基于matlab的fir濾波器語(yǔ)音信號(hào)去噪_畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-10-02 15:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 限長(zhǎng)單位 沖激響應(yīng)系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱為 IIR 系統(tǒng)。 無限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)（ IIR） 濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn) : （ 1） 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng) h(n)是無限長(zhǎng)； （ 2） 系統(tǒng)函數(shù) H(z)在有限 z 平面（ 0|z|? ）； （ 3） 結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。 IIR 濾波器 采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。 同一種系統(tǒng)函數(shù) H（ z） 可以有多種不同的結(jié)構(gòu)，基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有 直接 Ⅰ 型、 直接Ⅱ 型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種，都具有反饋回路。 同時(shí)， 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，巴特沃斯 (Butterworth)濾波器、切比雪夫 (Chebyshev)濾波器、橢圓 (Cauer)濾波器、貝塞爾 (Bessel)濾波器等，這些典型的濾波器各有特點(diǎn)。有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查 ， 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。 窗口設(shè)計(jì)法 本設(shè)計(jì)采用凱塞（ Kaiser）窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR數(shù)字低通濾波器。 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法有許多種，如窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣設(shè)計(jì)法和最優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。窗口設(shè)計(jì)法的 基本思想是用 FIRDF 逼近希望的濾波特性。設(shè)希望逼近的濾波器的頻率響應(yīng)為? ??jd eH ，其單位脈沖響應(yīng)用 ??nhd 表示。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，通常選擇 ? ??jdeH 為具有片段常數(shù)特性的理想濾波器。因此 ??nhd 是無限長(zhǎng)非因果序列，不能直接作為 FIRDF 的單位脈沖響應(yīng)。窗口設(shè)計(jì)法就是截取 ??nhd 為有限長(zhǎng)的一段因果序列，并用合適的窗口函數(shù)進(jìn)行加 權(quán)作為FIRDF 的單位脈沖響應(yīng) ??nh 。 4 窗口設(shè)計(jì)法基本步驟如下 [3]： （ 1）構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù) ? ??jd eH 。以低通線性相位 FIRDF 設(shè)計(jì)為例，一般選擇? ??jdeH 為線性理想低通濾波器，即 ? ????? ,0 , ??? jjd eeH ??? ?? ??? ||||cc （ 17） （ 2）加窗得到 FIRDF 的單位脈沖響應(yīng) ??nh ， ? ? ? ? ? ?nnhnh d ?? （ 18） 式中， ??n? 稱為窗口函數(shù)，其長(zhǎng)度為 N 。如果要求第一類線性相位 FIRDF，則要求 ??nh 關(guān)于? ?21N 點(diǎn)偶對(duì)稱。而 ??nhd 關(guān)于 ??n 點(diǎn)偶對(duì)稱，所 ? ? 21?? N? ，同時(shí)要求 ??n? 關(guān)于 ? ?21?N點(diǎn)偶對(duì)稱。 常見的窗函數(shù)，可以分為以下主要類型： （ 1） 冪窗 采用時(shí)間變量某種冪次的函數(shù)，如矩形、三角形、梯形或其它時(shí)間 t 的高次冪； （ 2） 三角函數(shù)窗 應(yīng)用三角函數(shù)，即正弦或余弦函數(shù)等組合成復(fù)合函數(shù)，例如漢寧窗、海明窗 、 Kaiser 窗 等； （ 3） 指數(shù)窗 采用指數(shù)時(shí)間函數(shù)，例如高斯窗等。 其性能如表 11所示： 表 11 常見窗函數(shù)性能表 名稱 濾波器過 渡帶寬 最小阻帶衰減 名稱 濾波器 過渡帶寬 最小阻帶衰減 矩形 巴特利特 M 108dB 漢寧 漢明 布萊克曼 11π/M 74dB BLACKMANHARRIS M 109dB 5 本設(shè)計(jì)采用的是凱塞窗 （ Kaiser） 設(shè)計(jì)的濾波器，凱塞 窗（ Kaiser） 通過改變參數(shù)可以達(dá)到不同的性能，正由于其優(yōu)良的窗函 數(shù)特性，廣泛應(yīng)用于高通、低通、帶通、帶阻等各種濾波器的設(shè)計(jì)。凱塞 窗（ Kaiser）是利用貝塞爾函數(shù)來逼近需要的理想窗，其時(shí)域函數(shù)形式如 式 (19)： ? ? ? ?? ?? ????020 1211INnIn ?????? ???? , 1......2,1,0 ?? Nn (19) 式中， ? ??0I 為零階第一類修正的貝賽爾函數(shù)，可用式 (110)的級(jí)數(shù)表示。 ? ? ? ???? ????????120 !21 nnnxxI (110) 凱塞 窗（ Kaiser）的幅度 如式（ 111）所示 ： ? ? ? ? ? ?? ?????212 c o s20NN nnW ???? (111) 由公式可知，凱塞 窗的 β 值與貝賽爾函數(shù)級(jí) 數(shù)項(xiàng)數(shù) n是 兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，但都會(huì)對(duì)凱塞窗造成影響。 6 第二 章 語(yǔ)音信號(hào) 去噪的總體設(shè)計(jì) 語(yǔ)音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程圖 本課程設(shè)計(jì)主要是 用麥克風(fēng)采集一段語(yǔ)音信號(hào)，通過進(jìn)行自編函數(shù)加入噪聲，然后采用凱塞 (Kaiser)窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器，并且對(duì) 這 段加入噪聲的語(yǔ)音信號(hào)函數(shù)進(jìn)行濾波去噪，用繪圖的程序畫出 濾波 前后時(shí)域和頻 域的波形 圖進(jìn)行對(duì)比分析 。 語(yǔ)音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程圖如下圖 31 所示： 圖 31語(yǔ)音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程圖 語(yǔ)音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程的 介紹 首先是 用麥克風(fēng)采集一段語(yǔ)音信號(hào) ，將該 語(yǔ)音信號(hào)作為分析的對(duì)象， 用 程序繪制原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，觀察波形得出語(yǔ)音信號(hào)的通帶頻率和阻帶頻率，為后面濾波器的設(shè)計(jì)提供參數(shù)。 然后調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) rand 產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加噪處理，加噪過程中必須計(jì)算信號(hào)長(zhǎng)度，并產(chǎn)生和原始信號(hào)長(zhǎng)度相同的隨機(jī)信號(hào)，否則軟件將提示錯(cuò)誤。加噪之后對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行傅里葉變換得到頻域波形，繪圖并將加噪前后信號(hào)的時(shí)域波形和頻域波形語(yǔ)音信號(hào)的采集 ，畫時(shí)域和頻域 圖 加入隨機(jī)噪聲
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