【正文】 《使用BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器》 第２４頁(yè) 共23頁(yè)語(yǔ)音信號(hào)濾波去噪——使用BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師：摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是，利用窗口設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)頻率采樣型FIR濾波器并對(duì)加噪語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。，開(kāi)發(fā)工具是M語(yǔ)言編程。在課程設(shè)計(jì)中，然后在MATLAB中對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加噪，并繪制原始語(yǔ)音信號(hào)和加噪語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率，再利用Bohman窗設(shè)計(jì)FIR濾波器，并檢測(cè)是否達(dá)到指標(biāo)，最后使用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，并通過(guò)對(duì)比原始信號(hào)，加噪信號(hào)，濾波去噪信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，或回放語(yǔ)音信號(hào)，檢測(cè)是否設(shè)計(jì)成功。通過(guò)程序調(diào)試及完善，本課程設(shè)計(jì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)與原始語(yǔ)音信號(hào)基本一致，即設(shè)計(jì)的濾波器能夠從含噪信號(hào)中濾除單頻噪聲，還原原始信號(hào)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞 課程設(shè)計(jì)；濾波去噪；FIR濾波器；BOHMAN窗；MATLAB1 引 言 本課程設(shè)計(jì)主要解決在含噪情況下如何對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。設(shè)計(jì)采用BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器對(duì)一段含噪語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。數(shù)字濾波器是一種用來(lái)過(guò)濾時(shí)間離散信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng)，它是通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理來(lái)達(dá)到頻域?yàn)V波的目的。數(shù)字信號(hào)處理與模擬信號(hào)處理是信號(hào)處理的子集。數(shù)字信號(hào)處理的目的是對(duì)真實(shí)世界的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或?yàn)V波。隨著現(xiàn)代通信的數(shù)字化，數(shù)字濾波器變得更加重要。數(shù)字濾波器的種類很多，但總的來(lái)說(shuō)可以分成兩大類，一類是經(jīng)典濾波器，另一類可稱為現(xiàn)代濾波器。從濾波特性方面考慮，數(shù)字濾波器可分為數(shù)字高通、數(shù)字低通、數(shù)字帶通和數(shù)字帯阻等濾波器。從實(shí)現(xiàn)方法上考慮，將濾波器分成兩種，一種稱為無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器，簡(jiǎn)稱IIR濾波器，另一種為FIR濾波器。設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法有窗口設(shè)計(jì)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。[1] 課程設(shè)計(jì)目的 數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)是數(shù)字信號(hào)處理課程的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是通信工程一次較全面的工程師能力訓(xùn)練。(1)通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論方面的認(rèn)識(shí)；(2)熟悉MALTAB工具軟件的運(yùn)用，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)采集語(yǔ)音信號(hào)，以及對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析；(3)掌握數(shù)字信號(hào)處理中FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法和步驟；(4)掌握使用MATLAB對(duì)信號(hào)分析和處理的方法；(5)提高實(shí)際運(yùn)用、綜合運(yùn)用能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)和辯證思維能力。 課程設(shè)計(jì)的要求(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程實(shí)際。(2)設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3)處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。(4)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。 設(shè)計(jì)平臺(tái) 。MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用其他語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用。[2]2 設(shè)計(jì)原理 FIR濾波器 FIR(Finite Impulse Response)濾波器：有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。FIR濾波器相對(duì)于IIR濾波器具有易實(shí)現(xiàn)線性相位，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，允許設(shè)計(jì)多通帶（或多阻帶）濾波器的優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)IR濾波器主要有4種結(jié)構(gòu)，直接型，級(jí)聯(lián)型，線性相位型，頻率采樣型，與IIR結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)是相對(duì)簡(jiǎn)單的。FIR系統(tǒng)濾波器的缺點(diǎn)在于它的性能不如同樣階數(shù)的IIR濾波器，不過(guò)由于數(shù)字計(jì)算硬件的飛速發(fā)展，這一點(diǎn)已經(jīng)不成為問(wèn)題。再加上引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)也得到極大的簡(jiǎn)化。[3] FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有多種，如窗口設(shè)計(jì)法，頻率采樣法，最優(yōu)等波紋設(shè)計(jì)法等。隨著MATLAB軟件尤其是MATLAB的信號(hào)處理箱工具的不斷完善，不僅數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有了可能，而且還可以使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。 有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)（FIR）濾波器有以下特點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h (n)在有限個(gè)n值處不為零(2) 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|0處收斂，極點(diǎn)全部在z = 0處（因果系統(tǒng)）(3) 結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒(méi)有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中（例如頻率抽樣結(jié)構(gòu)）也包含有反饋的遞歸部分。設(shè)FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h (n)為一個(gè)N點(diǎn)序列，0 ≤ n ≤N —1，則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為H(z)=∑h(n)*zn (21) 就是說(shuō)，它有（N—1）階極點(diǎn)在z = 0處，有（N—1）個(gè)零點(diǎn)位于有限z平面的任何位置。FIR濾波器的設(shè)計(jì)分三步完成：(1)技術(shù)要求：在設(shè)計(jì)濾波器之前，必須要有某些技術(shù)要求。這些技術(shù)要求是由用途決定的。(2)近似：一旦技術(shù)要求確定之后，就要用已學(xué)過(guò)的各種概念和數(shù)學(xué)提供一種濾波器的表述，它接近于所給出的一組技術(shù)要求。這一步是屬于濾波器設(shè)計(jì)的范疇。(3)實(shí)現(xiàn)：上面一步的結(jié)果是一個(gè)濾波器的表述，它可能是一個(gè)差分方程的形式，或者是某一系統(tǒng)函數(shù)H(z)，或者是某一脈沖響應(yīng)h(n)。依據(jù)這個(gè)表述要用硬件實(shí)現(xiàn)這個(gè)濾波器，或者在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。[4] 窗口設(shè)計(jì)法窗口設(shè)計(jì)的基本思想是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器（這種濾波器總是有一個(gè)非因果，無(wú)限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)），然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)啵ɑ蚣哟埃┮缘玫揭粋€(gè)線性相位和因果的FIR濾波器。因此，這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)和一種適合的理想濾波器?，F(xiàn)在用Hd(ejw)代表