FIR IIR 时域滤波滤除高频噪声.doc

《《数字信号处理》》 课程实验设计报告 实验五 时域与频域对语音信号进行去噪处理 学院：计算机与电子信息学院 专业班级：通信工程2009级1班 组员及分工： 谢锋 0907200224 GUI及FIR设计 李德志0934110104 IIR设计及程序调试 吕翩翩0826211134 时域去噪设计及报告撰写 目录 摘要 1 一 实验目的 2 二 实验步骤及分析 2 1 制作含高频噪声的音乐信号 2 1.1 录制语音信号 2 1.2 加噪处理 2 2 滤波器设计 3 2.1 设计FIR数字滤波器 3 2.1.1 FIRDF基本设计原理 3 2.1.2 用窗函数设计FIRDF的基本方法 4 2.1.3 凯塞窗实现FIRDF 6 2.2 设计IIR数字滤波器 8 2.2.1 IIRDF基本设计原理 8 2.2.2 脉冲响应不变法基本原理 9 2.2.3 巴特沃斯滤波器设计基本原理 10 2.2.4 用脉冲响应不变法实设计IIRDF 11 2.3 设计时域滤波器 13 2.3.1 滑动滤波器的基本设计原理 13 3 GUI设计 18 三 设计总结 18 1 录音中所采集的音乐信号在MATLAB环境中无法打开 18 2 GUI中的问题 19 四 结束语 19 参考文献 19 图表目录 图表 1声音的录制 2 图表 2原始信号的波形 3 图表 3原始语音信号的频谱 3 图表 4幅频特性 7 图表 5相频特性 7 图表 6FIR滤波后的波形 8 图表 7FIR滤波后的频谱 8 图表 8脉冲响应不变法的映射关系 9 图表 9幅频特性 12 图表 10相频特性 12 图表 11IIR滤波后波形 13 图表 12IIR滤波后频谱 13 图表 13滑动平均滤波器的频响特性 14 图表 14幅频特性 16 图表 15相频特性 16 图表 16滤波后的波形 16 图表 17滤波后的频谱图 17 图表 18滤波后的波形 17 图表 19滤波后的频谱图 17 图表 20本设计的界面总览 18 摘要 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。IIR滤波器的首要优点是可在相同阶数时取得更好的滤波效果。但是IIR滤波器设计方法的一个缺点是无法控制滤波器的相位特性。与IIR滤波器相比，FIR的实现是非递归的，总是稳定的；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。本次课程设计根据信号的特性，在时域上设计滑动平均滤波器，在频域上分别设计FIR和IIR数字滤波器，对采集的音乐信号进行滤波去噪处理，并绘制出处理前后的时域波形图和频谱图。最后根据处理前后的图形和音乐回放来分析滤波去噪的效果。同时为了更好地表现本设计实现的功能，采用GUIDE设计GUI进行展示。关键词：滤波去噪 滑动平均滤波器 FIR滤波器 IIR滤波器 MATLAB GUIMATLAB设计相应滤波器，实现对一段音乐信号进行去噪（在频域分别采用FIR和IIR滤波器，在时域采用书上介绍的方法，即采用滑动平均滤波器设计。） 实验要求 实验步骤及分析 制作含高频噪声的音乐信号 录制语音信号 本实验通过windows自带的录音机采集音频信号，并设置合适的参数，将得到的信号保存为“noisy.wav”。 图表 1声音的录制 加噪处理 本实验添加的噪声为余弦高频噪声，实现程序如下： Au=0.3; t=0:1/8000:(size(x)-1)/8000; d=[Au*cos(2*pi*fn*t)]; %fn为噪声频率，可在文本框中进行设置 x = x+d; 得到的复合的原始语音信号的波形和频谱如下所示： 图表 2原始信号的波形 图表 3原始语音信号的频谱 由频谱图可知，语音信号主要分布在2KHz以下的部分，而所加的噪声的频谱是3200Hz。因此滤波器设计必须基于此而设定滤波器的指标参数。 滤波器设计 设计FIR数字滤波器 FIRDF基本设计原理 仅含有有限个（N个）非零值，是因果的有限长序列。该序列的Z变换为 系统的频率响应为 上式中，叫幅度函数，是含正负符号的实函数，且；叫相位函数[2]。一个数字滤波器的设计分三步完成： 一是技术要求。在设计滤波器之前，必须要有某些技术要求。这些技术要求是由用途决定的； 二是近似。一旦技术要求确定后，就要用已学过的各种概念何数学提供一种滤波器的表述，它接近于所给出的一组技术要求； 三是实现。上面一步的结果是一个滤波器的表述，它可能是一个差分方