數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)--數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及在語(yǔ)音信號(hào)分析中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-12 00:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Rp,wn[,39。ftype39。]) [z,p,k]=cheby1(n, Rp,wn[,39。ftype39。]) [b,a]=cheby2(n,Rs,wn[,39。ftype39。]) [z,p,k]=cheby2(n, Rs,wn[,39。ftype39。]) [b,a]=ellip(n,Rp,Rs,wn[,39。ftype39。]) [z,p,k]=ellip(n, Rp,Rs,wn[,39。ftype39。]) 在上面的調(diào)用方式中， n為濾波器的階數(shù)， wn 為濾波器的截止頻率，取值為 0~1。需根據(jù)采樣頻率 Fs來(lái)定，如濾波器的截止頻率為 Fc（ Hz），則 wn的計(jì)算公式為： 這樣就轉(zhuǎn)換為 0~1的歸一化頻率。其中 wp,ws 等邊界頻率都要根據(jù)此公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 39。ftype39。濾波器的類型為： ‘ high’ 為高通濾波器，截止頻率為 wn. ‘ stop’ 為帶阻濾波器，截止頻率為 wn=[w1,w2] (ww2). ‘ ftype’ 缺省時(shí)為低通或帶通濾波器。 a,b 分別為濾波器傳遞函數(shù)分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量； z,p,k 分別為濾波器的零極點(diǎn)和增益。 Rp,Rs 分別為所設(shè)計(jì)濾波器的通帶波紋和阻帶衰減，單位為 dB。 FsFcwn *2?6 設(shè)計(jì)好的數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)具有下面形式： 上述函數(shù)采用雙線性變換法和頻率的預(yù)畸變處理將模擬濾波器離散化為數(shù)字濾波器，同時(shí)保證模擬濾波器和數(shù)字濾波器在 wn(或 w1,w2)處 具有相同的幅頻響應(yīng)。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意真實(shí)頻率和 MATLAB 歸一化數(shù)字頻率之間的轉(zhuǎn)換，即 620式的應(yīng)用。在進(jìn)行 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)之前，請(qǐng)大家注意在模擬濾波器中我們用求取最小階數(shù)和截止頻率的函數(shù)如 buttord,cheb1ord,cheb2ord,ellipord，這些函數(shù)完全可以用于 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中，只不過(guò)在模擬濾波器設(shè)計(jì)中需加可選項(xiàng) 39。s39。，在數(shù)字濾波器中則不加該項(xiàng)。另外，輸出的截止頻率也是歸一化頻率（歸一化為 0~1）。 帶阻濾波器 Fs=fs。 %采樣頻率 wp=[4500 5500]*2/Fs。 %通帶邊界頻率（歸一化頻率） ws=[4000 6000]*2/Fs。 %阻帶邊界 頻率（歸一化頻率） Rp=1。Rs=30。Nn=128。 %通帶波紋和阻帶衰減以及繪制頻率特性的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù) [N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs)。%求得數(shù)字濾波器的最小階數(shù)和歸一化截止頻率 [b,a]=cheby1(N,Rp,Wn,39。stop39。)。 %按最小階數(shù)、通帶波紋和截止頻率設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器 figure(3) [H,f]=freqz(b,a,Nn,Fs)。 %求得濾波器的頻率特性 subplot(2,1,1),plot(f,20*log10(abs(H)))。 xlabel(39。頻率 /Hz39。)。ylabel(39。振幅 /dB39。)。grid on。 subplot(2,1,2),plot(f,180/pi*unwrap(angle(H))) xlabel(39。頻率 /Hz39。)。ylabel(39。相位 /^o39。)。grid on。 figure(4) y=filtfilt(b,a,x3)。 %對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波 y4=fft(y,32768)。 subplot(2,1,1) mnzmazaa znbzbbzA zBzH ???????? ?????? )1()2()1( )1()2()1()( )()( 11??7 plot(y)。 title(39。加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形 39。)。 subplot(2,1,2) plot(abs(y4))。 title(39。加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)頻譜 39。)% %sound(y,fs,bits)。 圖 31 帶阻濾波器性能指標(biāo) 0 2021 4000 6000 8000 10000 12021 14000 16000 1 5 0 1 0 0 5 00頻率 / H z振幅/dB0 2021 4000 6000 8000 10000 12021 14000 16000 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 00頻率 / H z相位/o8 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5x 1 051 0 . 500 . 51加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5x 1 04050100150加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)頻譜 圖 32 加單頻余弦信號(hào)濾波后 波形 低通濾波器 Fs=fs。 %采樣頻率 wp=4000*2/Fs。ws=4300*2/Fs。 %根據(jù)采樣頻率將濾波器邊界頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換 Rp=1。Rs=20。 %通帶波紋和阻帶衰減 Nn=128。 %顯示濾波器頻率特性的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 [N,Wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs)。 %求 得數(shù)字濾波器的最小階數(shù)和截止頻率（歸一化頻率） [b,a]=butter(N,Wn)。 %設(shè)計(jì) Butterworth 低通數(shù)字濾波器 figure(3) [H,f]=freqz(b,a,Nn,Fs)。 %用 Nn 點(diǎn)繪出頻率特性 subplot(2,1,1),plot(f,20*log10(abs(H)))。 xlabel(39。頻率 /Hz39。)。ylabel(39。振幅 /dB39。)。grid on。 subplot(2,1,2),plot(f,180/pi*unwrap(angle(H))) xlabel(39。頻率 /Hz39。)。ylabel(39。相位 /^o39。)。grid on。 figure(4) 9 y=filter(b,a,x3)。 %對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波 y4=fft(y,32768)。 subplot(2,1,1) plot(y)。 title(39。加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形 39。)。 subplot(2,1,2) plot(abs(y4))。 title(39。加單頻余弦信號(hào)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)頻譜 39。) sound(y,fs,bits)。 0 2021 4000 6000 8000 10000 12021 14000 16000 1 0 0 0 5 0 00500頻率 / H z振幅/dB0 2021 4000 6000 8000 10000 12021 14000 16000 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00頻率 / H z相位/o 圖 33 低通濾波器性能指標(biāo)
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