课程设计基于MATLAB的FIR滤波器设计.doc

《基于MATLAB的FIR滤波器设计》 课程设计报告 专 业： 通信工程 目 录 概述…………………………………………………………3 1、设计目的…………………………………………………3 2、设计要求…………………………………………………3 3、系统功能…………………………………………………3 二、滤波器原理……………………………………………………3 三、软件设计流程…………………………………………………5 1、语音信号的采集…………………………………………5 2、语音信号的频谱分析……………………………………5 3、用滤波器对语音信号进行分析…………………………5 4、回放语音信号……………………………………………6 四、源程序代码及整体波形………………………………………6 五、总结……………………………………………………………8 (要求：给出一级目录，宋体加粗，四号字,1.5倍行距。) 一、概述 1）设计目的 通过对课程设计任务的完成，使我们进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使掌握的基本理论和分析方法方面的知识得到进一步扩展；能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。 2）设计要求 1、认真独立的完成课程设计。 2、通过课程设计，加深对所学知识的理解和认识。 3、仿真调试通过,达到预期效果。 4、写出设计报告。 3）系统功能 因对语音信号加噪后如不进行滤波会产生很大的失真，滤波器的作用会把滤波器工作频率以外的频谱成分滤除掉，可较好的回复原语音信号，滤波器的作用在实际工作中的作用也如此，如要传输的信号通过信道后会叠加上高斯白噪声，在解调之前可先通过BPF滤除BPF以外的噪声。 二、滤波器原理 1）FIR和IIR数字滤波器的选择 数字滤波器根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限冲击响应IIR滤波器和有限冲击响应FIR滤波器。IIR滤波器设计方法有间接法和直接法，间接法是借助于模拟滤波器的设计方法进行的。其设计步骤是：先设计过渡模拟滤波器得到系统函数H（s），然后将H（s）按某种方法转换成数字滤波器的系统函数H(z)。FIR滤波器必须采用间接法，常用的方法有窗函数法、频率采样发和切比雪夫等波纹逼近法。对于线性相位滤波器，经常采用FIR滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统）FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低，但是线性相位，就是不同频率分量的信号经过滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。 FIR采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和等，在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。IIR数字滤波器的幅频特性精度较IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和等FIR滤波器的程序设计 由频谱图可以看出信号能量集中在低频部分，为了减少无用的高频分量我设计了以下的FIR低通滤波器将其滤除。 该设计采用窗函数法来完成以下指标的低通滤波器。通带截频fp=3000Hz，阻带截频fs=3500Hz，通带最大衰减0.3dB，阻带最小衰减50dB，采样频率fs为信号源采样频率22050Hz。 源程序如下： fs=22050;%信号的采样频率 fc1=1500;%基带信号频率 wc1=2*pi*fc1/fs;%相对角频率 wp1=2*pi*1000/fs;ws1=2*pi*1200/fs; N1=ceil(200*2*pi/ws1-wp1); Window=boxcar(N1+1); %长度为N1的矩形窗Window b1=fir1(N1,wc1/pi,Window); figure(1); freqz(b1,1,512); %绘制滤波器的幅频响应图 title(低通滤波器的频率响应); 三、软件设计流程 1、语音信号的采集 利用Windows下的录音机, 录制一段自己的话音, 时间在几秒内。然后在Matlab软件平台下, 利用函数wavread对语音信号进行采样, 记住采样频率和采样点数。 [x,fs,bits]=wavread(); 2、语音信号的频谱分析