吹管音樂濾波去噪：基于漢寧創(chuàng)的fir濾波器-wenkub
2022-08-21 10:46:26 本頁面
【正文】 （ 1）濾波器指標(biāo)必須符合工程實際。 關(guān)鍵詞 濾波去噪； FIR 濾波器 ； 漢寧 窗 ； MATLAB 1 引 言 本課程設(shè)計主要 針對一段吹管音樂信號，在進(jìn)行加噪后，利用窗函數(shù)設(shè)計法選擇漢寧窗設(shè)計的 FIR 濾波器，對加噪后的吹管音樂信號進(jìn)行濾波去噪處理，并對前后時域波形和頻域波形進(jìn)行對比分析的程序設(shè)計。 《 吹管音樂 濾波去噪 使用 漢寧 窗設(shè)計的 FIR濾波器 》 第 １ 頁 共 20 頁 吹管音樂 濾波 去噪 —— 基于 漢寧 窗的 FIR 濾波器 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘 要 從網(wǎng)站上下載一段吹管樂器演奏音樂，利用 CE 軟件對音樂進(jìn)行編輯。 課程設(shè)計目的 本次 課設(shè)中的主要目的是讓學(xué)生在熟悉 Matlab 語言環(huán)境，掌握其語言編程規(guī)則的前提下，利用漢寧窗設(shè)計一個符合要求的 FIR 濾波器來實現(xiàn)音樂信號的濾波去噪，并繪制濾波前后的時域波形和頻譜圖 。 （ 2）設(shè)計完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。 MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory ，它是美國 MathWorks 公司生產(chǎn)的一個為科學(xué)和工程計算專門設(shè)計的交互式大型軟件，是一個可以完成各種精確計算和數(shù) 據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計算工具。 [1] MATLAB 軟件包括五大通用功能：數(shù)值計算功能（ Nemeric）；符號運(yùn) 算功能（ Symbolic）；數(shù)據(jù)可視化功能（ Graphic）；數(shù)據(jù)圖形文字統(tǒng)一處理功能（ Notebook）和建模仿真可視化功能（ Simulink）。由于信號與系統(tǒng)課程的許多內(nèi)容都是基于公式演算，而 MATLAB 借助 符號數(shù)學(xué)工具箱 提供的符號運(yùn)算功能能基本滿足信號與系統(tǒng)課程的需求。 2 設(shè)計原理 數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理（ Digital Signal Processing，簡稱 DSP）是 一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng) 《 吹管音樂 濾波去噪 使用 漢寧 窗設(shè)計的 FIR濾波器 》 第 ３ 頁 共 20 頁 用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科 [4]。 [5] FIR 濾波器 有限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（ Finite Impulse Response Digital Filter,縮寫 FIRDF）簡稱 FIR 濾波器 ，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的原件，其 最大優(yōu)點(diǎn)是可以實現(xiàn)線性相位濾波，可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性， 滿足了在數(shù)字通信和圖像傳輸與處理等應(yīng)用場合對線性相位的要求 。 設(shè) FIR 濾波器的單位脈沖響應(yīng) )(nh 的長度為 N ，則其頻率響應(yīng)函數(shù)為 ??? ?? 10 )()( Nn njj enheH ?? （ 21） 一般將 )( ?jeH 表示成如下形式： )()()( ??? ? jgj eHeH ? （ 22） 式中， )(?gH 是 ? 的實函數(shù)（可以去負(fù)值）。 第一類線性相位 FIR 濾波器的相位特性函數(shù)是 ? 的嚴(yán)格線性函數(shù)： ? ? ???? ?? （ 23） 窗口設(shè)計法 《 吹管音樂 濾波去噪 使用 漢寧 窗設(shè)計的 FIR濾波器 》 第 ４ 頁 共 20 頁 窗口設(shè)計法是一種通過截斷和計權(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)計方法。窗函數(shù)的類型可根據(jù)最小阻帶衰減 AS 獨(dú)立選擇。( ) ( ). ( )dh n h n W n? 常見的窗函數(shù)性能表如下 表 21所示。漢寧窗函數(shù)的時域幅度與頻域幅度特性曲線的 MATLAB 實現(xiàn)的曲線圖如圖 21 所示。 《 吹管音樂 濾波去噪 使用 漢寧 窗設(shè)計的 FIR濾波器 》 第 ６ 頁 共 20 頁 圖 31 程序設(shè)計流程圖 編輯 語音信號 在網(wǎng)上下載一段 3mp 音樂，再利用 CE 軟件 將其轉(zhuǎn)換成 單聲道的 .wav 格式文件 ，再將此 .wav 格式音樂控制在 10 秒內(nèi)，以減少設(shè)計中的誤差。 首先，輸入原始音樂信號并播放一次。 % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和 《 吹管音樂 濾波去噪 使用 漢寧 窗設(shè)計的 FIR濾波器 》 第 ８ 頁 共 20 頁 文件名，輸出的第一個參數(shù)是每個樣本的值， fs 是生成該波形文件時的采樣率， bits 是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。 % 計算信號 x 的長度 fn=2100。 % 加入一個單頻噪聲 sound(y,fs,bits)。 % 對原始信號和加噪信號進(jìn)行 fft 變換 X=X(1:N/2)。 % 計算頻 譜頻率范圍 figure(1)。原始音樂信號 39。)。 %改變橫縱坐標(biāo)的范圍 axis([0,2,])。 title(39。頻率 (f)39。)。plot(t,y)。xlabel(39。幅度 39。 subplot(2,2,4)。)。ylabel(39。grid on。 利用 Matlab 中的函數(shù) freqz 畫出各濾波器的頻率響應(yīng) ，首先利用數(shù)字信號處 理里面學(xué)過的知識，根據(jù)選定的參數(shù)，用漢寧窗函數(shù)法設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器，得到數(shù)字濾波器的參數(shù) b， a。fsd=1650。As=37。 % 計算上下邊帶中心頻率，和頻率間隔 wcd=fcd/fs*2*pi。 wsu=fsu/fs*2*pi。 % 產(chǎn)生 M 階的漢寧窗 hd_bs=ideal_lp(wcd,M)+ideal_lp(pi,M)ideal_lp(wcu,M)。 % 調(diào)用自編函數(shù)計算濾波器的頻率特性 通過繪圖工具可得出濾波器的波形圖，如圖 34 所示 。 % 用設(shè)計好的濾波器對 y 進(jìn)行濾波 Y_fil=fft(y_fil)。 結(jié)果分析 語音信號經(jīng)過 FIR 濾波器的濾除噪聲的處理， 在 Matlab 中，函數(shù) sound 可以對聲音進(jìn)行回放。 4 出現(xiàn)的問題及解決方法 在設(shè)計課程設(shè)計時，出現(xiàn)了以下幾個問題： 1.、在編輯
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