MATLAB的语音信号录制采集和分析的程序设计.doc

摘要 现代图像、语声、数据通信对线性相位的要求是普遍的。正是此原因，使得具有线性相位的FIR数字滤波器得到大力发展和广泛应用。 MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，它包含了丰富的工具箱函数，能容易地解决在系统仿真领域教学与研究中遇到的问题；数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。 关键词：MATLAB 数字信号处理 窗函数 目 录 摘要 I 第一章 带通滤波器基本知识简介 1 第一节 滤波器简介 1 第二节IIR滤波器的设计简介 1 第三节 FIR滤波器的设计简介 2 第二章 参数计算 5 第一节 给定技术指标 5 第二节 参数计算 5 第三章 FIR带通滤波器设计 6 第一节 FIR带通滤波器设计原理 6 第二节 MATLAB编程设计 6 第三节 带通滤波器波形图 8 第四章 双线性变换法设计 10 第一节 双线性变换法设计的基本思想 10 第二节 基于MATLAB的双线性法设计程序 10 第五章 心得体会 12 参考文献 13 附 录 14 第一章 带通滤波器基本知识简介 第一节 滤波器简介 滤波器是需要的有用的信号无失真地通过，而把不需要的信号和干扰阻挡掉。大多数情况下，有用的信号和干扰信号是在不同的频段上，此时，把滤波器的频率特性进行精心的设计并实现就能达到这个目的。滤波器按处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器。按通过信号的频段分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 其中数字滤波器是一个离散系统，其系统函数一般可表示为的有理多项式形式，即 （1 - 1） 当都为0时，式（1 - 1）描述的系统称为有限脉冲响应数字滤波器，简称FIR数字滤波器。当系数中至少有一个是非0时，式（1-1）描述的系统称为无限脉冲响应数字滤波器，简称IIR数字滤波器。 第二节IIR滤波器的设计简介 IIR滤波器的设计就是根据给定的数字滤波器技术指标，确定（1-1）式中滤波器的阶数和系数。在满足技术指标的条件下，滤波器的阶数应尽可能低。由于模拟滤波器设计技术已非常成熟，且可得闭合形式的解，因此在设计IIR滤波器时，一般是通过模拟滤波器来设计数字滤波器。设计方法是先将数字滤波器技术指标转化为对应的模拟了滤波器技术指标，然后设计满足技术指标的模拟滤波器，再将模拟滤波器转化为对应的数字滤波器。模拟滤波器的设计都是通过设计模拟低通滤波器来实现，比较常用的模拟低通滤波器有巴特沃斯和车比雪夫等。将模拟滤波器转换为数字滤波器的主要方法有脉冲响应不变法和双线性变换法。 其中双线性变换法的基本思想是先将非带限的模拟滤波器映射为最高频率为的带限模拟滤波器，然后再将模拟滤波器转换为数字滤波器。因此双线性变换法是一种能克服脉冲响应不变法频谱混叠的数字滤波器设计方法，是一种常用的IIR滤波器设计方法。 双线性变换法的设计方法是用其来设计通带截频、通带衰减、阻带衰减的数字滤波器的步骤：将数字滤波器的频率指标转换为模拟滤波器的频率指标；设计通带截频、通带衰减截频、阻带衰减的模拟滤波器；利用双线性变换将模拟滤波器转换为数字滤波器 （1 - 2） 第三节 FIR滤波器的设计简介 FIR数字滤波器是指系统的单位脉冲响应仅在有限范围内有非0值的滤波器阶FIR数字滤波器的系统函数可表示为 （1 - 3） 是的阶多项式，在有限平面，有个零点，而它的个极点都位于平面点。由于FIR滤波器的单位脉冲响应是有限长，因而系统总是稳定的。任何非因果的FIR系统只需经过一定的延时，都可变成因果FIR系统，因而FIR系统总能用因果系统实现。此外，FIR数字滤波器很容易设计成线性相位，这是FIR数字滤波器最显著的特点。 FIR数字滤波器的设计通常是根据理想滤波器的频率响应，采用窗函数法、频率取样法或优化设计方法使所设计的滤波器的频率响应逼近。由式（1-3）可知，单位脉冲响应就是FIR滤波器的系统函数的系数。因此，在设计FIR数字滤波器时，求出所设计滤波器的单位脉冲响应即可。 线性相位FIR数字滤波器的是指其相位响应满足 （1 - 4） 其中阶FIR滤波器的单位脉冲响应是实数，则可以证明系统是线性相位的充要条件为 （1 - 5） 窗函数法设计FIR滤波器的基本思想是在时域逼近理想滤波器的单位脉冲响应。窗函数法设计FIR滤波器步骤：根据所