【正文】 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 2 1 1 1 9 1 1 241 z24 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １６ 頁 共 23 頁 4 出現(xiàn)的問題及解決方法 最開始遇到的問題主要是對理論知識不夠熟悉。 % 調(diào)用自編函數(shù)計算理想低通濾波器的脈沖響應(yīng) w_bohmanwin=(bohmanwin(M))39。 得出的 M =24， Rp =， As = 49。 Y=abs(fft(y))。 首先通過錄音機打開語音信號，點擊文件 /屬性，如圖 33 所示 。做法是從信號中截取一個時間片段，然后用觀察的信號時間片段進行周期延拓處 理，得到虛擬的無限長的信號，然后就可以對信號進行傅里葉變換、相關(guān)分析等數(shù)學(xué)處理。因此，這種方法的重點在于選擇某種恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)和一種適合的理想濾波器。 [2] 2 設(shè)計原理 FIR 濾波器 FIR(Finite Impulse Response)濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。從實現(xiàn)方法上考慮，將濾波器分成兩種，一種稱為無限脈沖響應(yīng)濾波 器，簡稱 IIR 濾波器，另一種為 FIR 濾波器。 通過程序調(diào)試及完善，本課程設(shè)計濾波后的語音信號與原始語音信號基本一致，即設(shè)計的濾波器能夠從含噪信號中濾除單頻噪聲，還原原始信號，達到了設(shè)計目的 。 (4)獨立完成課程設(shè)計并按要求編寫課程設(shè)計報告書。 有限長單位沖激響應(yīng)（ FIR）濾波器有以下特點： (1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng) h (n)在有限個 n 值處不為零 (2) 系統(tǒng)函 數(shù) H(z)在 |z|0 處收斂，極點全部在 z = 0 處（因果系統(tǒng)） (3) 結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中（例如頻率抽樣結(jié)構(gòu)）也包含有反饋的遞歸部分。一般來說， h(n)可當(dāng)作是由 hd(n)和某一窗函數(shù) w(n)相乘而得到的。 ((1q(2:end1)).*cos(pi*q(2:end1))+(1/pi)*sin(pi*q(2:end1)))39。 % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放 N=length(x)。 通過圖 35，可以明顯觀察到，在時域波形圖中，加噪后的語音信號明顯被噪聲遮蓋了許多，在頻域圖中，在頻率為 9000Hz 處，有一個尖脈沖，也就是噪聲。fs=22050。Y_fil=Y_fil(1:N/2)。老師建議增大濾波器的過渡帶寬，或者對錄制的語音信號的屬性進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。而使數(shù)字信號處理從理論走向?qū)嵱玫氖?快速傅里葉變換 (FFT)， FFT 的出現(xiàn)大大減少了 DFT 的運算量，使實時的數(shù)字信號處理成為可能、極大促進了該學(xué)科的發(fā)展。)。magY=abs(Y)。ylabel(39。plot(f,magY)。tr_width=wswp。)。grid on。h(n)39。title(39。 grid on xlabel(39。)。plot(abs(f),abs(Y_fil))。 % 播 放加噪語音信號 sound (y_fil,fs,bits)。title(39。頻率 f(單位 : Hz)39。原始語音信號幅度譜 39。)。 xlabel(39。title(39。w/pi39。 fp=4000。)。plot(f,magX)。 Y=Y(1:N/2)。G而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 實現(xiàn)的。 由于坐標(biāo)設(shè)置不適當(dāng)，最初顯示的 加噪前后 語音 信號的時域和頻域波形 對比不是很明顯，對坐標(biāo)進行調(diào)整后，通過對比加噪前后的 頻域圖，可以明顯觀察到在頻率為 9000Hz處，有一個尖脈沖，也就是噪聲。 % 調(diào)用自編函數(shù)計算濾波器的頻率特性 delta_w=2*pi/1000。 最后 畫出 該低通濾波器的頻譜特性圖。 % 截取前半部分 deltaf=fs/N。F:\39。 [n,w,trivialwin] = check_order(n)。 這個濾波器 的脈沖響應(yīng)具有無限長， 對 Hd(ejw)做 傅里葉變換獲得理想濾波器的單位脈沖響應(yīng) hd(n)。 FIR 系統(tǒng)濾波 器的缺點在于它的性能不如同樣階數(shù)的 IIR 濾波器，不過由于數(shù)字計算硬件的飛速發(fā)展，這一點已經(jīng)不成為問題。 (1)通過課程設(shè)計，加深對數(shù)字信號處理理論方面的認識； (2)熟悉 MALTAB 工具軟件的運用，學(xué)會用計算機采集語音信號，以及對語音信號進行時域和頻域的分析； (3)掌握數(shù)字信號處理中 FIR 濾波器的設(shè)計方法和步驟； (4)掌握使用 MATLAB 對信號分析和處理的方 法； (5)提高實際運用 、 綜合運用能力以及分析問題、解決問題能力 ；培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是的科學(xué)態(tài)度，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)和辯證思維能力。 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １ 頁 共 23 頁 語音信號濾波去噪 —— 使用 BOHMAN 窗設(shè)計的頻率采樣型 FIR濾波器 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘 要 本課程設(shè)計 主要 內(nèi)容是 ，利用窗口設(shè)計法設(shè)計頻率采樣型 FIR 濾波器并對加噪 語音信號 進行 濾波去噪 處理 。 課程設(shè)計的要求 (1)濾波器指標(biāo)必須符合工程實際。再加上引入計算機輔助設(shè)計， FIR 濾波器的設(shè)計也得到極大的簡化。注意 hd(n)是關(guān)于 α對稱的，這一點對線性相位 FIR 濾波器來說是有用的。 if trivialwin, return, end。)。 % 計算頻譜的譜線間隔 f=0:deltaf:fs/2deltaf。如圖 36 所示。 Rp=(min(db(1:1:wp/delta_w+1))) % 真正的通帶波紋 As=round(max(db(ws/delta_w+1:1:501))) % 真正的阻帶衰減 信號濾波處理 將設(shè)計好的 FIR 低通濾波器 濾波器 對信號 進行濾波去噪處理 。 設(shè)計濾波器 時遇到的問題： 由于本課程設(shè)計采用的是 BOHMAN 窗，教材中并沒有介紹，所以在設(shè)計時對 我BOHMAN 窗的性能并不了解，課程設(shè)計提供的資料中， BOHMAN 窗的過渡帶寬為 ? ，最小阻帶衰減為 。數(shù)字信號處理的算法需要利用 計算機 或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備如 數(shù)字信號處理器 （ DSP）和 專用集成電路 （ ASIC）等。普羅克斯 ．劉樹棠． 數(shù)字信號處理 (MATLAB 版 )．西安：西安交通大學(xué)出版社， 2021 [6] 趙紅怡 ． 數(shù)字信號處理及其 MATLAB 實現(xiàn) ． 北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 ２０ 頁 共 23 頁 附錄：語音信號濾波去噪設(shè)計源程序清單 % 程序名稱 ： % 程序功能：采用基于 BOHMAN 窗的窗口設(shè)計法，設(shè)計 FIR 濾波器對含噪語音進行濾波去噪處理。 % 截取前半部分 deltaf=fs/N。grid xlabel(39。title(39。fo=8800。)。濾波器幅度響應(yīng)圖 39。n39。ylabel(39。)。)。濾波后語音信號時域波形 39。 % 播放去噪語