【正文】 第三章以大量的應(yīng)用示例，說明如何利用MATLAB進(jìn)行信號(hào)處理的分析與設(shè)計(jì)。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。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。的距離。該電路的行為是很象兩個(gè)一階RC濾波器串聯(lián)。您可以通過使用被動(dòng)電路的電感和電容或通過建立一個(gè)電阻，電容有源電路，放大器這樣的反應(yīng)。 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。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(duì)數(shù)。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(hào)，我們使用的表達(dá)為一個(gè)電感和一個(gè)電容器1/jωC阻抗jωL。當(dāng)s提高到無窮大，功能趨近于零，所以這是一個(gè)低通濾波器。如果您應(yīng)用的輸入直流信號(hào)（即零頻率），輸出將描述一個(gè)線性斜坡，在幅度增長，直到電源的限制。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。 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 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。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。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)。所以MATLAB已成為數(shù)字濾波器研究與應(yīng)用的一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。課題的特色在于它將語音看作了一個(gè)向量，于是語音數(shù)字化了，則可以完全利用數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)來解決。由此得出的對(duì)比圖像如下圖68，圖69所示。 %對(duì)頻譜圖進(jìn)行平移f1 = 0 :fs/ n :fs * (n 1) / n 。subplot(121)。 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 。pause。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。stem(y) 。然后對(duì)于合成后的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。) 。 %求出語音信號(hào)的長度x1 = fft (x ,n) 。stem(x) 。通過對(duì)信號(hào)的采樣，得到了聲音數(shù)據(jù)變量X，同時(shí)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(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。由于絕對(duì)無噪聲的語音信號(hào)是不存在的，所以現(xiàn)在使用PC機(jī)在相對(duì)安靜無噪聲的環(huán)境下錄取一段語音信號(hào)來作為相對(duì)無噪聲的語音信號(hào)。噪音信號(hào)的生成，需要自行在在MATLAB中人為設(shè)計(jì)一個(gè)干擾信號(hào)（如高斯噪聲），運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)語音信號(hào)和干擾信號(hào)進(jìn)行合成。在討論由模擬濾波器變換為數(shù)字濾波器時(shí)，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。試驗(yàn)證明，能夠較好的保持語音的清晰度，語音信號(hào)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(hào)濾波器，即可實(shí)現(xiàn)所要求的功能。下面主要介紹前兩個(gè)函數(shù)的使用。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。為得到模擬信號(hào)，數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號(hào)須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。它的作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性對(duì)輸入信號(hào)波形或頻率進(jìn)行加工處理。 時(shí)域信號(hào)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(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。 語音信號(hào)分析及處理方法 語音的錄入與打開 在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。 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(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。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)。如果利用加窗的方法從語音流中取出其中一個(gè)短斷, 再進(jìn)行傅里葉變換, 就可以得到該語音的短時(shí)譜。 MATLAB的特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì) MATLAB特點(diǎn)包括幾下幾個(gè)方面　 （1）此高級(jí)語言可用于技術(shù)計(jì)算 　 （2）此開發(fā)環(huán)境可對(duì)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(shì)包括以下幾個(gè)方面　 （1）友好的工作平臺(tái)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(tái) 　 （7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 　　第3章 語音信號(hào)分析 語音信號(hào)概述語音信號(hào)基本組成語音信號(hào)的基本組成單位是音素。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。 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)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。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(gè)飛躍。 對(duì)于DF有待研究的課題有：系數(shù)靈敏度、舍入噪聲和極限環(huán)、多維逆歸濾波器的穩(wěn)定性、各種硬件和軟件實(shí)現(xiàn)DF的研究等等。它在雷達(dá)和聲納的波束形成、緩變?cè)肼暩蓴_的抑制、噪聲信號(hào)的處理、通信信道的自適應(yīng)均衡、遠(yuǎn)距離電話的回聲抵消等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。現(xiàn)在關(guān)鍵是用MOS工藝實(shí)現(xiàn)SCF及推廣應(yīng)用問題，由于用戶還不了解它，在我國SCF的應(yīng)用還沒有普及?，F(xiàn)在SC技術(shù)已趨成熟。但它有一個(gè)主要問題：由于各支路元件均為電容，所以運(yùn)放沒有直流反饋通道，使穩(wěn)定性成為難題。90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。從而改善語音信號(hào)的信噪比，提高語音清晰度。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理的重要基礎(chǔ)，在對(duì)信號(hào)的濾波、檢測(cè)及參數(shù)的估計(jì)等信號(hào)應(yīng)用中，數(shù)字濾波器是使用最為廣泛的一種線性系統(tǒng)。試驗(yàn)證明，語音信號(hào)只要有500Hz—3KHz的帶寬就能夠保持語音的清晰度。自60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。1974年產(chǎn)生了更高頻的RC有源濾波器，使工作頻率可達(dá)GB/4（GB為運(yùn)放增益與帶寬之積）。50年代曾有人提出SCF的概念，由于當(dāng)時(shí)集成工藝不過關(guān)，并沒有引起人們的重視。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 發(fā)展趨勢(shì)隨著科技的發(fā)展，近些年又出現(xiàn)了很多新型數(shù)字濾波器（DF），在這里，對(duì)一些新型DF做一些簡單介紹。對(duì)于模糊和隨機(jī)噪聲干擾的二維圖像的處理，多維DF也能發(fā)揮很好的作用。當(dāng)然，更多的應(yīng)用有待進(jìn)一步開拓。通常應(yīng)用于：電視廣播發(fā)射機(jī)中作為殘留邊帶濾波器；在彩色電視接收機(jī)中調(diào)諧系統(tǒng)的表面梳形濾波器。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程。所有元音都是濁音。任何語音信號(hào)的分析和處理必須建立在“短時(shí)”的基礎(chǔ)上, 即進(jìn)行“短時(shí)分析”, 將語音信號(hào)分段來分析其特征參數(shù),其中每一段稱為一“幀”, 幀長一般取為10~30ms。采樣頻率越高，即采樣的時(shí)間間隔越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)聲音波形的表示也越精確。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號(hào)越精確。sound(x,fs,bits)。函數(shù)執(zhí)行N點(diǎn)的FFT，若x為向量且長度小于N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長度N；若向量x的長度大于N，則函數(shù)截短x使之長度為N；若x 為矩陣，按相同方法對(duì)x進(jìn)行處理。 　　數(shù)字濾波器是一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)（按預(yù)定的算法，將輸入離散時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時(shí)間信號(hào)的特定功能裝置）。應(yīng)用最廣的是線性、時(shí)不變數(shù)字濾波器，以及FIR濾波器。在設(shè)計(jì)一個(gè)IIR數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)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(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 另外有限的單位響應(yīng)也有利于對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，便于編程，用于計(jì)算的時(shí)延也小，這對(duì)實(shí)時(shí)的信號(hào)處理很重要。其中，IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)借助模擬濾波器原型，再將模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，這些過程已經(jīng)成為一套成熟的設(shè)計(jì)程序。繪制采樣后的語音信號(hào)時(shí)域波形和頻譜對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣錄制采集語音信號(hào)分析設(shè)計(jì)濾波器構(gòu)建干擾信號(hào)與合成 圖41 語音信號(hào)的濾波流程圖 聲音信號(hào)的錄制和處理 利用WINDOWS自帶的媒體錄音工具錄制長度適中的一段聲音。通過對(duì)語音信號(hào)的數(shù)據(jù)分析，對(duì)濾波器的參數(shù)性能設(shè)定，可以成功濾除干擾信號(hào)，從而利用軟件仿真完成硬件濾波器的功能。并將其保存于計(jì)算機(jī)硬盤上，保存為“”。) 。從圖中可以看出在時(shí)域環(huán)境下，該信號(hào)呈現(xiàn)出了6個(gè)不規(guī)則的信號(hào)波峰。plot (f1 ,abs(x2) ) 。 噪音信號(hào)合成和分析本次設(shè)計(jì)中，加入的噪音信號(hào)為高斯噪音信號(hào)MATLAB中產(chǎn)生高斯白噪聲非常方便，可以直接應(yīng)用兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是WGN，另一個(gè)是AWGN。) 。從圖中可知，原信號(hào)6個(gè)比較明顯的波峰已經(jīng)不見，整個(gè)含噪音的信號(hào)波峰與波谷不再明顯，波形圖起伏不大，趨于平穩(wěn)。title (39。濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)主要有αp，Ωp，αs和Ωs。 %把語音信號(hào)進(jìn)行加載入Matlab 仿真軟件平臺(tái)中y= awgn(x,0) %在原信號(hào)x中加入高斯噪聲y[b,a]=butter(8,)。n = length (z) 。語音信號(hào)的頻譜圖39。也就是說，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。以數(shù)字濾波器為例，分別從時(shí)域和頻域詳細(xì)地分析了語音信號(hào)的特性，并以MATLAB的聲音處理函數(shù)設(shè)計(jì)了一組語音濾波的程序。正是因?yàn)橛辛怂募?xì)心解答與耐心輔導(dǎo)幫助，才使我在遇到困難時(shí)能夠順利的度過，使本次的設(shè)計(jì)進(jìn)一步的發(fā)展，使設(shè)計(jì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍，進(jìn)一步的升華。s value is infinite, indicating a pole in the plex frequency plane. The magnitude of the transfer function is plotted against s in Figure 2b, where the real ponent of s, σ, is toward us and the positive imaginary part, jω, is toward the right. The pole at ω 0 is evident. Amplitude is shown logarithmically to emphasize the function39。s response pared to that of the integrator. The lowpass filter39。 4). So if Q is less t