数字信号处理波器的设计.doc

对噪声下的男女声信号进行滤波处理 摘 要：本次设计当中，我们以声音信号的滤波工作作为核心。主要的内容就是滤波器的选取过程。根据我们所学的知识，分别设计不同的FIR,IIR滤波器。设计过程中，我们不仅对滤波器的本身特性(包括四个主要的参数)进行了一些研究，还从滤波前后的时域、频域图形进行了对比。 本次课题的目的就是在针对具体实例下区分和选取最优的滤波器，并对设计的滤波器进行评价。我们在设计的过程中正是通过设计滤波器的阶数(对应占用的资源)，设计后的实际(通阻带纹波、通阻带截止频率)进行考量，最终可以获得最优滤波效果的滤波器。 关键词： FIR IIR 最优的滤波器 通阻带纹波 通阻带截止频率 目 录 采集噪声下的男女声信...........................................3 滤波器的选取问题...............................................3 滤波器的参数的设计.............................................4 滤波器的设计内容 4.1 FIR类型的滤波 4.1.1窗函数法.............................................4 4.1.2 最优等纹波线性相位法.................................5 4.2 IIR类型的滤波 4.2.1 导数逼近法 4.2.2 冲激不变法 4.2.3 双线性变换法.........................................8 5 滤波前后的特性对比...........................................10 6 对工作的概括..................................................11 7 滤波器设计的结论..............................................11 7.1滤波器的设计过程 8 参考的文献....................................................12 9 附录..........................................................12 采集噪声下的男女声信号 在半期测验的报告中我们已经简述过声音信号的采集过程了。这一次我们采集自然噪声下的语音信号。这一次，我们仍采用wavrecord函数采集声音信号，在这之后将会生成一个wav文件。 同样的，我们可以通过半期测验的工作成果得到初始状态下时域和频域上的结果。得到的图形如下： 滤波器的选取问题 就我们现阶段学习的内容而言，我们选取数字滤波器考虑的第一个问题就是该采用IIR滤波器还是FIR滤波器。 根据程佩青《数字信号处理教程》P369页描述的对FIR和IIR滤波器的比较 可以看出，IIR和FIR在各自的设计过程中都有一定的针对性，具体的情况下两者分别会展现出各自的优势。 就上述的语音信号而言，我们并不能通过IIR和FIR的一些异同就直接判定哪一种更好，该选取使用哪一种。还是要通过滤波之后展现出来的滤波效果进行评判。 滤波器的参数的设计 从上述的时域和频域图形来看，我们可以知道人声(我们认为的有效声音)分布在频率较低的部分，引入的噪声则分布在频率较高的部分。我们设计的滤波器应该是一个低通滤波器。 设计低通滤波器，我们还给出了如下的参数指标： 4.滤波器的设计内容 简单来说，我们学习过的设计方法可以用下表来概括： 类型 滤波器 I II III FIR 窗函数设计法 频率采样法 最优等纹波线性相位法 IIR 导数逼近法 冲激不变法 双线性变换法 我们知道： 频率采样法能够设计具有线性相位的FIR滤波器，但是它的主要优点在于大多频率采样为零时得到的有效频率采样结构。 双线性变换法一般适用于设计满足高通和带通条件的IIR滤波器。 基于以上的原因，我们不会考虑上述两种设计方法。 下面，我们对此外的几种方法对滤波器进行设计。对应的，我们会给出仿真的结果。 4.1 FIR类型的滤波 4.1.1 窗函数法 窗函数滤波是FIR滤波器设计中最常用也最简单的一种方式，它的设计原理也很简单。通过与的傅里叶变换关系： (其中) 可以知道，这里的单位冲激响应在时间上是无限的，一定要在某一点上截断，才可以得到长度为M的FIR滤波器。这里，我们就用到了窗函数,截取得到一段长度的。 在常用的窗函数中，凯撒窗可以提供60db的衰减，我们先选取凯撒窗，并利用mat