課程設(shè)計(jì)報(bào)告---拉弦音樂(lè)濾波去噪-使用矩形窗設(shè)計(jì)的fir濾波器

1、<p>　　《數(shù)字信號(hào)處理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　***</b></p><p>　　院 系 專 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) 學(xué) 號(hào) </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 </p><p>　　課程成績(jī) 完成日期 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定</b></p><p>　　院 系 專

3、 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) 學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 </p>&l

4、t;p>　　指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)</p><p>　　指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見(jiàn)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　通信工程 系 通信工程 專業(yè) </p><p><b>　　拉弦音樂(lè)濾波去噪</b>&

5、lt;/p><p>　　——使用矩形窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器</p><p>　　學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： </p><p>　　摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)利用窗口設(shè)計(jì)法選擇矩形窗設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器，對(duì)一段含單頻噪聲拉弦音樂(lè)信號(hào)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

6、先在網(wǎng)上下載一段wav格式的拉弦音樂(lè)，調(diào)整格式為單聲道，采樣速率8kHz，8位碼，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，濾波器后的拉弦音樂(lè)信號(hào)與原始信號(hào)基本一致，即設(shè)計(jì)的FIR濾波器能夠去除信號(hào)中所加單頻噪聲，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 課程設(shè)計(jì)；濾波去噪；矩形窗；FIR濾波器；MATLAB</p>

7、<p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要解決在含噪情況下對(duì)拉弦音樂(lè)信號(hào)的濾波去噪處理，處理時(shí)采用的是利用窗口設(shè)計(jì)法選擇矩形窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器[1]。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)了解并理解FIR設(shè)計(jì)的原理和方法步驟，并掌握用MATLAB語(yǔ)言設(shè)計(jì)濾波器的方法。通過(guò)觀察拉弦音樂(lè)濾波前后時(shí)域和頻域波形的分析比較，加深了對(duì)濾波器的理解。</p><

8、p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在MATLAB平臺(tái)下，設(shè)計(jì)一個(gè)使用矩形窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器對(duì)拉弦音樂(lè)進(jìn)行濾波去噪。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)熟悉MATLAB語(yǔ)言環(huán)境，掌握MATLAB語(yǔ)言的編程規(guī)則，利用矩形窗函數(shù)設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)符合要求的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)拉弦音樂(lè)的濾波去噪。并繪制濾波前后的時(shí)域波形和頻譜圖。根據(jù)繪出的圖形分析判斷所設(shè)計(jì)濾波器的正確性。同時(shí)，通過(guò)此次數(shù)字信號(hào)課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)自己

9、獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力。加深對(duì)書本課程的理解與運(yùn)用。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐方法，為以后的工作打下堅(jiān)持的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　從網(wǎng)站上下載一段拉弦樂(lè)器演奏音樂(lè)，繪制波形并觀察其頻譜特點(diǎn)，加入一個(gè)帶外單頻噪聲，用矩形窗設(shè)計(jì)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后

10、的波形和頻譜并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過(guò)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)比較各種濾波方法性能的優(yōu)劣。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)</b></p><p>　　MATLAB 7.0</p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的

11、簡(jiǎn)稱，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗

12、環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平[2]?！?lt;/p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　2.1 FIR濾波器</p><p>　　FIR濾波器：

13、有限長(zhǎng)單位沖擊響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中最基本的原件，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。</p><p>　　FIR的設(shè)計(jì)分三步完成：</p><p>　　(1) 技術(shù)要求：在設(shè)計(jì)濾波器之前，必須要有某些技術(shù)要求。這些技術(shù)要求是由用途決定的。<

14、;/p><p>　　(2) 近似：一旦技術(shù)要求確定以后，就要用已學(xué)過(guò)的各種概念和數(shù)學(xué)提供一種濾波器的表述，它接近于給出的一組技術(shù)要求。這一步是屬于濾波器設(shè)計(jì)的范疇。</p><p>　　(3) 實(shí)現(xiàn)：上面一步的結(jié)果是一個(gè)濾波器的表述，它可能是一個(gè)差分方程的形式，或者是某一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)H(z)，或者是某一脈沖響應(yīng)h(n)。</p><p>　　在很多應(yīng)用中，如像語(yǔ)音或音頻信

15、號(hào)處理中，數(shù)字濾波器是用作實(shí)現(xiàn)頻率選擇性功能的。因此，技術(shù)要求都是在頻域通過(guò)這個(gè)濾波器的期望幅度和相位響應(yīng)給出的。</p><p>　　有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)（FIR）濾波器有以下特點(diǎn)： </p><p>　　(1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h (n)在有限個(gè)n值處不為零。 </p><p>　　(2) 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|>0處收斂，極點(diǎn)全部在z = 0處（因果系

16、統(tǒng)。） </p><p>　　(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。 </p><p>　　設(shè)FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h (n)為一個(gè)N點(diǎn)序列，0 ≤ n ≤N —1，則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：H(z)=∑h(n)*z^-n[3]

17、 </p><p><b>　　2.2 窗口設(shè)計(jì)法</b></p><p>　　窗口設(shè)計(jì)法的基本想法是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器（這種濾波器總是有一個(gè)非因果，無(wú)限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)），然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)啵ɑ蚣哟埃┮缘玫揭粋€(gè)線性相位和因果的FIR濾波器。因此，這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)和一種合適的理想濾波器。</p>

18、<p>　　現(xiàn)用代表一理想頻率選擇性濾波器，它在整個(gè)通帶內(nèi)有單位幅度增益和線性相位特性，而在阻帶內(nèi)具有零響應(yīng)。一理想帶寬為<的LPF由下式給出為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　其中也稱為截止頻率，稱為樣本延遲。這個(gè)濾波器的脈沖響應(yīng)具有無(wú)限長(zhǎng)，給出為</p><p><b>　　(2

19、-2)</b></p><p>　　為了從得到一個(gè)FIR濾波器必須在兩邊將它截?cái)?。為了得到一個(gè)長(zhǎng)度為M的因果且線性相位FIR濾波器h(n),就必須有</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　這種運(yùn)算稱為“加窗”。一般來(lái)說(shuō)，h(n)可當(dāng)作是由和某一窗函數(shù)ω(n)相乘而得到。</p><p

20、><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　這就是早先定義過(guò)的矩形窗。</p><p>　　窗口設(shè)計(jì)法的基本思想：對(duì)于給定的濾波器技術(shù)要求，選擇濾波器長(zhǎng)度M和具有最窄主瓣寬

21、度和盡可能最小的旁瓣衰減的某個(gè)窗函數(shù)ω(n)。</p><p><b>　　2.3 矩形窗</b></p><p>　　矩形窗是一種最簡(jiǎn)單的窗函數(shù)，從阻帶衰減的觀點(diǎn)來(lái)看也是性能最差的一種。如先前所定義的</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　它的頻率響

22、應(yīng)函數(shù)是</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　這是窗的振幅響應(yīng)。</b></p><p><b>　　由式</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p

23、>　　得真正的振幅響應(yīng)Hr(ω)由下式給出：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　這表明在過(guò)渡帶和阻帶衰減的精確分析中，窗的振幅響應(yīng)的連續(xù)積分（或累加的振幅響應(yīng)）是必須的。</p><p>　　振幅響應(yīng)在ω=ω1有一個(gè)零值，此處</p><p><b>　　(2-10)&l

24、t;/b></p><p>　　因此，主瓣寬度是，從而近似過(guò)渡帶寬為。</p><p>　　第一個(gè)旁瓣的幅度（也是峰值旁瓣幅度）近似在處，并給出為</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　將這個(gè)值與主瓣幅度（等于M）比較，這個(gè)峰值旁瓣幅度是主瓣幅度的</p><p&

25、gt;<b>　　(2-12)</b></p><p>　　累加振幅響應(yīng)有一個(gè)旁瓣幅度在21dB的最小阻帶衰減而與窗的寬度M無(wú)關(guān)。</p><p>　　利用最小阻帶衰減，可將過(guò)渡帶寬準(zhǔn)確計(jì)算出，這個(gè)計(jì)算出的真正帶寬是</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　這大約是近似

26、帶寬的一半。</p><p>　　矩形窗時(shí)域和頻域圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 矩形窗時(shí)域頻域圖</p><p>　　在Matlab中調(diào)用boxcar函數(shù)生成矩形窗。</p><p>　　調(diào)用方式為：w_bh=boxcar(M) %產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為M的矩形窗[4]</p><p><b>

27、　　3 設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)流程</b></p><p>　　在仔細(xì)分析課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求之后，在網(wǎng)上下載所需音樂(lè)，加入噪聲，并設(shè)計(jì)復(fù)合要求的矩形窗FIR濾波器對(duì)所加噪聲音樂(lè)進(jìn)行濾波去噪，并與初始信號(hào)進(jìn)行比較是否達(dá)到濾波要求。設(shè)計(jì)流程圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 設(shè)計(jì)流程圖&l

28、t;/p><p>　　3.2 采集拉弦音樂(lè)信號(hào)</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，在網(wǎng)上下載一段拉弦音樂(lè)，用相關(guān)軟件將下載的音樂(lè)轉(zhuǎn)換為wav文件，時(shí)間3 s左右，調(diào)整格式為單聲道，采樣速率8kHz，8位碼，并將該文件命名為liu_dsp之后，將其放入Matlab文件下的work子文件夾中。然后在Matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。通過(guò)w

29、avread函數(shù)的使用，讓我很快理解了采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。</p><p><b>　　相關(guān)程序代碼如下：</b></p><p>　　[x,fs,bits]=wavread('liu_dsp.wav') % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名</p><p>　　% 輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值</

30、p><p>　　% fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率</p><p>　　% bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)</p><p>　　sound(x,fs,bits) % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放</p><p>　　通過(guò)運(yùn)行程序，可以清晰聽(tīng)到所下的拉弦音樂(lè)片段。</p>&l

31、t;p>　　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)。</p><p><b>　　相關(guān)代碼如下：</b></p><p>　　N=length(x); % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)度</p><p>　　fn=1100;

32、 % 單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改</p><p>　　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</p><p>　　x=x'; y=x+0.5*sin(fn*2*pi*t); </p><p>　　sound(y,fs,bits);</p&

33、gt;<p>　　運(yùn)行程序，可以聽(tīng)到加入單頻噪聲之后的音樂(lè)片段。</p><p>　　通過(guò)繪圖命令，可以得到未加入噪聲和加入噪聲之后的波形圖和頻譜圖，如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 原音樂(lè)和加噪音樂(lè)特性圖</p><p><b>　　3.3 濾波器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)濾波器

34、技術(shù)要求，我將濾波器個(gè)參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　fpd=1000; fsd=1050; fsu=1150; fpu=1200; Rp=1dB; As=20;fs=8000</p><p>　　其中截止頻率也可以任意自選，在單頻噪聲干擾附近即可。</p><p>　　這里，我是用矩形窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器，在Matlab中，可以利用矩形窗設(shè)計(jì)FIR濾波器，再利

35、用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻率響應(yīng)。</p><p>　　首先利用數(shù)字信號(hào)處理里面學(xué)過(guò)的知識(shí)，根據(jù)自己選定的參數(shù)，用指定的方法設(shè)計(jì)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函數(shù)即可得到該濾波器的頻率響應(yīng)。</p><p><b>　　相關(guān)程序代碼如下：</b></p>&

36、lt;p>　　fpd=1000;fsd=1050;fsu=1150;fpu=1200;Rp=1;As=20 </p><p>　　% 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min((fsd-fpd),(fpu-fsu)) </p><p>　　% 計(jì)算上下邊帶中心頻率和頻率間隔

37、</p><p>　　wcd=fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi </p><p>　　% 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率</p><p>　　wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi</p><p>　　M=ceil(1.8*pi/dw

38、)+1 </p><p>　　% 計(jì)算矩形窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)</p><p>　　n=0:M-1 </p><p><b>　　% 定義時(shí)間范圍</b>&

39、lt;/p><p>　　w_bh=boxcar(M) </p><p>　　% 產(chǎn)生M階的矩形窗 </p><p>　　hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M) </p><p>　　% 調(diào)用自

40、編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)</p><p>　　h_bs=w_bh'.*hd_bs; </p><p>　　% 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)</p><p>　　[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h_bs,1)</p><p

41、>　　% 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性</p><p>　　再利用繪圖命令得到所設(shè)計(jì)濾波器特性圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 濾波器特性圖</p><p>　　3.4 信號(hào)濾波處理</p><p>　　濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。</p>

42、<p>　　經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅立葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說(shuō)，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。</p><p>　　用模擬電子電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，其基本原理就是利用電路的頻率特性實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)中頻率成分的選擇。根據(jù)頻率濾波時(shí)，是

43、把信號(hào)看成是由不同頻率正弦波疊加而成的模擬信號(hào)，通過(guò)選擇不同的頻率成分來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波[5]。</p><p>　　濾波器設(shè)計(jì)好之后，用自己所設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，在Matlab中，濾波器利用函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。</p><p><b>　　相關(guān)程序代碼如下：</b></p><p>　　y_fil=filter(h_bs

44、,1,y) % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波</p><p>　　Y_fil=fft(y_fil);Y_fil=Y_fil(1:N/2) % 計(jì)算頻譜取前一半</p><p>　　然后調(diào)用繪圖命令得到濾波前后信號(hào)特性對(duì)比圖如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 濾波前后信號(hào)波形

45、特性對(duì)比圖</p><p><b>　　3.5 結(jié)果分析</b></p><p>　　由圖3.4得出的結(jié)果來(lái)看，加在1100Hz處的噪聲基本被濾除，音樂(lè)信號(hào)波形也還原成原信號(hào)波形。通過(guò)重聽(tīng)原始音樂(lè)文件及濾波前后的音樂(lè)文件，也可以明顯感受到噪聲幾乎被濾除。</p><p><b>　　相關(guān)程序代碼如下：</b></p&

46、gt;<p>　　sound(x,fs,bits) </p><p><b>　　%播放未加噪聲音樂(lè)</b></p><p>　　sound(y,fs,bits) </p><p>　　%播放加入噪聲之后的音樂(lè)</p><p>　　sound

47、(y_fil,fs,bits) </p><p>　　%播放濾波去噪后的音樂(lè)</p><p>　　再調(diào)用繪圖命令繪制濾波前后拉弦音樂(lè)信號(hào)的頻譜圖，得到圖3.5：</p><p>　　圖3.5 濾波前后拉弦音樂(lè)信號(hào)頻譜對(duì)比圖</p><p>　　由頻譜對(duì)比圖也可以清晰看出，所加噪聲已基本被濾除，達(dá)到了去噪效果，可以證

48、明此次濾波器的設(shè)計(jì)及用其進(jìn)行濾波去噪是成功的。</p><p>　　但是，當(dāng)我與用不同窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器的同學(xué)比較結(jié)果濾波時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的矩形窗FIR濾波器濾波效果并不突出，還是隱約可以聽(tīng)到噪聲的存在。</p><p>　　4 出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法</p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)中，我也遇到了很多自己一時(shí)難以解決的問(wèn)題，通過(guò)請(qǐng)教老師同學(xué)，查閱資料等方式終于

49、一一解決，并順利完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。其中，遇到的問(wèn)題總結(jié)一下主要有一下幾項(xiàng)：</p><p>　　（1）由于平時(shí)自己沒(méi)有經(jīng)常使用Matlab,并且自己所裝版本與實(shí)驗(yàn)機(jī)房不同，導(dǎo)致我剛開(kāi)始使用Matlab工具時(shí)遇到了很多操作方面的問(wèn)題。</p><p>　?。?）在采集拉弦音樂(lè)信號(hào)時(shí)，自己不知道怎么樣可以將音樂(lè)文件轉(zhuǎn)換成實(shí)驗(yàn)要求的格式為單聲道，采樣速率8kHz，8位碼。</p>

50、<p>　?。?）完成音樂(lè)文件的各項(xiàng)要求后，在Matlab平臺(tái)下卻不能播放出自己所下載的音樂(lè)。</p><p>　?。?）在程序中所需的freqz_m.m及ideal_lp.m文件，自己無(wú)法找到，導(dǎo)致自己的濾波器遲遲不能設(shè)計(jì)出來(lái)</p><p>　?。?）在用繪圖命令繪制各信號(hào)的波形及頻譜圖時(shí)，無(wú)法在一段程序內(nèi)繪制出多個(gè)單獨(dú)的圖。</p><p>　　針對(duì)

51、以上問(wèn)題，我是如下解決的：</p><p>　?。?）自己不斷在Matlab論壇中尋找新版本的使用方法，同時(shí)也積極翻閱以前學(xué)過(guò)的《MATLAB基礎(chǔ)與編程入門》一書，不斷摸索、不斷熟悉，終于對(duì)Matlab的使用有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。</p><p>　?。?）在遇到音樂(lè)信號(hào)采集的問(wèn)題時(shí)，我不斷在網(wǎng)上搜索相關(guān)的音樂(lè)軟件，在找到一款合適的之后，這個(gè)問(wèn)題也順利解決了。</p><p

52、>　　（3）音樂(lè)不能正常播放時(shí)，我仔細(xì)閱讀老師發(fā)給我們的知道書，終于發(fā)現(xiàn)是自己的文件路徑設(shè)置得不對(duì)，導(dǎo)致音樂(lè)無(wú)法播放。最后經(jīng)過(guò)同學(xué)提醒，直接將音樂(lè)文件放于Matlab文件下的work文件夾中，這個(gè)問(wèn)題也迎刃而解了。</p><p>　　（4）當(dāng)我將找不到這兩個(gè)文件的問(wèn)題與同學(xué)交流時(shí)，他們也遇到了相同的問(wèn)題，最后我們翻閱了相關(guān)書籍后，找到了這兩個(gè)文件，并放在work文件夾后，執(zhí)行程序時(shí)問(wèn)題也解決了。</

53、p><p>　?。?）遇到這個(gè)問(wèn)題時(shí)，我請(qǐng)教了老師，在老師的點(diǎn)撥下，我在每個(gè)繪圖指令之前分別加入了figure(1)、 figure(2) 、figure(3) 、figure(4)，在運(yùn)行程序后，四個(gè)圖也可以同時(shí)繪制出來(lái)了。</p><p><b>　　5 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)這次數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)了很多，感受了很

54、多，也學(xué)習(xí)了很多。從中，也發(fā)現(xiàn)了自身的諸多問(wèn)題。首先，我深深的感受到自己專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的不扎實(shí)，面對(duì)一些基本的矩形窗理論知識(shí)，自己都不能透徹地理解，導(dǎo)致了自己在剛開(kāi)始對(duì)課設(shè)內(nèi)容的理解上產(chǎn)生了種種困難。其次，作為一個(gè)通信專業(yè)的學(xué)生，盡然沒(méi)有在平時(shí)的學(xué)習(xí)中頻繁地、熟練地使用Matlab軟件，到了該用的時(shí)候，不能輕易上手，這些小問(wèn)題都直接影響了我課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。再次，我感受到了作為一個(gè)工科學(xué)生，自己的動(dòng)手實(shí)踐能力還大大的欠缺，平時(shí)我們只注重理論

55、知識(shí)的汲取，卻忽視了實(shí)踐，等到真正需要這些知識(shí)來(lái)動(dòng)手完成一些項(xiàng)目時(shí)，覺(jué)得很無(wú)力，總感覺(jué)理論的東西脫節(jié)了、用不上，所以在以后的學(xué)習(xí)中要大大提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。</p><p>　　當(dāng)然，兩個(gè)星期的勞動(dòng)還是讓我收獲頗多，不僅清醒地認(rèn)識(shí)了之前所說(shuō)的不足。它也使我明確了自己以后學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方向，讓我在以后有限的學(xué)習(xí)生活中更有動(dòng)力。</p><p>　　最后，這次課程設(shè)計(jì)的圓滿完成與老師的悉心指

56、導(dǎo)和同學(xué)們的不吝幫助是分不開(kāi)的，在這里一并表示感謝！ </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]Vinay K.Ingle，John G.Proakis(著).劉樹棠(譯).數(shù)字信號(hào)處理(MATLAB版) [M].西安交通大學(xué)出版社.2008.01</p><p>　　[2] 風(fēng)繼林，郭子輝，萬(wàn)永革. FIR濾

57、波器設(shè)計(jì).2010.04.25</p><p>　　[3]百度百科.FIR濾波器. 2012.03.14</p><p>　　[4]張圣勤.MATLAB7.0實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工程出版社.2006.03</p><p>　　[5]Arthur b.Williams，F(xiàn)red J.Taylor(著).寧彥卿，姚金科(譯).電子濾波器設(shè)計(jì).科學(xué)出版社.20

58、08.09</p><p>　　附錄1：拉弦音樂(lè)信號(hào)濾波去噪設(shè)計(jì)源程序清單</p><p><b>　　% 程序名稱：</b></p><p>　　% 程序功能：采用基于矩形窗的窗口設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)FIR濾波器對(duì)含噪拉弦音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。</p><p><b>　　% 程序作者：</b><

59、;/p><p><b>　　% 最后修改日期：</b></p><p>　　[x,fs,bits]=wavread('liu_dsp.wav') </p><p>　　% 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)。</p><

60、;p>　　sound(x,fs,bits) </p><p>　　% 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放</p><p>　　N=length(x) % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)度</p><p>　　fn=1100 % 單頻噪聲頻率，此

61、參數(shù)可改</p><p>　　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</p><p>　　x=x'; y=x+0.5*sin(fn*2*pi*t)</p><p>　　sound(y,fs,bits)</p><p>　　X=abs(fft(x));Y=abs(f

62、ft(y))</p><p>　　X=X(1:N/2);Y=Y(1:N/2)</p><p>　　deltaf=fs/N</p><p>　　f=0:deltaf:fs/2-deltaf</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(2,2,1);pl

63、ot(t,x);xlabel('時(shí)間(t)')</p><p>　　ylabel('幅度');title('原始音樂(lè)信號(hào)')</p><p>　　subplot(2,2,2);plot(f,X);xlabel('頻率(f)')</p><p>　　ylabel('幅度譜');title(

64、'原始音樂(lè)信號(hào)幅度譜')</p><p>　　axis([0,4000,0,400])</p><p>　　subplot(2,2,3);plot(t,y);xlabel('時(shí)間(t)')</p><p>　　ylabel('幅度');title('加干擾后的音樂(lè)信號(hào)')</p><

65、p>　　subplot(2,2,4);plot(f,Y);xlabel('頻率(f)')</p><p>　　ylabel('幅度譜');title('加干擾后的音樂(lè)信號(hào)幅度譜')</p><p>　　axis([0,4000,0,400])</p><p>　　fpd=1000;fsd=1050;fsu=115

66、0;fpu=1200;Rp=1;As=20 </p><p>　　% 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min((fsd-fpd),(fpu-fsu)) </p><p>　　% 計(jì)算上下邊帶中心頻率，和頻率間隔</p><p>　　wcd

67、=fcd/fs*2*pi;wcu=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi </p><p>　　% 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率</p><p>　　wsd=fsd/fs*2*pi;wsu=fsu/fs*2*pi</p><p>　　M=ceil(1.8*pi/dw)+1

68、 </p><p>　　% 計(jì)算矩形窗設(shè)計(jì)該濾波器時(shí)需要的階數(shù)</p><p>　　n=0:M-1 % 定義時(shí)間范圍</p><p>　　w_bh=boxcar(M) % 產(chǎn)生M階的矩形窗 </p><

69、p>　　hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wcu,M) </p><p>　　% 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)</p><p>　　h_bs=w_bh'.*hd_bs </p><p>　　% 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)</

70、p><p>　　[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h_bs,1) </p><p>　　% 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性 </p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(2,2,1);plot(w/pi,

71、db); grid on</p><p>　　xlabel('頻率');ylabel('db')</p><p>　　axis([0,0.5,-50,10]);</p><p>　　subplot(2,2,2);plot(w/pi,mag); grid on</p><p>　　xlabel('頻率&#

72、39;);ylabel('幅度')</p><p>　　axis([0,0.5,-0.5,1.5])</p><p>　　subplot(2,2,3);plot(w/pi,pha); grid on</p><p>　　xlabel('頻率');ylabel('相位')</p><p>　　ax

73、is([0,0.5,-4,4])</p><p>　　subplot(2,2,4);plot(n,h_bs);grid on</p><p>　　xlabel('頻率');ylabel('濾波器脈沖響應(yīng)')</p><p>　　axis([50,100,-0.5,1]);</p><p>　　y_fil=fil

74、ter(h_bs,1,y) </p><p>　　% 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)y進(jìn)行濾波</p><p>　　Y_fil=fft(y_fil);Y_fil=Y_fil(1:N/2) </p><p>　　% 計(jì)算頻譜取前一半</p>&l

75、t;p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　subplot(3,2,1);plot(t,x);grid</p><p>　　axis([0,2,-1.1,1.1])</p><p>　　xlabel('t');ylabel('x'); title('加噪聲前的時(shí)域波形圖

76、9;);</p><p>　　subplot(3,2,2);plot(f,X);grid</p><p>　　axis([0,2000,0,400])</p><p>　　xlabel('f');ylabel('X');title('加噪聲前的頻域波形圖');</p><p>　　subplot

77、(3,2,3);plot(t,y);grid</p><p>　　axis([0,2,-2.1,2.1])</p><p>　　xlabel('t');ylabel('y');title('加噪聲后的時(shí)域波形圖');</p><p>　　subplot(3,2,4);plot(f,Y);grid</p>

78、<p>　　axis([0,2000,0,400])</p><p>　　xlabel('f');ylabel('Y');title('加噪聲后的頻域波形圖');</p><p>　　subplot(3,2,5);plot(t,y_fil);grid</p><p>　　axis([0,2,-1.4,1.4]

79、)</p><p>　　xlabel('t');ylabel('y');title('濾波后的時(shí)域波形圖');</p><p>　　subplot(3,2,6);plot(f,Y_fil);grid</p><p>　　axis([0,2000,0,400])</p><p>　　figure(

80、4);</p><p>　　subplot(211);plot(f,20*log10(abs(Y)/max(abs(X))));axis tight;grid on;</p><p>　　% 繪制加噪拉弦音樂(lè)信號(hào)頻譜圖</p><p>　　subplot(212);plot(f,20*log10(abs(Y_fil)/max(abs(X))));axis tight

81、;grid on;</p><p>　　% 繪制去噪拉弦音樂(lè)信號(hào)頻譜圖</p><p>　　sound (y_fil,fs,bits)；</p><p>　　%程序名稱：ideal_lp</p><p>　　function hd=ideal_lp(wc,M);</p><p>　　alpha = (M-1)/2;&l

82、t;/p><p>　　n = [0:1:(M-1)];</p><p>　　m = n - alpha +eps; </p><p>　　hd = sin(wc*m)./(pi*m);</p><p>　　%程序名稱：freqz_m</p><p>　　function [db,mag,pha,grd,

83、w] = freqz_m(b,a);</p><p>　　[H,w] = freqz(b,a,1000,'whole');</p><p>　　H = (H(1:1:501))'; w = (w(1:1:501))';</p><p>　　mag = abs(H);</p><p>　　db = 20*log1