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语音信号滤波去噪——使用双线性变换法设计的切比雪夫II型滤波器.doc
课程设计任务书
课程名称 数字信号处理课程设计 时间 202011学年第1学期14周 学生姓名 指导老师 题 目 主要内容:
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,用一个满足指标的,用一个满足指标的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,根据结果和学过的理论得出合理的结论。 要求:
(1)滤波器指标必须符合工程实际。
(2)设计完后应检查其频率响应曲线是否满足指标。
(3)处理结果和分析结论应该一致,而且应符合理论。
(4)独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。 应当提交的文件:
(1)课程设计论文。
(2)课程设计附件(主要是源程序)。
摘要 本课程设计主要运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,用一个满足指标的,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,根据结果和学过的理论得出合理的结论。MATLAB
1 引 言
本课程设计主要利用麦克风采集一段语音信号,1.2 课程设计的要求
(1)滤波器指标必须符合工程设计。
(2)设计完后应检查其频率响应曲线是否满足指标。
(3)处理结果和分析结论应该一致,而且应符合理论。
(4)独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告。
2 设计原理
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,用一个满足指标的,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IIR滤波器的输入序列为,则IIR滤波器的输入序列和输出序列之间的关系可用下列方程式表示:
(2-1)
其中和是滤波器的系数,且中至少有一个非零。与上述差分方程对应的传递函数为:
(2-2)
由传递函数可以发现无限长单位冲激响应滤波器有如下特点:
单位冲激响应是无限长的。
(2)系统传递函数在有限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。
设是某个模拟滤波器的频率响应,那么低通滤波器在幅度平方响应上的技术指标给出为:
(2-3)
(2-4)
式中是通带波纹参数,是通带截止频率以rad/s(弧度每秒)计,A是阻带衰减参数,以及是阻带截止频率以rad/s计。
(2-5)
(2-6)
参数和A是分别与以dB计的参数和有关的,这些关系是
(2-7)
(2-8)
波纹和的绝对标尺是通过下式与和A有关的:
利用幅度平方响应给出的模拟滤波器要求(2-1)和(2-2)式不包含任何相位信息。现在,为了求s域的系统函数,考虑
那么有
(2-12)
或者有
(2-9)
轴是以镜像对称方式分布的【2】。
接下来,我们根据语音信号的特点给出有关滤波器的技术指标:
低通滤波器的性能指标:
fp=1200Hz,fs=1200Hz,ft=8000Hz, As=20db ,Ap=1dB
2.2 巴特沃斯滤波器
MATLAB信号处理工具箱函数buttp buttor butter是巴特沃斯滤波器设计函数,其有5种调用格式,本课程设计中用到的是[N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,’s’),该格式用于计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数N和3dB截止频率wc。
函数butter,cheby1和ellip设计IIR滤波器时都是默认的双线性变换法,所以在设计滤波器时只需要代入相应的实现函数即可。下面我们设计的IIR数字滤波器的主要程序:
wp=2*pi*Fp/Ft;
ws=2*pi*Fs/Ft;
fp=2*Ft*tan(wp/2);
fs=2*Ft*tan(ws/2);
[n,wn]=buttord(wp,ws,Ap,As,s);
[b,a]=butter(n,wn,s);
[num,den]=bilinear(b,a,1);
[h,w]=freqz(num,den);
3.设计步骤
3.1设计流程图
语音信号滤波去噪——使用脉冲不变响应法设计的巴特沃斯滤波器的设计流程如图2所示:
图1 脉冲响应不变法巴特沃斯滤波器对语音信号去噪流程图
3.2语言信号的采集
图3是基于PC机的语音信号采集过程:通过计算机录音系统录制1秒:
图2 语音采集过程
图3 录音过程截图
3.3语音信号的频谱分析
3.4滤波器设计
将数字滤波器的设计指标设为通带截止频率fb=1100HZ,阻带频率f
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