【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過后在 matlab 軟件中，利用 函數(shù) wavread 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，記下采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。程序如下： function yuyin_00 close all。 i=1。 [x,fs,bits]=wavread(39。E:\39。)。 %x：語音數(shù)據(jù)； fs：采樣頻率； bits：采樣點(diǎn)數(shù) sound(x,fs,bits)。 %話音回放 N=length(x)。 n=0:N1。 figure(i)。 subplot(2,1,1)。 plot(n,x)。 %畫出原始語音信號(hào)的波形 xlabel(39。n39。)。 ylabel(39。x(n)39。)。 title(39。原始語音信號(hào) 39。)。 subplot(2,1,2)。 [H,f]=freqz(x,1,512,fs)。 plot(f,20*log10(abs(H)))。 %畫出原始語音信號(hào)的頻譜 xlabel(39。n39。)。 ylabel(39。x(n)39。)。 title(39。原始語音信號(hào)的頻譜 39。)。 運(yùn)行結(jié)果： fs=22050HZ bit=16 圖 是原始語音信號(hào)的波形和頻譜圖 語音信號(hào)的頻譜分析 畫出原始語音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行 FFT 變換，得到原始信號(hào)的頻譜特性。 FFT頻譜分析程序如下： function yuyin_04 close all。 i=1。 [x,fs,bits]=wavread(39。E:\39。)。 %x：語音數(shù)據(jù)； fs：采樣頻率； bits：采樣點(diǎn)數(shù) sound(x,fs,bits)。 %話音回放 N=length(x)。 n=0:N1。 figure(i)。 subplot(2,1,1)。 plot(n,x)。 %畫出原始語音信號(hào)的波形 xlabel(39。n39。)。 ylabel(39。x(n)39。)。 title(39。原始語音信號(hào) 39。)。 subplot(2,1,2)。 [H,f]=freqz(x,1,512,fs)。 plot(f,20*log10(abs(H)))。 %畫出原始語音信號(hào)的頻譜 xlabel(39。n39。)。 ylabel(39。x(n)39。)。 title(39。原始語音信號(hào)的頻譜 39。)。 f=fft(x,N)。 %對(duì)語音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換 ,得出頻譜 i=i+1。 figure(i)。 plot(abs(n),abs(f))。 xlabel(39。k39。)。 ylabel(39。|y(k)|39。)。 title(39。FFT 后的波形 39。)。 結(jié)果如下圖： 圖 原始信號(hào)的 FFT 后頻譜 第五章 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 和畫出其頻率響應(yīng) 三種濾 波器的性能指標(biāo) 用窗函數(shù)法和雙線性變換法設(shè)計(jì)以下三種數(shù)字濾波器，其性能指標(biāo)如下： fb=1000hz ,fc=1200hz ,最大衰減 As=100db ,最小衰減Ap=1db ； fs=4800hz,fb=5000hz, 最大衰減 As=100db ，最小衰減Ap=1db ； fb1=1200hz， fb2=3000hz ， fc1=1000hz, fc2=3200hz，最大衰減 As=100db ，最小衰減 Ap=1db ； 通過以上的 性能指標(biāo)設(shè)計(jì)出 FIR 與 IIR 兩大種不同的數(shù)字濾波器。 FIR 濾波器的性能比較 FIR:Finite Impulse response，有限沖擊響應(yīng) IIR:Infinite Impulse response，無限沖擊響應(yīng) IIR與 FIR 濾波器的性能比較如下圖 所示 : IIR DF FIR DF （ 1）相位一般是非線性的 （ 1）相位可以做到嚴(yán)格線性 （ 2）不一定穩(wěn)定 （ 2）一定是穩(wěn)定的 （ 3）不能用 FFT 作快速卷積 （ 3）信號(hào)通過系統(tǒng)可采用快速卷積 （ 4）一定是遞歸結(jié)構(gòu) （ 4）主要是 非遞歸結(jié)構(gòu)，也可含遞歸環(huán)節(jié) （ 5）對(duì)頻率分量的選擇性好（零極點(diǎn)可同時(shí)起作用） （ 5）選擇性差 （ 6）相同性能下階次較低 （ 6）相同性能下階次高 （ 7）有噪聲反饋，噪聲大 （ 7）噪聲小 （ 8）運(yùn)算誤差大，有可能出現(xiàn)極限環(huán)振蕩 （ 8）運(yùn)算誤差小，不會(huì)出現(xiàn)極限環(huán)振蕩 （ 9） 設(shè)計(jì)有封閉形式的公式，一 （ 9）沒有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，須靠經(jīng)驗(yàn)與反復(fù)調(diào)試 次完成 （ 10）對(duì)計(jì)算手段的要求較低 （ 10）一般需用計(jì)算機(jī)計(jì)算 （ 11）主要用于設(shè)計(jì)分段常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器 （ 11）還可設(shè)計(jì)正交變換器、微分器、線性預(yù)測(cè)器、回波抵消器、均衡器、線性調(diào)頻器等各種網(wǎng)絡(luò)，適用范圍廣 IIR與 FIR 兩種濾波器性能比較圖 從上面 表格 簡(jiǎn)單比較我們可以看到 IIR 與 FIR 濾波器各有所長，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從多方面考慮來加以選擇。例如，從使用要求上來看，在對(duì)相位要求不敏感的場(chǎng)合，如語言通訊等，選用 IIR 較為合適，這 樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，而對(duì)于圖像信號(hào)處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對(duì)線性相位要求較高，如果有條件，采用 FIR 濾波器較好，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的要求以及計(jì)算工具的條件等多方面的因素。 整體來看， IIR 濾波器達(dá)到同樣效果階數(shù)少，延遲小，但是有穩(wěn)定性問題，非線性相位； FIR 濾波器沒有穩(wěn)定性問題，線性相位，但階數(shù)多，延遲大。 而不論是 IIR 濾波器還是 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)都包括三個(gè)步驟： (1) 按照實(shí)際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。 (2) 用一個(gè)因果、穩(wěn)定的離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函 數(shù)逼近性能要求。根據(jù)系統(tǒng)的不同的要求可以考慮用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)或 FIR系統(tǒng)函數(shù)去逼近。 (3) 利用有限精度算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)，包括結(jié)構(gòu)選擇、字長選擇等。 設(shè)計(jì) FIR 濾波器 低通濾波器設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)如下： fp=1000。fs=1200。As=120。Fs=22050。 %確定技術(shù)指標(biāo) wp=2*pi*fp/Fs。 ws=2*pi*fs/Fs。 %求歸一化頻率 wo=wswp。 %求過渡帶 beta=*()。 %求凱澤窗函數(shù)參數(shù) N=ceil((As8)/)。 %由過渡帶決定 N的值 wc=(wp+ws)/2/pi。 b=fir1(N,wc,kaiser(N+1,beta))。 [Hw,w]=freqz(b,1)。 figure(1)。 plot(w*Fs/2/pi,20*log10(abs(Hw)))。 %繪制 頻率響應(yīng)曲線 grid 。 title(39。FIR 低通濾波器 39。)。 輸出仿真結(jié)果： 圖 高通濾波器設(shè)計(jì) 程序如下： fp=5000。fs=4800。Fs=22050。As=135。 %確定技術(shù)指標(biāo) wp=2*pi*fp/Fs。ws=2*pi*fs/Fs。 %求歸一化頻率 wo=wpws。 %求過渡帶 beta=*()。 %求凱澤窗函數(shù)參數(shù) N=ceil((As8)/)。 %由過渡帶決定 N 的值 wc=(wp+ws)/2/pi。 b=fir1(N,wc,39。high39。,kaiser(N+1,beta))。 [Hw,w]=freqz(b,1)。 figure(1)。 plot(w*Fs/2/pi,20*log10(abs(Hw)))。 grid 。 title(39。FIR 高通濾波器的幅頻特性 39。)。 輸出仿真結(jié)果如下： 圖 帶通濾波器的設(shè)計(jì) 程序如下： fb1=1000。fc1=1200。fb2=3000。fc2=3200。 %確定技術(shù)指標(biāo) rs=120。Fs=22050。 wp1=2*pi*fc1/Fs。ws1=2*pi*fb1/Fs。 %求歸一化頻率 wp2=2*pi*fb2/Fs。ws2=2*pi*fc2/Fs。 wo1=wp1ws1。wo2=ws2wp2。 wo=max(wo1,wo2)。 %求過渡帶 beta=*()。 %求凱澤窗函數(shù)參數(shù) N=ceil((rs8)/)。 %由過渡帶決定 N的值 wn1=(fb1+fc1)/Fs。wn2=(fb2+fc2)/Fs。wn=[wn1,wn2]。 b=fir1(N,wn,39。band39。,kaiser(N+1,beta))。 [Hw,w]=freqz(b,1,512,Fs)。 figure(1)。 plot(w,20*log10(abs(Hw)))。 %繪制頻率響應(yīng)曲線 grid 。 title(39。FIR 帶通濾波器 39。)。 仿真結(jié)果如下： 圖 設(shè)計(jì) IIR 濾波器 低通濾波器的設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)如下： fp=1000。fs=1200。Fs=22050。 %確定技術(shù)指標(biāo) Ap=1。As=10。 wp=2*pi*fp/Fs。 %歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率 ws=2*pi*fs/Fs。 Ts=1/Fs。 wap=2/Ts*tan(wp/2)。 %將數(shù)字指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬指標(biāo) was=2/Ts*tan(ws/2)。 [N,wc]=buttord(wap,was,Ap,As,39。s39。)。 %選擇濾波器的最小階數(shù) [z,p,k]=buttap(N)。 %創(chuàng)建 butterworth 模擬濾波器 [Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k)。 [b,a]=lp2lp(Bap,Aap,wc)。 [bz,az]=bilinear(b,a,Fs)。 %用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換 [H,w]=freqz(bz,az)。 figure(1)。 plot(w*Fs/(2*pi),20*log10(abs(H)))。 %繪制頻率響應(yīng)曲線 grid。 axis([0,3000,20,2])。 xlabel(39。頻率／ Hz39。)。 ylabel(39。幅度 /dB39。)。 title(39。巴特沃茲低通濾波器 39。)。 仿真結(jié)果如下： 圖 巴特沃茲低通濾波器的幅頻特性 高通濾波器設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 如下： fp=5000。fs=4800。Fs=22050。 %確定技術(shù)指標(biāo) Ap=1。As=10。 wp=2*pi*fp/Fs。 %歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率 ws=2*pi*fs/Fs。 Ts=1/Fs。 wap=2/Ts*tan(wp/2)。 %將數(shù)字指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬指標(biāo) was=2/Ts*tan(ws/2)。 [N,wc]=buttord(wap,was,Ap,As,39。s39。)。 %選擇濾波器的最小階數(shù) [z,p,k]=buttap(N)。 %創(chuàng)建 butterworth 模擬濾波器 [Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k)。 [b,a]=lp2hp(Bap,Aap,wc)。 [bz,az]=bilinear(b,a,Fs)。 %用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換 [H,w]=freqz(bz,az)。 figure(1)。 plot(w*Fs/(2*pi),20*log10(abs(H)))。 %繪制頻率響應(yīng)曲線 grid。 axis([3000,6000,20,2])。 xlabel(39。頻率／ Hz39。)。 ylabel(39。幅度 /dB39。)。 title(39。巴特沃茲高通濾波器 39。)； 仿真結(jié)果如下： 圖 巴特沃茲高通濾波器的幅頻特性 帶通濾波器設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)如下： fp1=1200。fp2=3000。fs1=1000。fs2=3200。Fs=22050。%確定技術(shù)指標(biāo) Ap=1。As=10。 wp1=2*pi*fp1/Fs。wp2=2*pi*fp2/Fs。 %歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率 ws1=2*pi*fs1/Fs。ws2=2*pi*fs2/Fs。 Ts=1/Fs。 wap1=2/Ts*tan(wp1/2)。wap2=2/Ts*tan(