dsp課程設計-- 語音信號處理，進行三種類型的濾波器的設計

1、<p><b>　　DSP課程設計報告</b></p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 院 電氣與電子工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 電子信息科學與技術(shù) </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　班 級 電信科學091班 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　2012 年 6月 18 日</p><p><b>　　一、設計題目</b></p><p>　　語音信號處理，進行三種

3、類型的濾波器的設計。</p><p><b>　　二、設計要求</b></p><p>　　(1) IIR低通濾波器性能指標　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。</p><p>　　(2) IIR帶阻,雙線性變換法 </p><p>

4、　　設計指標　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　(3) 帶通濾波器性能指標　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>

5、;　　根據(jù)以上的技術(shù)指標設計出相應的濾波器，畫出濾波器的頻率響應曲線。</p><p><b>　　三、設計原理</b></p><p>　　1. 語音信號的采集</p><p>　　利用Windows下的錄音機，錄制一段自己的話音，時間在1 s內(nèi)。然后在Matlab軟件平臺下，利用函數(shù)wavread對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數(shù)。

6、通過wavread函數(shù)的使用，理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。</p><p>　　[y,fs]=wavread(‘d:\111.wav’,[1000 60000]);</p><p>　　其中y為wav文件的音調(diào)數(shù)據(jù)，長度為60000-1000+1，fs為該文件的播放頻率。通過sound函數(shù)播放該文件的聲音：</p><p>　　Sound(y,fs);</p

7、><p>　　2. 語音信號的頻譜分析</p><p>　　首先畫出語音信號的時域波形，然后對語音號進行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，其程序如下：</p><p>　　Y=fft(y,59001);</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title(‘濾波前的信號波形’);</p><p>　

8、　Subplot(232);plot(abs(Y));title(‘濾波前的信號頻譜’);</p><p>　　3. 設計數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應</p><p>　　給出各濾波器的性能指標：</p><p>　　(1) 低通濾波器性能指標　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。&l

9、t;/p><p>　　(2) 帶阻,雙線性變換法 IIR巴特沃斯數(shù)字濾波器</p><p>　　設計指標　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　(3) 帶通濾波器性能指標　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=10

10、00 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　根據(jù)以上的技術(shù)指標設計出相應的濾波器，畫出濾波器的頻率響應曲線。</p><p>　　4. 用濾波器對信號進行濾波</p><p>　　用自己設計的各濾波器分別對采集的信號利用函數(shù)filter對信號進行濾波，并比較濾波前后語音信號的波形及頻譜：&

11、lt;/p><p>　　x=filter(b,a,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot(x);title(‘濾波后的信號波形’);</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title(‘濾波后的信號頻譜’);</p><

12、;p><b>　　5. 回放語音信號</b></p><p>　　在Matlab中，函數(shù)sound可以對聲音進行回放，其調(diào)用格式：sound(x,fs)；可以感覺濾波前后的聲音有變化。</p><p><b>　　6. 設計系統(tǒng)界面</b></p><p>　　為了使編制的程序操作方便，有能力的學生設計處理系統(tǒng)的用戶

13、界面。在所設計的系統(tǒng)界面上可以選擇濾波器的類型，輸入濾波器的參數(shù)，顯示濾波器的頻率響應，選擇信號等。</p><p><b>　　四、源程序清單</b></p><p>　　4.1 沖擊響應不變法,IIR低通濾波器性能指標　fc=1000 Hz,（通帶截止頻率） fst=2000 Hz, （阻帶截止頻率）Rst=30 dB, Rp＝5 dB。</p>&

14、lt;p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001); %時域信號轉(zhuǎn)換為頻域的信號</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號波形');<

15、;/p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號頻譜');</p><p><b>　　fs=44100;</b></p><p>　　Wst=[2*pi*3000];Wc=[2*pi*2000];</p><p>　　Rp=5;Rst=30;</p&g

16、t;<p>　　wc=Wc/fs;wst=Wst/fs;</p><p>　　[N,Wn]=cheb1ord(Wc,Wst,Rp,Rst,'s');</p><p>　　[B,A]=cheby1(N,Rp,Wn,'s');</p><p>　　[b,a]=impinvar(B,A,fs);</p><

17、p>　　[h,w]=freqz(b,a,256);</p><p>　　x1=[wc/pi,wst/pi];</p><p>　　y1=[-Rp,-Rp,-Rst,-Rst];</p><p>　　Subplot(234);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));</p><p><b>　　grid;<

18、/b></p><p>　　xlabel('f in pi');ylabel('gain in db');axis([0,1,-50,10]);</p><p>　　x=filter(b,a,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot

19、(x);title('濾波后的信號波形');</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title('濾波后的信號頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　4.2 %帶阻,雙線性變換法 IIR巴特沃斯數(shù)字濾波器</p><p>　　%設計指

20、標　fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。</p><p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001)

21、; %時域信號轉(zhuǎn)換為頻域的信號</p><p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號波形');</p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號頻譜');</p><p><b>　　fs=44100;</b></p>

22、;<p>　　wst=[2*pi*2000/fs,2*pi*3000/fs];wp=[2*pi*1000/fs,2*pi*4000/fs];</p><p>　　Rp=5;Rst=30;</p><p>　　[N,Wn]=buttord(wp/pi,wst/pi,Rp,Rst);</p><p>　　[B,A]=butter(N,Wn,'sto

23、p');</p><p>　　[h2,w2]=freqz(B,A,256);</p><p>　　x1=[wp/pi,wst/pi];</p><p>　　y1=[-Rp,-Rp,-Rst,-Rst];</p><p>　　Subplot(234);plot(w2/pi,20*log10(abs(h2)),x1,y1,'*&#

24、39;);</p><p>　　grid;xlabel('f in pi');ylabel('gain in db');axis([0,1,-50,10]);</p><p>　　x=filter(B,A,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);

25、plot(x);title('濾波后的信號波形');</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X));title('濾波后的信號頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　4.3 %帶通 帶通濾波器性能指標　fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=100

26、0 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, %Rp＝5 dB FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　[y,fs]=wavread('d:\111.wav',[1000 60000]);</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　Y=fft(y,59001); %時域信號轉(zhuǎn)換為頻域的信號</p>

27、<p>　　Subplot(231);plot(y);title('濾波前的信號波形');</p><p>　　Subplot(232);plot(abs(Y));title('濾波前的信號頻譜');</p><p>　　%采用窗函數(shù)法設計一個FIR帶通濾波器,滿足指標:低端阻帶邊界頻率ws1=0.2pi,高端阻帶邊界頻率%ws2=0.8pi,阻

28、帶最小衰減60dB;低端通帶邊界頻率wp1=0.35pi,高端通帶邊界頻率wp2=0.65pi,通帶最大衰%減1dB.</p><p>　　%根據(jù)阻帶最小衰減60dB，選擇布萊克曼窗。</p><p><b>　　fs=44100;</b></p><p>　　Rp=5;Rst=60;</p><p>　　ws1=100

29、0*2*pi/fs;ws2=4000*2*pi/fs;</p><p>　　wp1=2000*2*pi/fs;wp2=3000*2*pi/fs;</p><p>　　N=max(ceil(6.2*pi/(wp1-ws1)),ceil(6.2*pi/(ws2-wp2)));%根據(jù)過渡帶寬選擇N,ceil(x)為不小于x的最%小整數(shù)。</p><p>　　wc=[(ws

30、1+wp1)/2,(ws2+wp2)/2];</p><p>　　b=fir1(N-1,wc/pi,blackman(N));</p><p>　　[h,f]=freqz(b,1,500);</p><p>　　Subplot(234);plot(f/pi,20*log10(abs(h)),'-');ylabel('20log|H|'

31、);xlabel('w/pi');grid;</p><p>　　axis([0 1 -100 10]);</p><p>　　x=filter(b,1,y);</p><p>　　X=fft(x,59001);</p><p>　　Subplot(235);plot(x/fs);title('濾波后的信號波形'

32、;);</p><p>　　Subplot(236);plot(abs(X)*fs/60000);title('濾波后的信號頻譜');</p><p>　　Sound(y,fs);</p><p>　　五、設計結(jié)果和仿真波形</p><p>　　5.1 IIR低通、沖擊響應不變法 切比雪夫數(shù)字濾波器</p>&l

33、t;p>　　5.2 %IIR帶阻,雙線性變換法 </p><p>　　5.3 FIR數(shù)字濾波器 帶通</p><p><b>　　六、收獲和體會</b></p><p>　　通過本次試驗我更加熟練地掌握了各種類型濾波器的設計和信號采樣、加深了對數(shù)字信號處理理論方面的理解，加強了matlab的應用能力，獲益匪淺！</p>

34、<p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　?。?）數(shù)字信號處理 丁玉美 西安電子科技大學出版社 </p><p>　?。?）應用MATLAB實現(xiàn)信號分析和處理 張明照 科學出版社 </p><p>　?。?）數(shù)字信號處理及MATLAB實現(xiàn) 余成波 清華大學出版社 </p><p>　

35、?。?）MATLAB7.0在數(shù)字信號處理中的應用 羅軍輝 機械工業(yè)出版社 </p><p>　?。?）MATLAB信號處理 劉波 電子工業(yè)出版社 </p><p>　?。?）Matlab信號處理與應用 董長虹 國防工業(yè)出版社 </p><p>　　（7）數(shù)字信號處理原理及其MATLAB實現(xiàn) 從玉良 電子工業(yè)出版社 </p><p&g

36、t;　?。?）數(shù)字信號處理基礎(chǔ)及MATLAB實現(xiàn) 周輝 中國林業(yè)出版社 </p><p><b>　　2. 相關(guān)網(wǎng)站 </b></p><p>　　（1）Matlab大觀園http://matlab.diy.myrice.com </p><p>　?。?）Matlab學習網(wǎng)http://www.mathworks.com </p>