課程設(shè)計(jì)--語音信號(hào)濾波去噪使用bohman窗設(shè)計(jì)的頻率采樣型fir濾波器(編輯修改稿)
2025-02-13 03:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放 N=length(x)。 % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)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(shí)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(hào)頻率的兩倍，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息。然后對(duì)語音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性。對(duì)應(yīng)程序如下：X=abs(fft(x))。 Y=abs(fft(y))。 % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)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(hào)的時(shí)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(shí)域波形圖中，加噪后的語音信號(hào)明顯被噪聲遮蓋了許多，在頻域圖中，在頻率為9000Hz處，有一個(gè)尖脈沖，也就是噪聲。圖35 加噪前后語音信號(hào)的時(shí)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(hào)的幅度譜圖分析可知，語言信號(hào)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。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(cè)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(zhǎng)度M=24，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,。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(duì)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(shí)需要的階數(shù) n=[0:1:M1]。 % 定義時(shí)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) [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(hào)濾波處理將設(shè)計(jì)好的FIR低通濾波器濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理。對(duì)應(yīng)程序如下： y_fil=filter(h,1,y)。% 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)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(hào)，加噪信號(hào)，濾波去噪信號(hào)的時(shí)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(hào)時(shí)域波形與原始語音信號(hào)時(shí)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(hào)幅度譜基本一致。圖37 原始信號(hào)，加噪信號(hào)，濾波去噪信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜然后通過回放原始語音信號(hào)，加噪語音信號(hào)，去噪語音信號(hào)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)去噪語音信號(hào)與原始語音信號(hào)基本一致，即濾波器濾除了噪聲的干擾。對(duì)應(yīng)程序如下： sound(x,fs,bits)。 % 播放原始語音信號(hào) sound(y,fs,bits)。 % 播放加噪語音信號(hào) sound (y_fil,fs,bits)。 % 播放去噪語音信號(hào)通過對(duì)比分析可得出結(jié)論，本課程設(shè)計(jì)濾波后的語音信號(hào)與原始語音信號(hào)基本一致，即設(shè)計(jì)的濾波器能夠從含噪信號(hào)中濾除單頻噪聲，還原了原始信號(hào)，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(duì)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 = B = A = 0 0 繪制的頻率采樣型FIR濾波器如圖38所示。 1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1
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