輸出信號(hào)的一組帶通濾波器系統(tǒng)框圖如下）M通道濾波器組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（手繪）信號(hào)的子帶分解是通過(guò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中有一個(gè)分析濾波器組實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的子帶分解，一個(gè)綜合濾波器組完成信號(hào)的重建一個(gè)給定的信號(hào)經(jīng)過(guò)分解濾波器組分解，然后編碼、傳輸再通過(guò)綜合濾波器組實(shí)現(xiàn)信號(hào)的恢復(fù)和重建。但是恢復(fù)和重建后的信號(hào)并不能與原始信號(hào)完全相同，兩者之間會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，主要包括：

（1）混疊失真：由抽取和內(nèi)插產(chǎn)生的混疊和鏡像帶來(lái)的誤差所造成的。（2）幅度失真：由濾波器組幅頻特性波紋產(chǎn)生的誤差所造成的。（3）相位失真：由濾波器組的相頻特性的非線(xiàn)性產(chǎn)生的誤差所造成的。（4）子帶量化誤差:由編解碼產(chǎn)生的誤差，與量化噪聲相似。這是一種無(wú)法完全消除的誤差。完全重建濾波器組：無(wú)混疊失真的濾波器組，同時(shí)既無(wú)幅度失真，又無(wú)相位失真。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組，是由兩通道的正交鏡像濾波器組通過(guò)級(jí)聯(lián)或并聯(lián)組建而成的。3.正交鏡像濾波器組兩通道正交鏡像濾波器組的系統(tǒng)框圖如下（手繪）上圖中可以設(shè)H0（z）=H（z）（1.1）HKz）=H（-z）（1.2）G0（z）=H（z） （1.3）G1(z)=-H(-z)(1.4)G1(z)=-H(-z)(1.4)上式說(shuō)明如果H0（z）是低通濾波器，那么11（在）則是高通濾波器。同時(shí)0（四）與H1（ew）關(guān)于pi/2成鏡像對(duì)稱(chēng)，所以稱(chēng)這種濾波器成為正交鏡像濾波器組，簡(jiǎn)稱(chēng)FB。滿(mǎn)足1.1式?1.4式的濾波器組稱(chēng)為標(biāo)版MF濾波器組，它是一種無(wú)混疊失真的濾波器組。樹(shù)形結(jié)構(gòu)的濾波器組：將兩通道濾波器組的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道濾波器組。具體做法就是將各通道的輸出作為下一個(gè)濾波器組的輸入。這種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是：可根據(jù)兩通道濾波器組的特性來(lái)推斷它的特性（是否能夠完全重建等）通過(guò)非對(duì)稱(chēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多抽樣率的子帶分割。兩通道QMFB非對(duì)稱(chēng)的分析濾波器框圖（手繪）三.設(shè)計(jì)框圖（手繪）四.設(shè)計(jì)程序（1）對(duì)稱(chēng)樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組設(shè)計(jì)程序（見(jiàn)附頁(yè)）（2）非對(duì)稱(chēng)樹(shù)形濾波器組設(shè)計(jì)程序（見(jiàn)附頁(yè)）五.設(shè)計(jì)結(jié)果圖1.對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)原始信號(hào)和預(yù)濾波后信號(hào)的時(shí)域波形對(duì)比

原始信號(hào)和預(yù)濾波后的信號(hào)的頻域?qū)Ρ?/p>

三次分解后高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的頻譜（8個(gè)）

三次分解后高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的時(shí)域波形（8個(gè)）

預(yù)濾波信號(hào)與信宿端恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)的時(shí)域?qū)Ρ?/p>

預(yù)濾波信號(hào)與信宿端恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)的頻域?qū)Ρ日荤R像濾波器組的高頻低頻輸出值參數(shù)度幅原始信號(hào)預(yù)濾波后的信號(hào)波形度幅原信號(hào)的頻譜3級(jí)第1個(gè)分解并抽取后部分度0WTf(|vWj田-0.5 ' ' 0 0.5 1 1.5t3級(jí)第3個(gè)分解并抽取后部分 度0勒2f刑■幅-1 1一-—1 0 0.5 1 1.5t3級(jí)(第5個(gè)分解并抽取后部分3級(jí)第7個(gè)分解并抽取后部分

3級(jí)第2個(gè)分解并抽取后部分21 0描一種+制網(wǎng) 1-21 ' ' 0 0.5 1 1.5t3級(jí)第4個(gè)分解并抽取后部分度0 *弋即+幅-1 1 1 0 0.5 1 1.5t3級(jí)第6個(gè)分解并抽取后部分+0,2[ 度+0,2[ 度0 ―一唧訃 幅-0.21 ' ' 0 0.5 1 1.5t3級(jí)第8個(gè)分解并抽取后部分 度0M-4f硼+ 幅-1 ' ' 0 0.5 1 1.53級(jí)第1個(gè)分解并抽取后部分頻譜40-200L03級(jí)第2個(gè)分解并抽取后部分頻譜3級(jí)第1個(gè)分解并抽取后部分頻譜40-200L03級(jí)第2個(gè)分解并抽取后部分頻譜1005001 23x10403x104401 20必3鵬4片W；'3x104402000biuu^LtiJ402000biuu^LtiJ1-一 g3級(jí)第4個(gè)分解并抽取后部分頻譜3級(jí)第6個(gè)分解并抽取后部分頻譜0.40.2003級(jí)第5個(gè)分解并抽取后部分頻譜3x1043x104預(yù)濾波后的信號(hào)2度0幅-20.51t預(yù)濾波后信號(hào)頻譜01.5…400度200幅00 0.51度0幅-10小產(chǎn)2——母'4必巾）枷10.5 1 1.5tx104f0.6-0.4-0.2-■■■”■■■—”?事?■■■■修1J■。…■■■”■■■—”?事?■■■■修1J■-0.2U0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1002.0.40.20-0.2-0.4-0.62.0.40.20-0.2-0.4-0.60 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)原始信號(hào)和預(yù)濾波后信號(hào)的時(shí)域波形對(duì)比原始信號(hào)和預(yù)濾波后的信號(hào)的頻域?qū)Ρ?/p>

預(yù)濾波信號(hào)與信宿端恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)的時(shí)域?qū)Ρ阮A(yù)濾波信號(hào)與信宿端恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)的頻域?qū)Ρ绕呒?jí)非對(duì)稱(chēng)分解后8通道信號(hào)的頻譜及時(shí)域波形1原始信號(hào)時(shí)域波形0.5SO-0.5-10 0.5 121度0幅-1-2預(yù)濾波后的信號(hào)時(shí)域波形t6001.5原始信號(hào)頻譜40020000 12 X10430 0.5 1 1.5t濾波后信號(hào)頻譜40030020010000 12 3 4X104一次分解并抽取的高頻部分1幅o^4Hi，.-1 ' ' 0 0.5 1 1.5t三次分解并抽取的高頻部分*2| 度0 ***-叫心^|^ 幅-21 1 - TOC\o"1-5"\h\z0 0.5 1 1.5t五次分解并抽取的高頻部分-0.01 度 0-1M1—7甘―|小丫一 一、幅-0.01 ' ' 0 0.5 1 1.5

二次分解并抽取的高頻部分21 度04Hli^43節(jié)- 幅-2 ' ' 0 0.5 1 1.5t四次分解并抽取的高頻部分.0.51 ：—： ^度 0、,‘鏟■//卡,-1r―-1j■幅-0.5 1 ― 0 0.5 1 1.5t六次-分解并抽取的高頻部分*11 ：~~T7 度0幅-1 . ■ 0 0.5 1 1.5度0幅-5七誨分解并抽取的高頻部分度0幅-5七誨分解并抽取的高頻部分50 0.5 1 1.5度幅七次-分解并抽取的低頻部分51 TOC\o"1-5"\h\z0 叫- S --5 ' ' 0 0.5 1 1.5t t7級(jí)分0解并抽取后低頻部分頻譜41 度2一*幅0?：?：：&'、F廣"飛％、;二：： TOC\o"1-5"\h\z0 12 3

7級(jí)分0解并抽取后高頻部分頻譜21 度1 ,jj -幅1 朝中/0 12 3f x1046級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜0.01 幅0吧"”刈心 ?0 12 3f x1044級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜

f x1045級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜0.1 渦--0 0 12 3f x1043級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜幅勺一昌—3j-TOC\o"1-5"\h\z0 12 3

度UC L. .I I幅 501j?…L 0 12 3f x1042級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜f x1041級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜六.設(shè)計(jì)結(jié)果圖分析本系統(tǒng)首先對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行預(yù)濾波，濾除頻段（300?3400）以外的信號(hào)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)橢圓形帶通濾波器，從實(shí)驗(yàn)圖看出，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)濾波器完全滿(mǎn)足系統(tǒng)的濾波要求，濾除了低于300Hz和高于3400Hz的頻率分量，同時(shí)也沒(méi)有帶來(lái)相位失真。對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)：然后將預(yù)濾波后的信號(hào)進(jìn)行3級(jí)非對(duì)稱(chēng)分解，得到低頻信號(hào)和高頻信號(hào)，從圖可以看出進(jìn)行三級(jí)分解后的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)均擴(kuò)展到整個(gè)數(shù)字頻率軸，且高頻信號(hào)的能量已經(jīng)占到很大比重，此時(shí)已經(jīng)把有用信號(hào)的頻率分量已經(jīng)分離出來(lái)。從圖可以看出，8通道信號(hào)能量由低頻到高頻，呈現(xiàn)由高到低完全符合聲音信號(hào)的能量分布，分解效果很好。在接受端進(jìn)行信號(hào)的綜合，從圖可以看出綜合后的高頻信號(hào)頻譜和低頻信號(hào)頻譜，通過(guò)對(duì)比可以看出，信源端分解前的信號(hào)頻譜，分解后再綜合信號(hào)的頻譜相似度很高，符合設(shè)計(jì)的要求。重建后信號(hào)與原始信號(hào)的時(shí)域和頻域?qū)Ρ葓D，可以看出，恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)與原始信號(hào)僅在能量上存在一定的線(xiàn)性失真，可以通過(guò)放大器予以恢復(fù)和重建。最后將恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)寫(xiě)入文件，在播放器上進(jìn)行播放，與原始信號(hào)相比，聽(tīng)不出來(lái)差別，本系統(tǒng)完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。七.設(shè)計(jì)心得在本次課程設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)了好多matlab函數(shù)的使用，各種濾波器的設(shè)計(jì)，了解了正交鏡像濾波器工作原理，抽樣，插值的意義，用數(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器組更方便信號(hào)的傳輸高效性，了解了利用樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器的工作原理，更加深了信號(hào)在信道中傳輸?shù)倪^(guò)程。學(xué)會(huì)了好多數(shù)字信號(hào)及matlab應(yīng)用方面的知識(shí)，起初用simlink設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)參數(shù)的設(shè)計(jì)我們遇到了瓶頸改用matlab編程設(shè)計(jì)，大大加深了matlab的廣泛應(yīng)用性。期間查閱了許多資料，從網(wǎng)上下載了一個(gè)程序，一點(diǎn)也看不懂，后經(jīng)過(guò)圖書(shū)館借書(shū)查，詢(xún)問(wèn)同學(xué)老師，解決了不少問(wèn)題。并通過(guò)對(duì)程序的更改及自己的理解，將程序改為通道的樹(shù)形結(jié)構(gòu)濾波器。本次設(shè)計(jì)做了兩個(gè)結(jié)構(gòu)濾波器，其實(shí)掌握了對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)原理，非對(duì)稱(chēng)的就很容易了。另外，了解了語(yǔ)音信號(hào)的讀取及回放用matlab實(shí)現(xiàn)。了解了語(yǔ)音信號(hào)的3級(jí)分解抽取后經(jīng)過(guò)傳輸后插值3級(jí)合并過(guò)程的意義。只要用心去做多動(dòng)腦子多查資料多問(wèn)，其實(shí)課程設(shè)計(jì)沒(méi)有起初自己想的那么難。感謝老師給我了這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓我獲益匪淺。八.參考資料.胡廣書(shū).現(xiàn)代信號(hào)處理教程，數(shù)字信號(hào)處理.清華大學(xué)出版社.2005.06.高西全.數(shù)字信號(hào)處理.西安電子科技大學(xué)出版社.2009.01.Matlab7輔助信號(hào)處理技術(shù)與應(yīng)用.電子工業(yè)大學(xué)出版社.網(wǎng)絡(luò)附頁(yè)程序（1）對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)程序clearall;N=4096*8;%采集點(diǎn)數(shù)[y,fs,bits]=wavread('1.wav',[20000,20000+N-1]);%讀取音頻信息y1=y(：,1);%y2=y(:,2);t=0:1/fs:(N-1)/fs;%timefigure(1);subplot(2,2,1);plot(t,y1);%1通道信號(hào)title('原始信號(hào)')；xlabel('t'),ylabel('幅度')y1_yu=pre_process(y1);%語(yǔ)音信號(hào)預(yù)處理人耳可識(shí)別范圍(300?3400),因此多于此頻率的信號(hào)可以濾掉而不用傳輸subplot(2,2,2);plot(t,y1_yu);%濾波后的信號(hào)時(shí)域波形title('預(yù)濾波后的信號(hào)波形')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(2,2,3);y11=fft(y1,fs);plot(abs(y11));title('原信號(hào)的頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')axis([0,44100,0,500])subplot(2,2,4);y1_yu1=fft(y1_yu);plot(abs(y1_yu1));title('預(yù)濾波后信號(hào)頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')axis([0,44100,0,500])[f1,f2]=fenjie(y1_yu,1);%1次分解[f1_1,f1_2]=fenjie(f1,1,10);%21次分解[f2_1,f2_2]=fenjie(f2,1,10);%22次分解[f1_1_1,f1_1_2]=fenjie(f1_1,1,10);%31,32分解[f1_2_1,f1_2_2]=fenjie(f1_2,1,10);%33,34分解[f2_1_1,f2_1_2]=fenjie(f2_1,1,10);%35,36分解[f2_2_1,f2_2_2]=fenjie(f2_2,1,10);%37,38次分解figure(2)subplot(4,2,1)n=length(f1_1_1)t=0:8/fs:8.*(n-1)/fsplot(t,f1_1_1)title('3級(jí)第1個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,2)n=length(f1_1_2)plot(t,f1_1_2);title('3級(jí)第2個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,3)n=length(f1_2_1)plot(t,f1_2_1)title('3級(jí)第3個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,4)n=length(f1_2_2)plot(t,f1_2_2);title('3級(jí)第4個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,5)n=length(f2_1_1)plot(t,f2_1_1)title('3級(jí)第5個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,6)n=length(f2_1_2)plot(t,f2_1_2);title('3級(jí)第6個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,7)n=length(f2_2_1)plot(t,f2_2_1)title('3級(jí)第7個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,8)n=length(f2_2_2)plot(t,f2_2_2);title('3級(jí)第8個(gè)分解并抽取后部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')figure(3)f1111=fft(f1_1_1,fs);subplot(4,2,1)plot(abs(f1111))title('3級(jí)第1個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1112=fft(f1_1_2,fs);subplot(4,2,2)plot(abs(f1112))title('3級(jí)第2個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1113=fft(f1_2_1,fs);subplot(4,2,3)plot(abs(f1113))title('3級(jí)第3個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1114=fft(f1_2_2,fs);subplot(4,2,4)plot(abs(f1114))title('3級(jí)第4個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1115=fft(f2_1_1,fs);subplot(4,2,5)plot(abs(f1115))title('3級(jí)第5個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1116=fft(f2_1_2,fs);subplot(4,2,6)plot(abs(f1116))title('3級(jí)第6個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1117=fft(f2_2_1,fs);subplot(4,2,7)plot(abs(f1117))title('3級(jí)第7個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1118=fft(f2_2_2,fs);subplot(4,2,8)plot(abs(f1118))title('3級(jí)第8個(gè)分解并抽取后部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')yo二hebing8(f111,f112,f121,f122,f211,f212,f221,f222);figure(4);%合成后的信號(hào)與原來(lái)預(yù)濾波后的信號(hào)對(duì)比subplot(4,1,1);t=0:1/fs:(N-1)/fs;plot(t,y1_yu);title('預(yù)濾波后的信號(hào)')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,1,3);n=length(yo);t=0:1/fs:(n-1)/fs;plot(t,yo);title('信宿端恢復(fù)信號(hào)’)；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,1,4)yo1=fft(yo,fs)plot(abs(yo1));title('信宿恢復(fù)信號(hào)頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')subplot(4,1,2)y1_yu1=fft(y1_yu);plot(abs(y1_yu1));title('預(yù)濾波后信號(hào)頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')wavwrite(yo,fs,'3.wav');子程序%樹(shù)形結(jié)構(gòu)分解子程序(完成信號(hào)的2通道分解以及降采樣率)function[y1,y2]=fenjie(x,n1,n2,fp)fs=44100;t2=0:1/fs:(length(x)-1)/fs;a1=fir1(100,1/2);a2=qmf(a1);w1=filter(a1,1,x);%低通濾波w2=filter(a2,1,x);%高通濾波%抽取y1=downsample(w1,2);%抽取2y2=downsample(w2,2);%抽取2functionf=hebing8(y111,y112,y121,y122,y211,y212,y221,y222)%信號(hào)的3次合并y1_1=hebing(y1_1_1,y1_1_2,1,10);y1_2=hebing(y1_2_1,y1_2_2,1,10);y2_1=hebing(y2_1_1,y2_1_2,1,10);y2_2=hebing(y2_2_1,y2_2_2,1,10);%信號(hào)的2次合并y1=hebing(y1_1,y1_2,1,10);y2=hebing(y2_1,y2_2,1,10);%信號(hào)的1次合并f=hebing(y1,y2,1,10);%樹(shù)形結(jié)構(gòu)綜合子程序(完成2通道信號(hào)的綜合)functiony=hebing(y1,y2,n1,n2)%信號(hào)的零插值和低通濾波y1=interp(y1,2);y2=interp1(y2);n=min(length(y1),length(y2));y1=y1(1:n);y2=y2(1:n);%信號(hào)的合并y=y1+y2;%信號(hào)插值子程序(完成信號(hào)的零插值和高通濾波)functionf=interp1(x)%實(shí)現(xiàn)信號(hào)的零插值f=interp(x,2);fori=1:length(x)f(2*i)=0;enda1=fir1(200,1/2,'high');f=filter(a1,1,f);functiony1_yu=pre_process(y1)Fs=8000;fpl=300;fpu=3400;fsl=200;fsu=3600;wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=1;rs=40;[N,wpo]=ellipord(wp,ws,rp,rs);[B,A]=ellip(N,rp,rs,wpo);[H,w]=freqz(B,A);y1_yu=filter(B,A,y1);(2)非對(duì)稱(chēng)主程序clearall;N=4096*8;%采集點(diǎn)數(shù)[y,fs,bits]=wavread('1.wav',[20000,20000+N-1]);%讀取音頻信息(雙聲道，16位，頻率44100Hz)y1=y(:,1);%y2=y(:,2);t=0:1/fs:(N-1)/fs;%timefigure(1);subplot(2,2,1);plot(t,y1);%1通道信號(hào)title('原始信號(hào)時(shí)域波形')；xlabel('t'),ylabel('幅度')%預(yù)處理人耳可識(shí)別范圍(300~3400)y1_yu=pre_process(y1);subplot(2,2,2);plot(t,y1_yu);title('預(yù)濾波后的信號(hào)時(shí)域波形')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(2,2,3);y11=fft(y1,fs);plot(abs(y11));title('原始信號(hào)頻譜');subplot(2,2,4);y1_yu1=fft(y1_yu);plot(abs(y1_yu1));title('濾波后信號(hào)頻譜');[f1,f2]=fenjie(y1_yu,1,10);%1次分解[f1_1,f1_2]=fenjie(f1,1,10);%2次分解[f1_11,f1_12]=fenjie(f1_1,1,10);%3次分解[f1_111,f1_112]=fenjie(f1_11,1,10);%4次分解[f1_1111,f1_1112]=fenjie(f1_111,1,10);%5次分解[f1_11111,f1_11112]=fenjie(f1_1111,1,10);%6次分解[f1_111111,f1_111112]=fenjie(f1_11111,1,10);%7次分解figure(2)subplot(4,2,1)n=length(f2)t=0:2/fs:2.*(n-1)/fsplot(t,f2);title('一次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,2)n=length(f1_2)t=0:4/fs:4.*(n-1)/fsplot(t,f1_2);title('二次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,3)n=length(f1_12)t=0:8/fs:8.*(n-1)/fsplot(t,f1_12);title('三次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,4)n=length(f1_112)t=0:16/fs:16.*(n-1)/fsplot(t,f1_112);title('四次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,5)n=length(f1_1112)t=0:32/fs:32.*(n-1)/fsplot(t,f1_1112);title('五次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,6)n=length(f1_11112)t=0:64/fs:64.*(n-1)/fsplot(t,f1_11112);title('六次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,7)n=length(f1_111112)t=0:128/fs:128.*(n-1)/fsplot(t,f1_111112);title('七次分解并抽取的高頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')subplot(4,2,8)n=length(f1_111111)t=0:128/fs:128.*(n-1)/fsplot(t,f1_111111)title('七次分解并抽取的低頻部分')；xlabel('t'),ylabel('幅度')figure(3)f1111=fft(f1_111111,fs);subplot(4,2,1)plot(abs(f1111))title('7級(jí)分解并抽取后低頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1112=fft(f1_111112,fs);subplot(4,2,2)plot(abs(f1112))title('7級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1113=fft(f1_11112,fs);subplot(4,2,3)plot(abs(f1113))title('6級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1114=fft(f1_1112,fs);subplot(4,2,4)plot(abs(f1114))title('5級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1115=fft(f1_112,fs);subplot(4,2,5)plot(abs(f1115))title('4級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1116=fft(f1_12,fs);subplot(4,2,6)plot(abs(f1116))title('3級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1117=fft(f1_2,fs);subplot(4,2,7)plot(abs(f1117))title('2級(jí)分解并抽取后高頻部分頻譜')；xlabel('f'),ylabel('幅度')f1118=fft(f2,fs);subplot(4,2,8)p