課程設(shè)計論文-基于matlab的語音信號采集和窗函數(shù)法濾波(編輯修改稿)
2024-12-22 17:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 還是 FIR 濾波器的設(shè)計都包括三 步 ： (1) 按照實(shí)際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。 (2) 用一個因果、穩(wěn)定的離散線性時不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)去逼近這一性能指標(biāo)。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 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。 利用窗函數(shù)法設(shè)計線性相位 FIR 數(shù)字濾波器 常用窗函數(shù) (l) 矩形窗 9 矩形窗使用最多，習(xí)慣上不加窗就是使信號通過了矩形窗。這種窗的優(yōu)點(diǎn)是主瓣比較集中，缺點(diǎn)是旁瓣較高，并有負(fù)旁瓣，導(dǎo)致變換中帶進(jìn)了高頻干擾和泄漏，甚至出現(xiàn)負(fù)譜現(xiàn)象。 (2) 三角窗 三角窗亦稱費(fèi)杰（ Fejer）窗，是冪窗的一次方形式，三角窗與矩形窗比較，主瓣寬約等于矩形窗的兩倍，但旁瓣小，而且無負(fù)旁瓣 (3) 漢寧窗 漢寧（ Hanning）窗又稱升余弦窗，漢寧窗可以看作是 3個矩形時間窗的頻譜之和，它可以使用旁瓣互相抵 消，消去高頻干擾和漏能。 漢寧窗與矩形窗的譜圖對比，可以看出，漢寧窗主瓣加寬（第一個零點(diǎn)在 2π/T 處）并降低，旁瓣則顯著減小。第一個旁瓣衰減一 32dB，而矩形窗第一個旁瓣衰減 13dB。此外，漢寧窗的旁瓣衰減速度也較快，約為 60dB/（ 10oct），而矩形窗為 20dB/（ 10oct）。由以上比較可知，從減小泄漏觀點(diǎn)出發(fā)，漢寧窗優(yōu)于矩形窗。但漢寧窗主瓣加寬，相當(dāng)于分析帶寬加寬，頻率分辨力下降。 (4) 海明窗 海明（ Hamming）窗也是余弦窗的一種，又稱改進(jìn)的升余弦窗，海明窗與漢寧窗都是余弦窗，只是加權(quán) 系數(shù)不同。海明窗加權(quán)的系數(shù)能使旁瓣達(dá)到更小。分析表明，海明窗的第一旁瓣衰減為 42dB。海明窗的頻譜也是由 3個矩形時窗的頻譜合成，但其旁瓣衰減速度為 20dB/（ 10oct），這比漢寧窗衰減速度慢。海明窗與漢寧窗都是很有用的窗函數(shù)。 除了以上幾種常用窗函數(shù)以外，尚有多種窗函數(shù)，如平頂窗、帕仁（ Parzen）窗、布拉克曼（ Blackman）窗、凱塞（ kaiser）窗等。 對于窗函數(shù)的選擇，應(yīng)考慮被分析信號的性質(zhì)與處理要求。如果僅要求精確讀出主瓣頻率，而不考慮幅值精度，則可選用主瓣寬度比較窄 10 而便于分辨的矩形窗， 例如測量物體的自振頻率等；如果分析窄帶信號，且有較強(qiáng)的干擾噪聲，則應(yīng)選用旁瓣幅度小的窗函數(shù)，如漢寧窗、三角窗等；對于隨時間按指數(shù)衰減的函數(shù)，可采用指數(shù)窗來提高信噪比。 MATLAB 窗函數(shù)的 實(shí)現(xiàn) 利用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)窗函數(shù)法設(shè)計 FIR 濾波器，主要是選擇合適的窗函數(shù)進(jìn)行截斷運(yùn)算。先從理論上得到待逼近理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)，再由通帶、阻帶衰減指標(biāo)確定窗函數(shù)類型，由過渡帶確定 FIR 濾波器階數(shù) M，最后利用 MATLAB 計算出窗函數(shù)的值，以及 hd[k]Wn[k]的值，由此即得所設(shè)計的 FIR 濾波器的 h[k]。 MATLAB 提供了許多常用的窗函數(shù)，其中部分窗函數(shù)的調(diào)用形式為 W=hanning(N) W=hamming(N) W=Blackman(N) W=Kaiser(N,beta) 其中 N 是窗函數(shù)的長度， beta 是控制 kaiser 窗形狀的參數(shù)。返回的變量 w是一個長度為 N的列向量，給出窗函數(shù) N 點(diǎn)的取值。對于 kaiser窗， MATLAB 還提供了一個根據(jù)帶設(shè)計濾波器的指標(biāo)直接計算窗函數(shù)的函數(shù)，其基本調(diào)用形式為 [M,Wc,beta,ftype]=kaiserord(f,a,dev) 其中： 參數(shù) f表示需要設(shè)計的 FIR 濾波器的 B個頻帶；參數(shù) a 為 B個頻帶的幅度值，一個通帶取 1，阻帶取 0；參數(shù) dev為 B個頻帶中的波動值。 11 利用 hanning 窗設(shè)計低通濾波器 由題意 可 知 ： 要設(shè)計濾波器濾除信號的高頻成分，即設(shè)計低通濾波器。故確定設(shè)計的低通濾波器的設(shè)計指標(biāo)為： Wp=*pi,Ws=*pi 程序如下： fs=8000。 x1=wavread(39。C:\WINDOWS\Media\Windows XP 關(guān)機(jī) .wav39。)。 t=
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