【正文】 件。 其版本更新如表21所示。 第2章 MATLAB概述 MATLAB的誕生與發(fā)展MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。此外，在國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)中已廣泛采用。它廣泛應(yīng)用于多路復(fù)用系統(tǒng)中作為載波濾波器，在收發(fā)信中，單邊帶通信機(jī)中作為選頻濾波器，在頻譜分析儀和聲納裝置中作為中頻濾波器?？傊現(xiàn)PCCDTF是最有希望的發(fā)展方向。 為適應(yīng)各種需要，出現(xiàn)了一批新型濾波器，這里介紹幾種已得到廣泛應(yīng)用的新型濾波器。 此外，還有波DF，它便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，便于無(wú)源和有源濾波網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字模擬。（2）復(fù)數(shù)DF ：在輸入信號(hào)為窄帶信號(hào)處理系統(tǒng)中，常采用復(fù)數(shù)DF技術(shù)。（1）自適應(yīng)DF ：最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制都涉及到多參數(shù)、多變量的復(fù)雜控制系統(tǒng)，都屬于現(xiàn)代控制理論研究的課題。從整體而言，我國(guó)有源濾波器發(fā)展比無(wú)源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。 在我國(guó)，1978年有的導(dǎo)師和在校研究生開始進(jìn)行這項(xiàng)研究工作，真正引起人們重視是1980年以后。當(dāng)前MOS電容值一般為幾皮法至100pF之內(nèi)，它具有（10～100）106/V的電壓系數(shù)與（10～100）106/℃的溫度系數(shù)，這兩個(gè)系數(shù)幾乎接近理想的境界。1972年，美國(guó)一個(gè)叫Fried的科學(xué)家發(fā)表了用開關(guān)和電容模擬電阻R，說SCF的性能只取決于電容之比，與電容絕對(duì)值無(wú)關(guān)，這樣才引起人們的重視。但由于采用預(yù)置電路和復(fù)雜的相位時(shí)鐘，使這種濾波器發(fā)展前途不大。由于R的存在，給集成工藝造成困難，于是又出現(xiàn)了有源C濾波器：就是濾波器由C和運(yùn)放組成。 1965年單片集成運(yùn)算放大器問世后，為有源濾波器開辟了廣闊的前景。導(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來(lái)并得到應(yīng)用。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對(duì)濾波器的研究和生產(chǎn)歷來(lái)為各國(guó)所重視。我們只需要設(shè)計(jì)帶寬為500Hz—3KHz的語(yǔ)音信號(hào)濾波器用于語(yǔ)音信號(hào)通路中，抑制了不需要的可聞音頻信號(hào)，如低頻噪聲（交流感應(yīng)噪聲，電唱機(jī)唱盤噪聲等），高頻噪聲（磁帶噪聲，無(wú)線電接收機(jī)中的嘯叫聲等）?，F(xiàn)代數(shù)字濾波器可以用軟件或硬件兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?；贛ATLAB的語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)引 言隨著信息時(shí)代和數(shù)字世界的到來(lái)，信號(hào)處理正向著數(shù)字化、軟件化方向發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)成為當(dāng)今一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)，并且在通信、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。軟件方式實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過濾波器參數(shù)的改變?nèi)フ{(diào)整濾波器的性能?；蛘咧灰种频皖l和高頻噪聲其中的一種。1917年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。70年代初期，有源濾波器發(fā)展引人注目，1978年單片RC有源濾波器問世，為濾波器集成邁進(jìn)了可喜的一步。這樣容易集成，更重要的是提高了濾波器的精度，因?yàn)橛性碈濾波器的性能只取決于電容之比，與電容絕對(duì)值無(wú)關(guān)。 20世紀(jì)80年代技術(shù)改造一個(gè)重大課題是實(shí)現(xiàn)各種電子系統(tǒng)全面大規(guī)模集成（LSI）。1979年一些發(fā)達(dá)國(guó)家單片SCF已成為商品（屬于高度保密技術(shù)）。SCF具有下列一些優(yōu)點(diǎn)：SCF可以大規(guī)模集成；SCF精度高，因?yàn)槠湫阅苋Q于電容之比，而MOS電容之比的誤差小于千分之一；功能多，幾乎所有電子部件和功能均可以由SC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；比數(shù)字濾波器簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰狝/D、D/A轉(zhuǎn)換；功能小，可以做到小于10mW。1983年清華大學(xué)已制成單片SCF，成都工程學(xué)院與工廠聯(lián)合，也研制成單片SCF。從下面的生產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國(guó)各類濾波器的應(yīng)用情況：LC濾波器占50%；晶體濾波器占20%；機(jī)械濾波器占15%；陶瓷和聲表面濾波器各占1%；其余各類濾波器共占13%。自適應(yīng)DF具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自跟蹤功能。為了降低采樣率而又保存信號(hào)所包含的全部信息，可利用正交雙路檢波法，取出窄帶信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，然后通過A/D變換，將復(fù)包絡(luò)轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)序列進(jìn)行處理，這個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)即為復(fù)數(shù)DF。因此，正受到人們的重視和加以研究。（1）電控編程CCD橫向?yàn)V波器（FPCCDTF） ：電荷耦合器（CCD）固定加權(quán)的橫向?yàn)V波器（TF）在信號(hào)處理中，其性能和造價(jià)均可與數(shù)字濾波器和各種信號(hào)處理部件媲美。 （2）晶體濾波器 ：它是適應(yīng)單邊帶技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的。（3）聲表面濾波器 ：它是理想的超高頻器件。聲表面濾波器是電子學(xué)和聲學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，而且可以集成，所以，它在所有無(wú)源濾波器中最有發(fā)展前途的。20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Cleve Moler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。 表21 MATLAB版本更新表版本建造編號(hào)發(fā)布時(shí)間MATLAB 1984 MATALB 21986MATLAB 31987MATLAB 1990MATLAB 41992MATLAB R7 1994MATLAB R81996MATLAB R91997MATLAB 1997MATLAB R10 1998MATLAB 1998MATLAB R111999MATLAB 1999MATLAB R122000MATLAB 2001MATLAB R132002MATLAB R13SP12003MATLAB R13SP22003MATLAB 7R142004MATLAB R14SP12004MATLAB R14SP22005MATLAB R14SP32005MATLAB R2006a2006MATLAB R2006b2006MATLAB R2007a2007MATLAB R2007b2007MATLAB R2008a2008MATLAB R2008b2008MATLAB R2009aMATLAB R2009bMATLAB R2010a MATLAB的基本功能及其應(yīng)用 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(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。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。一個(gè)音節(jié)由元音和輔音構(gòu)成。語(yǔ)音信號(hào)的“短時(shí)譜”對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào), 它是非周期的, 頻譜隨時(shí)間連續(xù)變化, 因此由傅里葉變換得到的頻譜無(wú)法獲知其在各個(gè)時(shí)刻的頻譜特性。清音的短時(shí)譜則沒有這兩個(gè)特點(diǎn), 它十分類似于一段隨機(jī)噪聲的頻譜。倒譜分析倒譜分析是指信號(hào)短時(shí)振幅譜的對(duì)數(shù)傅里葉反變換。 理論依據(jù) 采樣定理在進(jìn)行模擬∕數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，即：=2fmax，則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整的保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5—10倍，采樣定理又稱為耐奎斯特定理。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論采樣頻率如何，理論上來(lái)說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)的最大力度范圍。顯然采樣頻率越高，計(jì)算機(jī)攝取的圖片越多，對(duì)于原始音頻的還原也越加精確。用于讀取語(yǔ)音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。向量y則就代表了一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。如果x長(zhǎng)度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基－2FFT算法，否則fft執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)，在離散系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器一詞出現(xiàn)在60年代中期。數(shù)字濾波器輸入信號(hào)的抽樣率應(yīng)大于被處理信號(hào)帶寬的兩倍，其頻率響應(yīng)具有以抽樣頻率為間隔的周期重復(fù)特性，且以折疊頻率即1／2抽樣頻率點(diǎn)呈鏡像對(duì)稱。 數(shù)字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它們的函數(shù)如公式41，公式42所示： （41） （42）式（41）中的H (z)稱為N階IIR濾波器函數(shù)，式（42）中的H (z)稱為(N1)階FIR濾波器函數(shù)。由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。 在MATLAB下設(shè)計(jì)IIR濾波器可使用Butterworth函數(shù)設(shè)計(jì)出巴特沃斯濾波器，使用Cheby1函數(shù)設(shè)計(jì)出契比雪夫I型濾波器，使用Cheby2設(shè)計(jì)出契比雪夫II型濾波器，使用ellipord函數(shù)設(shè)計(jì)出橢圓濾波器。 IIR單位響應(yīng)為無(wú)限脈沖序列FIR單位響應(yīng)為有限的 IIR幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應(yīng)用于對(duì)相位信息不敏感的音頻信號(hào)上； FIR幅頻特性精度較之于IIR低，但是線性相位，就是不同頻率分量的信號(hào)經(jīng)過FIR濾波器后他們的時(shí)間差不變。我們知道，人可以感受到的語(yǔ)音頻率范圍為20Hz—20000Hz，而語(yǔ)音信號(hào)的帶寬是比較窄的。通過前文的介紹，我們也知道了，數(shù)字濾波器可以劃分為FIR與IIR兩種濾波器，而兩種濾波器無(wú)論是在性能上，還是在設(shè)計(jì)方法上，都有很大區(qū)別?？紤]到本設(shè)計(jì)需要用簡(jiǎn)單直接的方法設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)濾波器，而IIR數(shù)字濾波器最大的優(yōu)點(diǎn)是給定一組指標(biāo)時(shí)，他的階數(shù)要比相同組的FIR濾波器的低得多，故選擇IIR數(shù)字濾波器。第5章 方案論述 方案總述此次“基于MATLAB的語(yǔ)音信號(hào)濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”課程設(shè)計(jì)要求要求自行采集語(yǔ)音信號(hào)后，在MATLAB軟件平臺(tái)進(jìn)行頻譜分析；并對(duì)所采集的語(yǔ)音信號(hào)加入干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)合適的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號(hào)。然后在MATLAB中，調(diào)入此聲音文件，再利用函數(shù)Wavread對(duì)已錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。采用軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要方法有脈沖響應(yīng)不變法，雙線性變換法，窗函數(shù)法。第6章 方案實(shí)現(xiàn) 語(yǔ)音信號(hào)采集在本論文中，需要一個(gè)相對(duì)無(wú)噪聲的語(yǔ)音信號(hào)來(lái)進(jìn)行與固定頻率的噪聲信號(hào)的合成，并對(duì)合成后信號(hào)通過語(yǔ)音濾波器進(jìn)行濾波處理。完成后停止錄音，屏幕左側(cè)將顯示所錄聲音的長(zhǎng)度。在MATLAB中，導(dǎo)入此語(yǔ)音信號(hào)，利用函數(shù)Wavread對(duì)已錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣。 %放入數(shù)據(jù)位[ x ,fs ,Nbits ] = wavread (39。subplot(121)。) 。程序如下：n = length (x) 。 %得出頻點(diǎn)figure(1)。語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖39。 %對(duì)加載的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放pause。利用函數(shù)y = awgn(x,SNR) 在信號(hào)x中加入高斯白噪聲。 %放入數(shù)據(jù)位[x,fs,Nbits ] = wavread (39。subplot(121)。) 。 %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度x1 = fft (y ,n) 。subplot(122)。) 。合成后的語(yǔ)音信號(hào)頻域波形圖如圖64所示。以上指標(biāo)如圖65所示。39。 figure(1)。語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖39。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。plot (f1 ,abs(x2) ) 。下圖分別為濾波后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形圖與頻域波形圖：圖66 濾波后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形圖 圖67 濾波后語(yǔ)音信號(hào)頻域波形圖 結(jié)果分析對(duì)比兩個(gè)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖和頻譜圖，以便更好的進(jìn)行比較和分析。3． 在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的濾波這一方面，本次設(shè)計(jì)主要是從Butterworth型IIR(無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng))低通濾波器入手來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并且也基本實(shí)現(xiàn)了濾波器的功能。作為存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的語(yǔ)音信號(hào)，其本身就是離散化了的向量，我們只需將這些離散的量提取出來(lái)，就可以對(duì)其進(jìn)行處理了。在這里，用到了處理數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)有力工具M(jìn)ATLAB，通過MATLAB里幾個(gè)命令函數(shù)的調(diào)用，很輕易的在實(shí)際化語(yǔ)音與數(shù)字信號(hào)的理論之間搭了一座橋。 該方法很容易擴(kuò)展到語(yǔ)音的其它處理。在此之際，本人要特別感謝在此次設(shè)計(jì)寫作的過程中給予我?guī)椭娜藗?。有了他們的幫助，我才能更好的學(xué)習(xí)生活，更好的完成我的本次設(shè)計(jì)。s value bees infinite.) We also know that the integrator39。s response to actual frequencies? When analyzing the response of a circuit to AC signals, we use the expression jωL for the impedance of an inductor and 1/jωC for that of a capacitor. When analyzing transient response using Laplace transforms, we use sL and 1/sC for the impedance of these elements. The similarity is apparent immediately. The jω in A