【正文】 allback(hObject, eventdata, handles) 30 圖 59 FIR低通 ： function FIRLowPassButton_Callback(hObject, eventdata, handles) 31 圖 510 退出 ： function varargout=ExitButton_Callback(hObject, eventdata, handles) close(gcf) 32 圖 511雙線性變換法低通濾波器 ： function DDesignLowPassButton_Callback(hObject, eventdata, handles) 最后，使用說明。第一步：通過設置 GUIDE 應用程序的選項來運行 GUIDE；第二步：使用界面設計編輯器進行面設計；第三步：編寫控件行為響應控制（即回調函數）代碼。 FIG 文件：包括 GUI 圖形窗口 及其所有后裔的完全描述，包括所有對象屬性的屬性值。用戶通過一定的方法（如鼠標或鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使計算機產生某種動作或變化，比如實現計算、繪圖等。 比較后可得 。 grid。 subplot(2,2,4)。 plot(s)。 title(?濾波后信號的頻譜 ?,?fontweight?,?bold?)。 axis([ 0 150000 0 4000])。 %求濾波后的信號 figure。 %求 S 域的頻率響應的參數 [num11,den11]=bilinear(b11,a11,)。 wp=2*pi*Fp/Ft。 %語音信號加入噪聲 S=fft(s)。下面我們以 IIR 低通為例： [y,fs,nbits]=wavread (‘ OriSound’ )。其中， h 是系統(tǒng)單位沖擊響應向量； x 是輸入序列向量； y 是系統(tǒng)的輸出序列向量； M 是有用戶選擇的輸入序列的分段長度，缺省時，默認的輸入向量的重長度 M=512。 0 500 1000 15000200400600濾波前信號的頻譜0 500 1000 15000200400600濾波后信號的頻譜0 500 1000 15001012濾波前信號的波形0 500 1000 15001012濾波后的信號波形 圖 41 驗證所設計的濾波器 由所得結果可知，所設計的濾波器符合要求。,39。 title(39。)。,39。 subplot(2,2,3)。,39。 title(39。 subplot(2,2,2)。,39。 title(39。 20 subplot(2,2,1)。 %利用雙線性變換實現頻率響應 S 域到 Z 域的變換 z11=filter(num11,den11,s)。 %求低通濾波器的階數和截止頻率 [b11,a11]=butter(n11,wn11,39。 ws=2*pi*Fs/Ft。 Ft=8000。fontweight39。 plot(abs(S))。bold39。加噪語音信號的時域波形 39。 y=s+*rand(1,N)。 19 4 進行濾波，比較濾波前后語音信號的波形及頻譜 驗證所設計的濾波器 為了驗證濾波器的可使用性，我們用常用的 sin 函數來進行驗證。 legend(?IIR 低通濾波器 ?,?Location?,?NorthWest?)。 [num11,den11]=bilinear(b11,a11,)。 fp=2*Ft*tan(wp/2)。 Fp=1000。 MATLAB 信號處理工具箱函數 buttp buttor butter 是巴特沃斯濾波器設計函數，其 有 5 種調用格式，本課程設計中用到的是 [N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,?s?),該格式用于計算巴特沃斯模擬濾波器的階數 N 和 3dB 截止頻率 wc。 接下來，我們根據語音信號的特點給出有關濾波器的技術指標： ①低通濾波器的性能指標： fp=1000Hz， fc=1200Hz， As=100db ,Ap=1dB ②高通濾波器的性能指標： fp=3500Hz， fc=4000Hz， As=100dB， Ap=1dB； ③帶通濾波器的性能指標： fp1=1200Hz， fp2=3000hZ， fc1=1000Hz， fc2=3200Hz， As=100dB， Ap=1dB 在 Matlab 中 ，可以利用函數 fir1 設計 FIR 濾波器，利用函數 butter,cheby1 和 17 ellip 設計 IIR 濾波器，利用 Matlab 中的函數 freqz 畫出各步步器的頻率響應。 下面我們總結一下利用模擬濾波器設計 IIR 數字低通濾波器的步驟： （ 1）確定數字低通濾波器的技術指標：通帶邊界頻率、通帶最大衰減，阻帶截止頻率、阻帶最小衰減。 （ 5）通過頻率變換將模擬低通轉換成相應類型 的過渡模擬濾波器?？梢越柚谀M濾波器的頻率轉換設計一個所需類型的過渡模擬濾波器，再經過雙線性變換 16 將其轉換策劃那個所需的數字濾波器。模擬濾波器設計已經有了一套相當成熟的方法，它不但有完整的設計公式，而且還有較為完整的圖表供查詢，因此，充分利用這些已有的資源將會給數字濾波器的設計帶來很大方便。 （ 3）計算 h(n).。如下： 15 （ 1）根據對阻帶衰減及過渡帶的指標要求，選擇窗函數類型（矩形窗 、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗等），并估計窗口長度 N。一個模擬帶通濾波器的例子是電阻 電感 電容電路 (RLC circuit)。 在電力系統(tǒng)中， 諧波 補償時用高通濾波器濾除某次及其以上的各次諧波。當使用在音頻應用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器 , 或高音消除濾波器。其設計步驟是：先設計過渡模擬濾波器得到系統(tǒng)函數 H（ s），然后將 H（ s）按某種方法轉換成數字濾波器的系統(tǒng)函數 H(z)。根據不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數，也可以用 FIR 系統(tǒng)函數去逼近。 （ 2） 比無限脈沖響應濾波器（ IIR filter）較容易最佳化（ optimize）。在設計一個 IIR數字濾波器時，我們根據指標先寫出模擬濾波器的公式， 再 通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉換成數字濾波器的公式。 （ 2） IIR 數字濾波器采用遞歸 型結構 ： IIR 數字濾波器采用遞歸型結構，即結構上帶有反饋環(huán)路。 CB 低通濾波器的模擬函數由切比雪夫多項式定義，且在通帶內的幅頻響應是波動的，在阻帶則 單調變化 。 模擬濾波器概述 用模 擬 — 數字變換法設計 IIR數字濾波器，首先必須設計一個模擬濾波器，它有許多不同的類型，主要有以下兩種類型： ① 巴特沃思（ Botterworth 簡寫 BW）濾波器。 axis([ 0 150000 0 4000])。fontweight39。 plot(abs(S))。 axis([ 78000 80000 1 1])。fontweight39。 plot(s)。 s=y+Noise。)。 Randn 函數有兩種基本調用格式： Randn(n)和 Randn（ m,n） ,前者產生 n n 服從標準高斯 分布的隨 10 機數矩陣，后者產生 m n 的隨機數矩陣。 程序結果如下圖： 7 . 8 7 . 8 2 7 . 8 4 7 . 8 6 7 . 8 8 7 . 9 7 . 9 2 7 . 9 4 7 . 9 6 7 . 9 8 8x 1 041 0 . 500 . 51原始信號波形0 5 10 15x 1 0401000202130004000原始信號頻譜 圖 22 原始信號采集波形圖 語音信號加噪與頻譜分析 在 MATLAB 中產生高斯白噪聲非常方便， 我們 可以直接應用兩個函數 ： 一個是 WGN， 另一個是 AWGN。 plot(abs(Y))。 title(?原始信號波形 ?,?fontweight?,?bold?)。 Y=fft(y,n)。 在本次設計中，我們利用 fft 對語音信號進行快速傅里葉變換，就可以 得 到信號的頻譜特性。 對語音信號 進行采樣其程序如下： [y,fs,nbits]=wavread (?OriSound?)。 8 語音信號的時頻分析 在 MATLAB 軟件平臺下，利用 wavread 函數對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數， Wavread 函數調用格式 y=wavread（ file） %讀取 file 所規(guī)定的 wav 文件，返回采樣值放在向量 y 中?？梢钥吹?,文件存儲器的后綴默認為 . wav ,這是 WINDOWS 操作系統(tǒng)規(guī)定的聲音文件存的標準。將話筒輸入計算機的語音輸入插口上 ,啟動錄音機。對于采樣 率來說你可以想象它類似于一個照相機， 意味著音頻流進入計算機時計算機每秒會對其拍照達 441000 次。 采樣位數和采樣率對于音頻接口來說是最為重要的兩個指標，也是選擇音頻接口的兩個重要標準。采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關系，根據奎斯特理論，只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的兩倍時，才能把數字信號表示的聲音還原成為原來的聲音。 MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。 MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。通過理論推導得出相應結論，再利用 MATLAB 作為編程工具進行計算機實現。 在機械方面，西北工業(yè)大學航海工程學院就 “基于 MATLAB 的艦船輻射噪聲信號小波消噪處理 ” 做過研究報告 ,他們針對艦船輻射噪聲信號的特點提出了小波消噪的方法 ,對小波消噪理論作了簡要的闡述 ,并 設計了一種消噪方案 ,最后利 4 用 MATLAB,在計算機上選用不同的小波基和閾值進行了實船信號的消噪處理試驗 ,并對結果進行了簡單的分析比較。 華中科技大學能源與動力工程學院就 “基于 MATLAB 的噪聲信號采集與分析系統(tǒng)研究 ”做過研究報告，他們利用 MATLAB 的數據采集工具箱 (DAQ)和信號 處理工具箱開發(fā)了一套聲音信號采集分析系統(tǒng) ,該系統(tǒng)不僅能夠實現低成本、高精度的實時采集 ,還能將聲音信號資料導入系統(tǒng)進行時域和頻域分析。能將數據轉化成各種對應的圖形，并具備 ZOOM 功能。從含噪語音信號的頻譜圖中可以看出含噪聲的語音信號頻譜 ,在整個頻域范圍內分是布均勻。 噪聲污染位于聯合國四大公認污染之一，無論是尖銳的火車汽笛聲，還是我們肉耳聽不到的超聲波，次聲波都有可能給人們生活帶來極大不便。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大 功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領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)非交互式程序設計語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 研究的目的和意義 語音信號的采集與分析技術是一門涉及面很廣的交叉科學，它的應用和發(fā)展與語音學、聲音測量學、電子測量技術以及數字信號處理等學科緊密聯系，語音是人類獲取信息的重要來源和利用信息的重要手段。 同時， IIR數字濾波器在設計上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和 橢圓濾波器 等， 有現成的設計數據或圖表可查 ， 在設計一個 IIR數字濾波器時，我們根據指標先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉換成數字濾波器的公式。 FIR數字濾波器是有限的單位響應也有利于對數字信號的處理，便于編程，用于計算的時延也小，這對實時的信號處理很重要。數字濾波器可以通過數值運算實現濾波，所以數字濾波器處理精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活不存在阻抗匹配問題，可以實現模擬濾波器無法實現的特殊功能。它在語音、雷達、圖像、系統(tǒng)控制、通信、航空航天、生物醫(yī)學等眾多領域都獲得了極其廣泛的應用。 Chebyshev。在設計實現的過程中，使用窗函數法來設計 FIR數字濾波器，用巴特沃斯、切比雪夫和雙線性變法設計 IIR 數字濾波器，并利用MATLAB 作為輔助工具完成設計中的計算與圖形的繪制。特別是 Matlab 還具有信號分析工具箱 ,不需具備很強的編程能力 ,就可以很方便地進行信號分析、處理和設計。 Matlab 功能強大、簡單易學、編程效率高 ,深受廣大科技工作者的歡迎。通過理論推導得出相應結論，再利用 MATLAB作為編程工具進行計算機實現。 MATLAB。 bilinear transformation 目錄 1．緒論 .........