【正文】 hirp波形的匹配濾波；通用化的頻域?yàn)V波器及相關(guān)積運(yùn)算；語音信號和相位均衡；相陣系統(tǒng)的波束合成和電視信號的重影消除等均有應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代，集成晶體濾波器的產(chǎn)生，使它的發(fā)展產(chǎn)生一個飛躍。它的幅頻特性和相位特性可以分別控制，以達(dá)到要求，而且它還有體積小，長時間穩(wěn)定性好和工藝簡單等特點(diǎn)。 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。它在數(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。可以直接調(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)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 MATLAB的特點(diǎn)及其優(yōu)勢 MATLAB特點(diǎn)包括幾下幾個方面　 （1）此高級語言可用于技術(shù)計(jì)算 　 （2）此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 　 （3）交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問題 　 （4）數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 　 （5）二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 　 （6）各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 （7）各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言 　 （8）不支持大寫輸入，內(nèi)核僅僅支持小寫 MATLAB的優(yōu)勢包括以下幾個方面　 （1）友好的工作平臺和編程環(huán)境 　 （2）簡單易用的程序語言 　 （3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 　 （4）出色的圖形處理功能 　 （5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 　 （6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺 　 （7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 　　第3章 語音信號分析 語音信號概述語音信號基本組成語音信號的基本組成單位是音素。元音在音節(jié)中占主要部分。如果利用加窗的方法從語音流中取出其中一個短斷, 再進(jìn)行傅里葉變換, 就可以得到該語音的短時譜。短時分析技術(shù)語音信號具有時變特性, 但在一個短時間范圍內(nèi)( 一般認(rèn)為在10~30ms 的短時間內(nèi)) , 其特性基本保持不變, 即相對穩(wěn)定, 因而可以將其看作是一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程, 即語音信號具有短時平穩(wěn)性。它具有可近似地分離并提取出頻譜包絡(luò)信息和細(xì)微結(jié)構(gòu)信息的特點(diǎn)。1924年耐奎斯特（Nyquist）就推導(dǎo)出在理想低通信道的最高大碼元傳輸速率的公式：理想低通信道的最高大碼元傳輸速率=2W*log2N（其中W是理想低通信道的帶寬，N是電平強(qiáng)度） 采樣頻率采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒采集多少個聲音樣本，是秒速聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)、衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 采樣位數(shù)與采樣頻率采樣位數(shù)即采樣值或取樣值，用來衡量聲音波動變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數(shù)字聲音信號的二進(jìn)制位數(shù)。每增加一個采樣位數(shù)，相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。 語音信號分析及處理方法 語音的錄入與打開 在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。[N1 N2]表示讀取從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值（若只有一個N的點(diǎn)則表示讀取前N點(diǎn)的采樣值）。 時域信號的FFT分析 FFT即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,N)，式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。它的作用是利用離散時間系統(tǒng)的特性對輸入信號波形或頻率進(jìn)行加工處理。由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器已可用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實(shí)時實(shí)現(xiàn)。為得到模擬信號，數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。 IIR數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)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(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計(jì)工作量比較小，對計(jì)算工具的要求不高。下面主要介紹前兩個函數(shù)的使用。這是很好的性質(zhì)。試驗(yàn)證明，能夠較好的保持語音的清晰度，語音信號只要有500Hz—3KHz的帶寬就足夠了，所以本次設(shè)計(jì)中，我們只需要設(shè)計(jì)帶寬為500Hz—3KHz的語音信號濾波器，即可實(shí)現(xiàn)所要求的功能。FIR濾波器可以對給定的頻率特性直接設(shè)計(jì)，而IIR濾波器目前最通用的辦法是利用已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的實(shí)際方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在討論由模擬濾波器變換為數(shù)字濾波器時，普遍采用的是雙線性變換法，它保留的是從模擬域到數(shù)字域的系統(tǒng)函數(shù)表示?？傮w思路如圖41所示。噪音信號的生成，需要自行在在MATLAB中人為設(shè)計(jì)一個干擾信號（如高斯噪聲），運(yùn)用MATLAB軟件對語音信號和干擾信號進(jìn)行合成。本設(shè)計(jì)是用雙線性變換法設(shè)計(jì)一個低通濾波器。由于絕對無噪聲的語音信號是不存在的，所以現(xiàn)在使用PC機(jī)在相對安靜無噪聲的環(huán)境下錄取一段語音信號來作為相對無噪聲的語音信號。點(diǎn)擊放音按鈕，可以實(shí)現(xiàn)所錄音的重現(xiàn)。通過對信號的采樣，得到了聲音數(shù)據(jù)變量X，同時把X的采樣頻率Fs=8000Hz和數(shù)據(jù)位Nbit=8bit 放進(jìn)MATLAB工作空間，然后對語音信號進(jìn)行頻譜分析。39。stem(x) 。下圖所示圖61就是相對無噪聲的語音信號的時域波形。 %求出語音信號的長度x1 = fft (x ,n) 。subplot(122)。) 。信號頻譜圖如下圖62所示 圖62 原語音信號頻域波形可以看出該相對無噪聲的語音信號在3500Hz與4500HZ時達(dá)到了高峰，在3000Hz~~5000Hz范圍內(nèi)比較集中。然后對于合成后的信號進(jìn)行時域和頻域分析。39。stem(y) 。合成后信號y的時域波形圖如圖63所示。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。plot (f1 ,abs(x2) ) 。pause。 圖64 合成后的語音信號頻域波形圖 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是用雙線性變換法設(shè)計(jì)Butterworth低通型濾波器。 圖65 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)程序如下：fs = 8000 。) 。subplot(121)。) 。 %對頻譜圖進(jìn)行平移f1 = 0 :fs/ n :fs * (n 1) / n 。title (39。由此得出的對比圖像如下圖68，圖69所示。語音信號處理是語音學(xué)與數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，課題在這里不討論語音學(xué)，而是將語音當(dāng)做一種特殊的信號，即一種“復(fù)雜向量”來看待。課題的特色在于它將語音看作了一個向量，于是語音數(shù)字化了，則可以完全利用數(shù)字信號處理的知識來解決。利用MATLAB強(qiáng)大的運(yùn)算和作圖功能來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，使原來繁瑣的程序設(shè)計(jì)簡化成函數(shù)的調(diào)用。所以MATLAB已成為數(shù)字濾波器研究與應(yīng)用的一個直觀、高效、便捷的利器。首先感謝我本次的論文指導(dǎo)老師——趙發(fā)老師，在這幾個月中，趙發(fā)老師不斷的幫助豐富我的理論知識，給我講解論文設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，幫助我完善設(shè)計(jì)方案。再次感謝你們，有了你們的幫助，我才能順利的完成這篇設(shè)計(jì)。s gain diminishes with increasing frequency, and that at high frequencies the output voltage bees virtually zero. Gain is inversely proportional to frequency, so it has a slope of 1 when plotted on log/log coordinates (., 20dB/decade on a Bode plot, Figure 1b).Simple RC Lowpass FiltersA slightly more plex filter is the simple low pass RC type (Figure 2a). Its characteristic (transfer function) is:VOUT/VIN = (1/sC)/(R + 1/sC) = 1/(1 + sCR) = ω0/(s + ω0)Eq. 2When s = 0, the function reduces to ω0/ω0, ., Unity. When s increases to infinity, the function approaches zero, so this is a lowpass filter. When s = ω0, the denominator is zero and the function39。s response to an angular frequency, ω. In the plex plot in Figure 2b, σ = 0 and hence s = jω along the positive jω axis. Thus, the function39。s transient response. Looking at Figure 2b, we can therefore say something about the RC lowpass filter39。s frequency response (and hence its Bode plot) and also its transient response. Because both the integrator and the RC filter have only one s in the denominator of their transfer functions, they each have only one pole. That is, they are firstorder filters. However, as we can see from Figure 1b, the firstorder filter does not provide a very selective frequency response. To tailor a filter more closely to application needs, we must move to higher orders. From now on, we will describe the transfer function using f(s) rather than the cumbersome VOUT/VIN.SecondOrder Lowpass FiltersA secondorder filter has s178。(1/Q178。 imaginary parts will be equal and opposite in signs. Calculating the position of the roots in the plex plane, we find that they lie at a distance of ω0 from the origin, as shown in Figure 3b. (The associated mathematics, which are straightforward but tedious, will be left as an exercise for the more masochistic readers.) Varying ω0 changes the poles39。s transient response. Because the poles39。本教程然后解釋了不同的實(shí)現(xiàn)，如巴特沃斯濾波器，切比雪夫?yàn)V波器，貝塞爾濾波器，橢圓濾波器，狀態(tài)變量過濾器，開關(guān)電容濾波器。然后，我們引進(jìn)的狀態(tài)變量濾波器及其在實(shí)際執(zhí)行變現(xiàn)開關(guān)電容形式。如果您應(yīng)用的輸入直流信號（即零頻率），輸出將描述一個線性斜坡，在幅度增長，直到電源的限制。增益與頻率成反比，所以它斜率為1時，繪制登錄/日志坐標(biāo)（例如，在一Bode圖20dB/decade，圖1b）。當(dāng)s提高到無窮大，功能趨近于零，所以這是一個低通濾波器。振幅顯示，強(qiáng)調(diào)對數(shù)函數(shù)的形式。但是，如何在S涉及電路的實(shí)際頻率響應(yīng)復(fù)雜的功能？在分析電路的響應(yīng)交流信號，我們使用的表達(dá)為一個電感和一個電容器1/jωC阻抗jωL。如果我們?nèi)〈鷍ω在上述任何S方程，我們有電路的響應(yīng)1角頻率，ω。人們更熟悉的波特圖（圖2c）看起來形式不同，只是因?yàn)轭l率為表達(dá)對數(shù)。重報，低通濾波器使一個腐朽的，指數(shù)響應(yīng)階躍函數(shù)輸入。 到目前為止，我們已經(jīng)與一些簡單電路的數(shù)學(xué)傳遞函數(shù)其相關(guān)極點(diǎn)和零點(diǎn)復(fù)頻平面上。然而，正如我們可以看到，從圖1b中，一階濾波器不提供一個非常有選擇性的頻率響應(yīng)。您可以通過使用被動電路的電感和電容或通過建立一個電阻，電容有源電路，放大器這樣的反應(yīng)。 4ac）等于ω0178。該電路的行為是很象兩個一階RC濾波器串聯(lián)。的根39。的距離?，F(xiàn)在，我們要研究的二階函數(shù)的頻率響應(yīng)和看它如何與不同問：以前一樣，圖4a顯示為一曲面的功能，在三維空間的復(fù)平面和垂直幅度矢量形成的描繪。負(fù)實(shí)部較小，輸入階躍函數(shù)將導(dǎo)致在濾波器的輸出振鈴。對于放大器包含過濾器，但條件是完全可能的，必須在設(shè)計(jì)過程中考慮。正如在一階情況下，二階低通濾波器傳遞函數(shù)接近零，隨著頻率的增加無窮。在討論第一和第二階低通濾波器，我們需要在兩個方向擴(kuò)展我們的理念：我們將討論諸如高通和帶通濾波器配置的其他部分，然后我們將處理高階濾波器。第三章以大量的應(yīng)用示例，說明如何利用MATLAB進(jìn)行信號處理的分析與設(shè)計(jì)