吹管音樂濾波去噪基于漢寧創(chuàng)的fir濾波器-文庫吧
2025-06-12 23:09 本頁面
【正文】 （23） 窗口設(shè)計(jì)法窗口設(shè)計(jì)法是一種通過截?cái)嗪陀?jì)權(quán)的方法使無限長非因果序列成為有限長脈沖響應(yīng)序列的設(shè)計(jì)方法。通常在設(shè)計(jì)濾波器之前，應(yīng)該先根據(jù)具體的工程應(yīng)用確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常常被用來實(shí)現(xiàn)選頻操作，所以指標(biāo)的形式一般為在頻域中以分貝值給出的相對(duì)幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)。[6]窗口設(shè)計(jì)法基本步驟如下：（1）根據(jù)過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度N。窗函數(shù)的類型可根據(jù)最小阻帶衰減AS獨(dú)立選擇。（2）根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)。（3）由性能指標(biāo)確定窗函數(shù)W(n)和長度N。（4）求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)，h(n)即為所設(shè)計(jì)FIR濾波器系數(shù)向量b(n)。 常見的窗函數(shù)性能表如下表21所示。 常見窗函數(shù)性能表名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減矩形21dBPARZENWIN56dB巴特利特25dBFLATTOPWIN108dB漢寧44dBGAUSSWIN60dB漢明51dBBARTHANNWIN40dB布萊克曼11π/M74dBBLACKMANHARRIS109dBBOHMANWINCHEBWIN113dBNUTTALLWIN108dBTUKEYWIN22dB 漢寧窗（Hanning window）漢寧窗函數(shù)是余弦平方函數(shù)，又稱之為升余弦函數(shù)，它的時(shí)域形式可以表為： （28）其中k=1,2,…，k。它的頻域幅度特性函數(shù)為： （29）其中為矩形窗函數(shù)的幅度頻率特性函數(shù)。漢寧窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低31dB，但是主瓣寬度比矩形窗函數(shù)的主瓣寬度增加了一倍，為。漢寧窗函數(shù)的時(shí)域幅度與頻域幅度特性曲線的MATLAB實(shí)現(xiàn)的曲線圖如圖21所示。 圖21 漢寧窗函數(shù)的時(shí)域幅度與頻域幅度特性曲線3設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)流程圖本課程設(shè)計(jì)主要是從網(wǎng)站上下載一段吹管樂器演奏音樂，利用CE軟件對(duì)音樂進(jìn)行編輯。繪制波形并觀察其頻譜特點(diǎn)，加入一個(gè)帶外單頻噪聲，用漢寧窗設(shè)計(jì)一個(gè)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該含噪音樂信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比較濾波前后波形和頻譜并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過的理論得出合理結(jié)論。程序的設(shè)計(jì)流程圖如下圖31所示。 開始下載一段吹管音樂信號(hào)，用CE軟件編輯格式為wav.加入單頻干擾噪聲對(duì)吹管音樂信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，畫出干擾前后的時(shí)域和頻域波形圖利用漢寧窗設(shè)計(jì)FIR濾波器對(duì)吹管音樂信號(hào)進(jìn)行濾波比較濾波前后的時(shí)域波形和頻譜圖，并回放音樂信號(hào)，驗(yàn)證是否達(dá)到去噪效果是否達(dá)到去噪效果結(jié)束NOYES圖31 程序設(shè)計(jì)流程圖 編輯語音信號(hào)在網(wǎng)上下載一段音樂，，以減少設(shè)計(jì)中的誤差。然后在Matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。CE軟件操作界面如圖32所示。 圖32 CE軟件操作界面 語音加噪處理采集完成后在信號(hào)中加入一個(gè)單頻噪聲，繪制原音樂信號(hào)和加噪后的音樂信號(hào)的時(shí)域和頻域的波形圖。首先，輸入原始音樂信號(hào)并播放一次。調(diào)用程序如下：[x,fs,bits]=wavread(39。h:2013DSP\39。)。 % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits)。 % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放計(jì)算信號(hào)長度并加入噪聲。調(diào)用程序如下：N=length(x)。 % 計(jì)算信號(hào)x的長度fn=2100。 % 單頻噪聲頻率t=0:1/fs:(N1)/fs。 % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x(:,1)39。y=x+sin(fn*2*pi*t)。 % 加入一個(gè)單頻噪聲sound(y,fs,bits)。 % 可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲繪制原始音樂信號(hào)和加入噪聲后的音樂信號(hào)的時(shí)域和頻譜波形圖。調(diào)用程序如下：X=abs(fft(x))。 Y=abs(fft(y))。 % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換X=X(1:N/2)。 Y=Y(1:N/2)。 % 截取前半部分deltaf=fs/ N。 % 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2deltaf。 % 計(jì)算頻譜頻率范圍figure(1)。subplot(2,2,1)。plot(t,x)。 % 布局為2*2的四個(gè)小圖title(39。原始音樂信號(hào)39。)。xlabel(39。時(shí)間(t)39。)。ylabel(39。幅度39。)。 %改變橫縱坐標(biāo)的范圍axis([0,2,])。 %加上標(biāo)題和橫坐標(biāo)名稱grid on。 % 加上網(wǎng)格subplot(2,2,2)。plot(f,X)。title(39。原始音樂信號(hào)頻譜39。)。xlab
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