【文章內(nèi)容簡介】 N=length(x)。 % 計(jì)算信號 x 的長度 fn=9000。 % 單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改 t=0:1/fs:(N1)/fs。 % 計(jì)算時間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率 x=x(:,1)39。 % 將雙聲道轉(zhuǎn)為單聲道 y=x+*sin(fn*2*pi*t)。 % 加噪聲 sound(y,fs,bits)。 % 應(yīng)該可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲 fs % 輸出采樣頻率 輸出 fs=22050Hz 大于被采樣信號頻率的兩倍， 采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始信號中的信息 。 然后對語音號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性 。 對應(yīng)程序如下： X=abs(fft(x))。 Y=abs(fft(y))。 % 對原始信號和加噪信號進(jìn)行 fft 變換 ,取幅度譜 X=X(1:N/2)。 Y=Y(1:N/2)。 % 截取前半部分 deltaf=fs/N。 % 計(jì)算頻譜的譜線間隔 f=0:deltaf:fs/2deltaf。 % 計(jì)算頻譜頻率范圍 最后 畫出 加噪前后 語音信號的時域 和頻域 波形 ，便于分析設(shè)計(jì)濾波器。如圖 33 所示。 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。 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １０ 頁 共 23 頁 圖 35 加噪前后 語音信號的時域 和 頻域 波形 濾波器設(shè)計(jì) 本課程設(shè)計(jì)利用 BOHMAN 窗實(shí)現(xiàn) FIR 濾波器的設(shè)計(jì)。 由于 加入的 單頻噪聲頻率 fn 為9000Hz，根據(jù)加噪前后語言信號的幅度譜圖分析 可知，語言信號的有效帶寬 0Hz— 5000Hz左右 ， 所以 可設(shè)計(jì) 一 低通濾波器來濾除噪聲 。由于 BOHMAN 窗的過渡帶寬定為 Mπ10 ，能提供的最小阻帶衰減為 。所以阻帶衰減 As 設(shè)置為一個適當(dāng)小于 的參數(shù)。 通帶波紋 Rp 設(shè)置為 1dB。 設(shè)置的低通 濾波器的性能指 標(biāo) 如下 ： fp=4000Hz， fo=8800Hz， Rp=1dB， As=45dB 其中 fp 為通帶截止頻率， fo 為阻帶截止頻率， Rp 為通帶波紋， As 為阻帶衰減。 確定好濾波器的參數(shù)后，先計(jì)算出濾波器的階數(shù) M，然后調(diào)用自編 ideal_lp 函數(shù)計(jì)算理想低通濾波器的脈沖響應(yīng) hd，再調(diào)用 bohmanwin(M)函數(shù)產(chǎn)生 M 階的 BOHMAN 窗，并計(jì)算出 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １１ 頁 共 23 頁 實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)， 最后 調(diào)用自編 freqz_m 函數(shù) 計(jì)算出 濾波器的頻率 特性 。 最后計(jì)算出真正的阻帶衰減 As，和真正的通帶波紋 Rp，檢測設(shè)計(jì)的濾波器是否符合要求。 得出的 M =24， Rp =， As = 49。所以濾波器的長度 M=24， 真正的通帶波紋 Rp是 ， 小于設(shè)置的指標(biāo) 1dB，真正的阻帶衰減 As 是 49dB， 大于設(shè)置的指標(biāo) 45dB,小于最小 阻帶 衰減 。所以設(shè)計(jì)的低通濾波器滿足要求。 最后 畫出 該低通濾波器的頻譜特性圖。如圖 36 所示。 圖 36 濾波器的頻譜圖 濾波器設(shè)計(jì)過程對應(yīng)的程序如下： Rp=1。As=45。fs=22050。 fp=4000。fo=8800。 % 低通濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo) wp=fp/fs*2*pi。ws=fo/fs*2*pi。tr_width=wswp。 % 將 Hz為單位的模擬頻率換算為 rad為單位的數(shù)字頻率 M=ceil(10*pi/tr_width)+1 % 計(jì)算 BOHMAN 窗設(shè)計(jì)該濾波器時需要的階數(shù) n=[0:1:M1]。 % 定義時間范圍 wc=(ws+wp)/2。 hd=ideal_lp(wc,M)。 % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想低通濾波器的脈沖響應(yīng) w_bohmanwin=(bohmanwin(M))39。 % 產(chǎn)生 M 階的 BOHMAN 窗 h=hd.*w_bohmanwin。 % 計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng) 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １２ 頁 共 23 頁 [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,[1])。 % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算濾波器的頻率特性 delta_w=2*pi/1000。 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(jì)好的 FIR 低通濾波器 濾波器 對信號 進(jìn)行濾波去噪處理 。 對應(yīng)程序如下： y_fil=filter(h,1,y)。% 用設(shè)計(jì)好的濾波器對 y 進(jìn)行濾波 Y_fil=fft(y_fil)。Y_fil=Y_fil(1:N/2)。 % 計(jì)算頻譜取前一半 結(jié)果分析 為了分析濾波器是否設(shè)計(jì)成功，首先用 MATLAB 繪制 出 原始信號，加噪信號，濾波去噪信號的時域波形和頻譜， 如圖 37 所示。通過觀察和分析圖像，濾波后的語音信號時域波形與原始語音信號時域波形基本一致，位于幅度譜 9000Hz 處的單頻噪聲被濾除，與原始語音信號幅度譜基本一致。 圖 37 原始信號 ，加噪信號，濾波去噪信號的時域波形和頻譜 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １３ 頁 共 23 頁 然后通過回放原始語音信號，加噪語音信號，去噪語音信號，對比發(fā)現(xiàn)去噪語音信號與原始語音信號基本一致，即濾波器濾除了噪聲的干擾。 對應(yīng)程序如下： sound(x,fs,bits)。 % 播放原始語音信號 sound(y,fs,bits)。 % 播放加噪語音信號 sound (y_fil,fs,bits)。 % 播放去噪語音信號 通過對比分析可得出結(jié)論， 本課程設(shè)計(jì)濾波后的語音信號與原始語音信號基本一致，即設(shè)計(jì)的濾波器能夠從含噪信號中濾除單頻噪聲 ，還原 了 原始信號，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的 。 繪制 濾波器 結(jié)構(gòu)圖 本課程設(shè)計(jì)為頻率采樣型 FIR 濾波器，先求出濾波器的系數(shù)， 對應(yīng)語句如下： [C,B,A]=dir2fs(h) % 計(jì)算濾波器系數(shù) 得出濾波器的系數(shù)為： C = 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １４ 頁 共 23 頁 B = A = 0 0 繪制的頻率采樣型 FIR 濾波器如圖 38 所示。 《 使用 BOHMAN窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型 FIR濾波器 》 第 １５ 頁 共 23 頁 圖 38 頻率采樣型 FIR 濾波器結(jié)構(gòu)圖 y(n) x