【正文】 波形和頻譜圖的對比，可以明顯看出濾波后的波形開始變得清晰了，有點(diǎn)接近原始信號的波形圖了。用設(shè)計好的FIR數(shù)字低通濾波器對加噪語音信號的濾波程序：見附錄7得到的圖像如下：（圖4—8）圖48 FIR濾波前和濾波后波形及頻譜分析：從以上四圖可以很明顯和直觀的看出原始語音信號和加噪語音信號時域波形和頻譜圖的區(qū)別。調(diào)用格式為：y=fftfilter(h,x,M)。用自己設(shè)計的FIR數(shù)字低通濾波器對加噪的語音信號進(jìn)行濾波時，在Matlab中，F(xiàn)IR濾波器利用函數(shù)fftfilt對信號進(jìn)行濾波。 去噪及仿真（1）FIR濾波器法去噪通過對上一節(jié)中加噪語音信號和原始語音信號頻譜圖對比可以知道，噪音大部分是Hz大于5000的部分，故設(shè)計低通濾波器進(jìn)行濾波處理。sound(y_z,fs)加噪后語音信號的時域波形、頻譜圖（圖4—7）圖47 加噪語音信號時域波形和頻譜圖通過對兩張圖片的對比，很明顯可以看加噪后的語音信號時域波形比原始語音信號渾濁了許多，在時間軸上可以明顯看出0—；通過對原始語音信號的頻譜圖與加噪后的語音信號頻譜圖的對比，也可以看出在頻率5000Hz以后的頻率幅值發(fā)生了明顯的增加。 randn返回一個每次都變化的數(shù)量。Y = randn(m,n,p,...) 或 Y = randn([m n p...])產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)組。如果n不是個數(shù)量，將返回錯誤信息。（2）隨機(jī)噪音信號加入原始語音信號matlab函數(shù)randn：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)或矩陣的函數(shù) 產(chǎn)生均值為0，方差 σ^2 = 1，標(biāo)準(zhǔn)差σ = 1的正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)或矩陣的函數(shù)。圖形如下：（圖4—5）圖4—5 原始語音信號采樣后時域波形和頻譜圖 上段程序中，函數(shù)noise是頻率為3000Hz的正弦波信號噪音，語句y_z=y+noise實(shí)現(xiàn)了兩個信號的相加，然后繪制加噪后的語音信號時域波形和頻譜圖并回放加噪后的語音信號。通過函數(shù) f=fs*(0:n/21)/n。程序中：n=length(y) 用于計算信號的長度和選取變換的點(diǎn)數(shù)。)。 首先通過MATLAB中調(diào)用和回放語音信號命令來實(shí)現(xiàn)對原始語音信號的調(diào)用和回放，程序如下：[y,fs,bits]=wavread(39。程序運(yùn)行可以聽到聲音，得到的圖形為：（圖4圖4圖4圖44）圖41 原始信號波形圖42 原始語音信號采樣后頻譜圖圖43 原始信號幅值圖44 原始信號相位 加噪語音信號頻譜分析及仿真(1)正弦波信號加入原始語音信號前面已經(jīng)介紹了MATLAB軟件相關(guān)知識，那么我們怎么在NATLAB平臺上實(shí)現(xiàn)對一段原始語音信號加入一個正弦波信號呢？ 下面一段程序?qū)崿F(xiàn)了在原始語音信號加入正弦波信號。原始信號相位39。plot(angX)。)。title(39。原始語音信號采樣后的頻譜圖‘)subplot(223)。plot(X)。)。title(39。subplot(221)。magX=abs(X)。sound(x,fs,bits)。[x,fs,bits]=wavread(39。它的FFT也是N點(diǎn)序列，即X(k)(k=0,1,2,…,N1)，則第k點(diǎn)所對應(yīng)實(shí)際頻率值為f=k*f /N.（3）作FFT分析時，幅值大小與FFT選擇點(diǎn)數(shù)有關(guān)，但不影響分析結(jié)果。X(k)的后一半序列和前一半序列時對稱的。函數(shù)unwrap(p)用于展開弧度相位角p ,當(dāng)相位角絕對變化超過 時，函數(shù)把它擴(kuò)展至 。MATLAB提供求復(fù)數(shù)的幅值和相位函數(shù)：abs，angle，這些函數(shù)一般和 FFT同時使用。若x 為矩陣，按相同方法對x進(jìn)行處理。若x為向量且長度小于N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長度N。函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,N)式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。若x為一矩陣，則y是對矩陣的每一列向量進(jìn)行FFT。函數(shù)的一種調(diào)用格式為 y=fft(x)其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT。下面介紹這些函數(shù)。向量y則就代表了一個信號（也即一個復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個信號表達(dá)式一樣處理這個聲音信號。sound(x,fs,bits)。所以這個課題的設(shè)計過程也是一次數(shù)字信號處理在MATLAB中應(yīng)用的學(xué)習(xí)過程。這個課題正好是對數(shù)字語音處理的一次有利實(shí)踐，而且語音處理也可以說是信號處理在實(shí)際應(yīng)用中很大眾化的一方面。選擇設(shè)計此方案，是對數(shù)字信號處理的一次實(shí)踐。對于波形圖與頻譜圖（包括濾波前后的對比圖）都可以用 MATLAB畫出。 原始語音信號頻譜分析及仿真利用MATLAB中的wavread命令來讀入（采集）語音信號，將它賦值給某一向量。用于讀取語音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。[y,fs,bits]=wavread(39。自己錄入“畢業(yè)設(shè)計”語音信號，然后保存在MATLAB文件夾里面，命名為“”。下面我們將給出IIR數(shù)字濾波器的主要程序。MATLAB信號處理工具箱函數(shù)cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型濾波器設(shè)計函數(shù)。（3）按照模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計及過渡模擬低通濾波器。下面我們總結(jié)一下利用模擬濾波器設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器的步驟：（1）確定數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)：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(yīng)不變法的主要缺點(diǎn)是會產(chǎn)生頻譜混疊現(xiàn)象，使數(shù)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(zhuǎn)換成相應(yīng)類型的過渡模擬濾波器。（2）將所需類型數(shù)字濾波器的邊界頻率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬濾波器的邊界頻率，轉(zhuǎn)換公式為Ω=2/T tan() （31）(3)將相應(yīng)類型的模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器技術(shù)指標(biāo)。可以借助于模擬濾波器的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)計一個所需類型的過渡模擬濾波器，再經(jīng)過雙線性變換將其轉(zhuǎn)換策劃那個所需的數(shù)字濾波器。我們用到的是cheeby1函數(shù)，其調(diào)用格式如下：[B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,’ftypr’)[B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,’ftypr’,’s’)下面我們將給出設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的主要程序和圖像。接下來，我們根據(jù)語音信號的特點(diǎn)給出有關(guān)濾波器的技術(shù)指標(biāo)：低通濾波器的性能指標(biāo)：fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=50db ,Ap=1dB高通濾波器的性能指標(biāo)：fp=3500Hz，fc=4000Hz，As=50dB，Ap=1dB在Matlab中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計FIR濾波器，利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各步步器的頻率響應(yīng)。（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(shù)。如下：（1）根據(jù)對阻帶衰減及過渡帶的指標(biāo)要求，選擇串窗數(shù)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。如矩形窗、漢寧窗、漢明窗、BLACKMAN窗、凱撒窗等。通常根據(jù)所加的窗函數(shù)的不同，對采樣信號加窗后，在頻域所得的低通濾波器的阻帶衰減也不同。也就是把這個時域采樣序列去乘一個窗函數(shù)，就把這個無限的時域采樣序列截成了有限個序列值。也就是加一個窗函數(shù)。通常此函數(shù)的表達(dá)式為：sa（n）＝sin（n∩）/n（32）但是這個采樣序列是無限的，計算機(jī)是無法對它進(jìn)行計算的。通常這個理想的低通濾波器在頻域上是一個矩形窗。DSP需要更多的計算時間，對DSP的實(shí)時性有影響。而另一方面，IIR卻擁有FIR所不具有的缺點(diǎn)，那就是設(shè)計同樣參數(shù)的濾波器，F(xiàn)IR比IIR需要更多的參數(shù)。與IIR相比，它具有線性相位、容易設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)FIR：有限脈沖響應(yīng)濾波器。本課題主要采樣FIR和IIR數(shù)字濾波器對加噪語音信號進(jìn)行濾波。 切貝雪夫響應(yīng)，在一些應(yīng)用當(dāng)中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號失真。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用，其對于維護(hù)增益的平坦性來說非常重要。濾波器的分類：巴特沃斯響應(yīng)（最平坦響應(yīng)），巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。若達(dá)K常數(shù)及m常數(shù)濾波器組成級聯(lián)電路，可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。至于那一頻率需被截止，可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。每一m常數(shù)濾波器的阻抗與K常數(shù)濾波器之間的關(guān)系，均由m常數(shù)決定，此常數(shù)介于0～1之間。所謂截止頻率，亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。XC=K2 (31)故L型濾波器又稱為K常數(shù)濾波器。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L型及π型兩種。所有各型的濾波器，都是集合L型單節(jié)濾波器而成。整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。 濾波器分為有源濾波和無源濾波，它的主要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。在MATLAB下設(shè)計不同類型IIR濾波器均有與之對應(yīng)的函數(shù)用于階數(shù)的選擇。 除了系數(shù)存在量化誤差，數(shù)字濾波器運(yùn)算過程中有限字長效應(yīng)也會造成誤差，因此對濾波器中乘法器、加法器及寄存器的數(shù)據(jù)寬度要也進(jìn)行合理的設(shè)計，以防止產(chǎn)生極限環(huán)現(xiàn)象和溢出振蕩。為了獲得最優(yōu)的濾波器系數(shù)，采用以下步驟進(jìn)行量化。 獲得最優(yōu)IIR數(shù)字濾波器系數(shù)：為了設(shè)計出可用FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器，需要對上一步分解獲得的二階基本節(jié)的濾波器系數(shù)進(jìn)行量化，即用一個固定的字長加以表示。 首先計算整體傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)； 選取具有最大幅度的極點(diǎn)以及距離它最近的零點(diǎn)，使用它們組成一個二階基本節(jié)的傳遞函數(shù)； 對于剩下的極點(diǎn)和零點(diǎn)采用與相類似的步驟，直至形成所有的二階基本節(jié)。 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟由于采用了級聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此如何將濾波器的每一個極點(diǎn)和零點(diǎn)相組合，從而使得數(shù)字濾波器輸出所含的噪聲最小是個十分關(guān)鍵的問題。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計利用 MATALAB工具箱分析工具(FDATool)可以很方便地設(shè)計出符合應(yīng)用要求的未經(jīng)量化的IIR數(shù)字濾波器。 (3)IIR濾波器去噪法IIRnfinite Impulse Response)數(shù)字濾波器，又名“無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器”，或“遞歸濾波器”。 這種結(jié)構(gòu)的每一節(jié)控制一對零點(diǎn)，因而再需要控制傳輸零點(diǎn)時，可以采用它。若N為偶數(shù)，則