语音信号滤波去噪_使用凯塞窗设计的FIR滤波器.doc

语音信号滤波去噪—— 使用凯塞窗设计的FIR滤波器 摘 要 本课程设计的主要目的是在MATLAB环境下，使用窗口设计法设计一个滤波器，并对语音信号进行滤波去噪。开发平台为MATLAB7.0，设计方法为窗口设计法。用麦克风采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，给定相应技术指标，用凯塞窗设计一个满足指标的FIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后的波形和频谱并进行分析。在滤波前后语音信号波形的变化由于我们录制的语音信号噪声不大，频域波形中我们可以明显看到设计的滤波器对语音信号进行了滤波处理，将噪声进行了滤除。此次滤波基本达到了要求，完成了设计指标。 关键词 滤波去噪；FIR滤波器；凯塞窗；MATLAB 1 引 言 本课程设计是采用凯塞窗设计的FIR滤波器对语音信号滤波去噪。通过课程设计了解FIR滤波器的原理及使用方法，了解使用MATLAB语言设计FIR滤波器的方法，了解DSP对FIR滤波器的设计及编程方法。通过观察滤波前后的时域图形，加深对FIR滤波器作用的理解。通过对比滤波器前后的波形及回放滤波前后的语音信号，可以看出滤波器对有用信号的无失真放大具有重要作用。语音信号是基于时间轴上的一维数字信号，在这里主要是对信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包含了更多的信息。对于频域来说，大概有8种波形可以让我们分析：矩形方波，锯齿波，梯形波，临界阻尼指数脉冲波形，三角波，余旋波，余旋平方波，高斯波对于各种波形，我们都可以用一种方法来分析，就是傅立叶变换：将时域的波形转化到频域来分析。于是，本课题就从频域的角度对k的语音信号进行分析，并通过分析频谱来设计出合适的滤波器。软件在数字信号处理上的优势[1]。本课程设计主要解决在一个综合型超市中，进行某种商品（如某一品牌的服装）的采购、领料、库存与成本等管理的程序设计。 1.1 课程设计目的 综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。本次使学生加深对理论知识理解的同时增强其逻辑斯维的能力，另一方面对课堂教学中的理论知识做一个总结和补充。熟悉和巩固滤波器的设计方法和原理 掌握实现滤波器设计的有关算法熟练掌握使用语言设计各种要求的数字滤波器 2 设计原理 数字滤波器在数字信号处理的各种应用中发挥着十分重要的作用。它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到滤波的目的。FIR数字滤波器设计的方法有三类，一类是窗口设计法（时间窗口法），第二类是频率采样法，第三类是等波纹优化设计。时间窗口设计法是从单位脉冲响应序列着手，使h(n)逼近理想的单位脉冲响应序列hd(n)；频率采样法是使所设计的FIR数字滤波器的频率特性在某些离散频率点上的值准确地等于所需滤波器在这些频率点处的值，在其它频率处的特性则有较好的逼近。等波纹优化设计也叫最佳一致逼近准则，最佳一致逼近即选择N个频率采样值（或时域 h(n) 值），在给定频带范围内使频响的最大逼近误差达到最小。可保证局部频率点的性能也是最优的，误差分布均匀，相同指标下，可用最少的阶数达到最佳化。本次课程设计采用的就是窗口设计法。 2.1 FIR滤波器 数字滤波器(Digital Filter，简称为DF)是指用来对输入信号进行滤波的硬件和软件。所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的器件。数字滤波器和模拟滤波器相比，因为信号的形式和实现滤波的方法不同，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点。一般用两种方法来实现数字滤波器:一是采用通用计算机，把滤波器所要完成的运算编成程序通过计算机来执行，也就是采用计算机软件来实现;二是采用实际专用的数字处理硬件[5]。 数字滤波器按照冲激响应的时域特性可分为:无限长单位冲响应滤波器（IIR）和有限长单位冲击响应滤波器（FIR），但与IIR相比，在满足同样阻带衰减的情况下需要的阶数较高，滤波器的阶数越高，占用的运算时间就越多，因此在满足指标要求的情况下应尽量减少滤波器的阶数。 FIR滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线，把每一节的输出加权累加，可得到滤波器的输出，FIR滤波器的冲激响应h(n)是有限长的，数学上M阶FIR滤波器可以表示为： （2-1） （2-2） FIR数字滤波器设计的基本步骤如下： (1) 确定指标 在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需