【正文】 不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 他們 多次為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師多次詢問進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。 35 致 謝 感謝南京林業(yè)大學機械電子工程學院給我這次鍛煉的機會。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 圓滿的完成了對 加噪聲 語音信號的讀取與打開，與課題的要求十分相符 ； 也較好的完成了對 原始 語音信號 和加噪聲后的語音 信號 的頻譜分析，通過 fft 變換，得出了語音信號的頻譜圖；在濾波這 一部分 ，課題主要是從巴特沃斯濾波器入手來設計濾波器 等入手，實現了預期的濾波效果； 完成了界面的設計，但也存在 許多 的不足，只是很勉強的達到了打開語音文件、顯示已定濾波前后的波形圖 ，界面沒有用到其它的一些控件，如列表框、下拉菜單等等， GUI 的界面設計功能沒能得到充分的發(fā)揮。 33 圖 512 FIG文件界面 本章小結 本章介紹了 GUI 界面的簡單設置，按 鈕的設置，編程等都充分得到了體現 34 總結 本次設計通過 選擇一個語音信號作為分析的對象，對其進行頻譜分析；利用MATLAB 中的隨機函數產生噪聲加入到語音信號中，模仿被噪聲干擾的語音信號，并對其進行頻譜分析；運用數字信號處理理論設計 FIR 和 IIR 數字濾波器， 并對被噪聲污染的語音信號進行濾波，分析濾波后信號的時域和頻域特征，回放語音信號。 編寫 M 文件 編 置好各控件以后，我們就可以來為這些控件編寫程序 （ Mfile）， 29 圖 58 原始語音播放 ： function varargout=OriVoiPlayButton_Callback(hObject, eventdata, handles) 30 圖 59 FIR低通 ： function FIRLowPassButton_Callback(hObject, eventdata, handles) 31 圖 510 退出 ： function varargout=ExitButton_Callback(hObject, eventdata, handles) close(gcf) 32 圖 511雙線性變換法低通濾波器 ： function DDesignLowPassButton_Callback(hObject, eventdata, handles) 最后，使用說明。 25 圖 51 GUI 創(chuàng)建界面 選擇 Blank GUI(Default)。第一步：通過設置 GUIDE 應用程序的選項來運行 GUIDE；第二步：使用界面設計編輯器進行面設計；第三步：編寫控件行為響應控制（即回調函數）代碼。 M文件包括 GUI 設計、控件函數以及定義為子函數的用戶控件回調函數，主要用于控制 GUI 展開時的各種特征。 FIG 文件：包括 GUI 圖形窗口 及其所有后裔的完全描述，包括所有對象屬性的屬性值。 GUIDE 主要是一個界面設計工具集， MAYLAB 將所有 GUI 支持度控件都集成在這個環(huán)境中，并提供界面外觀、屬性和行為響應方式的設置方法。用戶通過一定的方法（如鼠標或鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使計算機產生某種動作或變化，比如實現計算、繪圖等。 對原始語音信號具體程序及運行結果如 附錄（ II） 比較濾波前后語音信號的波形及頻譜 本章小結 本章詳細介紹了怎樣通過自己設計的濾波器進行濾波。 比較后可得 。其調用格式： sound(y,Fs)， sound(y)和 sound(y,Fs,bits)。 grid。 title(?濾波后的信號波形 ?,?fontweight?,?bold?)。 subplot(2,2,4)。 axis([95000 100000 1 1])。 plot(s)。 grid。 title(?濾波后信號的頻譜 ?,?fontweight?,?bold?)。 subplot(2,2,2)。 axis([ 0 150000 0 4000])。 plot(abs(S),?g?)。 %求濾波后的信號 figure。 sound(z11)。 %求 S 域的頻率響應的參數 [num11,den11]=bilinear(b11,a11,)。 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,?s?)。 wp=2*pi*Fp/Ft。 Fp=1000。 %語音信號加入噪聲 S=fft(s)。 %求出語音信號的長度 Noise=*randn(n,2)。下面我們以 IIR 低通為例： [y,fs,nbits]=wavread (‘ OriSound’ )。其中 xn 是輸入信號向量， yn 輸出信號向量。其中， h 是系統單位沖擊響應向量； x 是輸入序列向量； y 是系統的輸出序列向量； M 是有用戶選擇的輸入序列的分段長度，缺省時，默認的輸入向量的重長度 M=512。 函數 fftfilt 用的是重疊相加法實現線性卷積的計算。 0 500 1000 15000200400600濾波前信號的頻譜0 500 1000 15000200400600濾波后信號的頻譜0 500 1000 15001012濾波前信號的波形0 500 1000 15001012濾波后的信號波形 圖 41 驗證所設計的濾波器 由所得結果可知，所設計的濾波器符合要求。)。,39。,39。 title(39。 subplot(2,2,4)。)。,39。,39。 title(39。 subplot(2,2,3)。)。,39。,39。 title(39。r39。 subplot(2,2,2)。)。,39。,39。 title(39。g39。 20 subplot(2,2,1)。 m11=fft(z11)。 %利用雙線性變換實現頻率響應 S 域到 Z 域的變換 z11=filter(num11,den11,s)。)。 %求低通濾波器的階數和截止頻率 [b11,a11]=butter(n11,wn11,39。s39。 ws=2*pi*Fs/Ft。 Fs=1200。 Ft=8000。bold39。fontweight39。加噪語音信號的頻域波形 39。 plot(abs(S))。 S=fft(y)。bold39。fontweight39。加噪語音信號的時域波形 39。 plot(y)。 y=s+*rand(1,N)。 s=sin(2*pi*t)。 19 4 進行濾波，比較濾波前后語音信號的波形及頻譜 驗證所設計的濾波器 為了驗證濾波器的可使用性，我們用常用的 sin 函數來進行驗證。 18 程序結果如下圖： 0 500 1000 1500 2021 2500 3000 3500 400000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4IIR 低通濾波器 圖 31 IIR 低通濾波器 IIR 高通要用 cheby1（即切比雪夫 I 型濾波器）函數來設計， 1p2hp[其中 p；pose（模型）， h（ high） ],同理， 1p2bp 中 b 表示 band（帶通）， FIR 與此類似。 legend(?IIR 低通濾波器 ?,?Location?,?NorthWest?)。 figure。 [num11,den11]=bilinear(b11,a11,)。 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,?s?)。 fp=2*Ft*tan(wp/2)。 wp=2*pi*Fp/Ft。 Fp=1000。我們用到的是 cheeby1 函數，其調用格式如下： [B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,?ftypr?) 函數 butter,cheby1 和 ellip 設計 IIR 濾波器時都是默認的雙線性變換法，所以在設計濾波器時只需要代入相應的實現函數即可。 MATLAB 信號處理工具箱函數 buttp buttor butter 是巴特沃斯濾波器設計函數，其 有 5 種調用格式，本課程設計中用到的是 [N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,?s?),該格式用于計算巴特沃斯模擬濾波器的階數 N 和 3dB 截止頻率 wc。如果缺省 window 參數，則 fir1 默認為哈明窗。 接下來，我們根據語音信號的特點給出有關濾波器的技術指標： ①低通濾波器的性能指標： fp=1000Hz， fc=1200Hz， As=100db ,Ap=1dB ②高通濾波器的性能指標： fp=3500Hz， fc=4000Hz， As=100dB， Ap=1dB； ③帶通濾波器的性能指標： fp1=1200Hz， fp2=3000hZ， fc1=1000Hz， fc2=3200Hz， As=100dB， Ap=1dB 在 Matlab 中 ，可以利用函數 fir1 設計 FIR 濾波器，利用函數 butter,cheby1 和 17 ellip 設計 IIR 濾波器，利用 Matlab 中的函數 freqz 畫出各步步器的頻率響應。 （ 3）按照模擬低通濾波器的技術指標設計及過 渡模擬低通濾波器。 下面我們總結一下利用模擬濾波器設計 IIR 數字低通濾波器的步驟： （ 1）確定數字低通濾波器的技術指標：通帶邊界頻率、通帶最大衰減，阻帶截止頻率、阻帶最小衰減。 我們知道，脈沖響應不變法的主要缺點是會產生頻譜混疊現象，使數字濾波器的頻響偏離模擬濾波器的頻響特性。 （ 5）通過頻率變換將模擬低通轉換成相應類型 的過渡模擬濾波器。 （ 2）將所需類型數字濾波器的邊界頻率轉換成相應的模擬濾波器的邊界頻率，轉換公式為Ω =2/T tan( )（式 32） (3)將相應類型的模擬濾波器技術指標轉換成模擬低通濾波器技術指標?？梢越柚谀M濾波器的頻率轉換設計一個所需類型的過渡模擬濾波器，再經過雙線性變換 16 將其轉換策劃那個所需的數字濾波器。 若設計的數字濾波器是低通的，那么上述設計工作可以結束，若所設計的是高通，帶通或帶阻濾波器，那么還有步驟 ④ ； ④ 將高通、帶通、或帶阻數字 l 不去的技術指標先轉化為低通模擬濾波器的技術指標，然后按照上述步驟 ② 設計出低通 ??Gs，再將 ??Gs轉換為所需的 H(z)。模擬濾波器設計已經有了一套相當成熟的方法，它不但有完整的設計公式，而且還有較為完整的圖表供查詢，因此，充分利用這些已有的資源將會給數字濾波器的設計帶來很大方便。 設計 IIR 濾波器 無論是數字濾波器還是模擬濾波器，他們技術指標的建立都是以所謂的“固有衰減”參數為參照。 （ 3）計算 h(n).。原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇主瓣的窗函數。如下： 15 （ 1）根據對阻帶衰減及過渡帶的指標要求，選擇窗函數類型（矩形窗 、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗等），并估計窗口長度 N。 設計 FIR 濾波器 如前所述， IIR 濾波器和 FIR 濾波器的設計方法有很大的區(qū)別。一個模擬帶通濾波器的例子是電阻 電感 電容電路 (RLC circuit)。此外高通濾波器常常和 低通濾波器 成對出現，不論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應該去的單元。 在電力系統中， 諧波 補償時用高通濾波器濾除某次及其以上的各次諧波。低通濾波器在信號處理中的作用等同于其它領域如金融領域中移動平均數（ moving average)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。當使用在音頻應用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器 , 或高音消除濾波器。對于線性相位濾波器，經常采用 FIR 濾波器。其設計步驟是：先設計過渡模擬濾波器得到系統函數 H（ s），然后將 H（ s）按某種方法轉換成數字濾波器的系統函數 H(z)。 但 IIR 濾波器和 FIR 濾波器的設計 方法完全不同。根據不同的要求可以用 IIR 系統函數，也可以用 FIR 系統函數去逼近。 （ 4） 一 定是穩(wěn)定的（ stable）：因為 Z 轉換（ Z transform）后所有的極點（ pole）都在單位圓內 FIR 數字濾波器和 IIR 數字濾波器比較 不論是 IIR 濾波器還是 FIR 濾波器的設計都包括三個步驟： (1) 按照實際任務的要求，確定濾波器的性能指標。