基于数字滤波器的语音信号处理系统的设计.doc

基于数字滤波器的语音信号处理系统的设计 前言： 语音信号的数字滤波就是利用快速傅里叶变换fft对语音信号进行频谱分析，利用分析得到的指标设计数字滤波器，将不需要的部分通过设计好的数字滤波器滤除掉，以达到优化语音的目的。数字滤波器是一种对数字信号进行处理的系统，数字滤波器完成数字信号滤波处理功能，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。它通过一定的运算关系或电路形式来改变输入信号所包含的频率成分的相对比例或滤出某些频率成分，数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等优点。随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。 摘要： 本文介绍了数字滤波器的基本设计原理及步骤双线性变换法以及不变法设计 IIR滤波器窗函数法实现FIR数字滤波器的设计。把理论与实践结合，通过一段语音，利用MATLAB软件分析语音信号确定指标设计滤波器，编写程序设计滤波器，对语音信号进行处理分析滤波后的时域和频域特征，回放语音信号经过信号处理后的效果 1、总体设计 设计1） 利用脉冲响应不变法和双线性变换法实现 2） 利用窗函数实现FIR数字滤波器设计 3） 设计完整的语音信号处理系统，可实现 1.2 课设流程图设计 2、模块设计信号的采集 test.wav. 将语音文件保存后，在MATLAB软件平台下，首先调用wavread函数可采集到录制的音乐信号，并得到其采样率fs和比特数bits。具体调用如下： [y,fs,bits]=wavread(d:\test.wav)%读取语音信号。 运行后得出 fs，bit。其中参数y是每个样本的值，fs是生成该波形文件 时的采样率，bits是波形文件每样的编码位数。 sound(y); 用于对声音的回放。向量y则就代表了一个信号，也即一个复杂的“函 数表达式”，也可以说像处理一个信号的表达式一样处理这个声音信号。 2.2 语音信号的分析 2.2.1语音信号的时域分析 运用matlab软件，调用plot函数，在读取语音信号的基础上画出语音信号的时域波形图。理想状态下，语音信号的时域波形应该是关于时间轴对称的，但是实际情况下，由于存在着一些，使得波形看上去不是那么完美。信号的域分析 格式如下： Xk=fft(xn,N) 参数xn为被变换的时域序列向量，N是DFT变换区间的长度，当N大，自动在补零，当N小于长度时fft函数计算前N个元素，忽略其后面的元素。本次设计中， 2.3 IIR数字滤波器设计 滤波器的极点可以再单位圆内的任何位置，实现滤波器阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，又由于滤波器保留一些模拟滤波器的特性因此应用很广。设计滤波器方法主要有基于不变法和双线性Z变换法设计，数字高通、带通及带阻滤波器，基于MATLAB函数直接设计滤波器滤波器的特点如下： 2）系统函数H(z)在有限z平面上有极点存在； 3）结构上存在着输出到输入的反馈，也就是结构上是递归型的。 IIR滤波器的设计就是在给定的技术指标下去确定滤波器的阶数N和系数{，}。在已满足给定的技术指标下，应选用阶数尽可能低的滤波器，因为滤波器的阶数越低，在实现时成本就越低。在设计IIR滤波器时，最常用的方法是利用模拟滤波器来设计数字滤波器。 2.3.1 IIR数字滤波器设计 1） 按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标、通带最大最大衰减、阻带截止频率、阻带最小衰减，转化为模拟低通滤波器的技术指标 如果采用脉冲响应不变法，边界频率的转换关系为： 如果采用双线性变换法，边界频率的转换关系为： 2）根据归一化频率，确定最小阶数N和频率参数Wn。归一化频率可以由以下公式得到： 3）根据转换后的技术指标运用最小阶设计模拟低通滤波器G(s) 4）再按一定规则将G（）H（z）设计的数字低通的，那么上述工作可以，若设计的是高通，带通或带阻滤波器，那么还需进行一下步骤。 5将高通、带通、或带阻滤波器的技术指标先转化为低通模拟滤波器的技术指标，然后按上述步骤进行设计。的基本原理 双线性变换法的S域与Z域间的变换关系为: （1） 由式(1)可以看出,z和s之间可以直接代换,由于这是一非线性变换,需考察一下是否能把jΩ映射成单位圆,以及是否能将s域左半平面映射到单位圆内部。 对于s平面上的虚轴jΩ,用s=jΩ代入式(1)得: 可见： 上面表示S平面与Z平面一一单位对应，S平面的虚轴经映射后确已成为Z平面的单位圆，但是与为非线性关系，因