基于matlab的fir濾波器語音信號(hào)去噪_畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-11-01 13:41本頁面
【正文】 《 信號(hào)處理 》 課程設(shè)計(jì) 題 目 ： 基于 MATLAB的 FIR 濾波器語音信號(hào)去噪 摘要 隨著信息技術(shù)的 不斷 發(fā)展，現(xiàn)代信號(hào)處理正向著數(shù)字化 發(fā)展 ， 研究語音信號(hào)的濾波設(shè)計(jì)也成了 現(xiàn)代信息處理的基本內(nèi)容。 本 次 課程設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容 是基于 MATLAB 的 FIR 濾波器語音信號(hào)去噪。最后對(duì) 濾波前后的語音信號(hào)的時(shí)域和頻域特性 進(jìn)行對(duì)比 。采樣在連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)之間起著至關(guān)重要的作用，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)的關(guān)鍵是確定合適的采樣頻率，使得既要能夠從采樣信號(hào)中無失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)，同時(shí)又盡量降低采樣頻率，減少編碼數(shù)據(jù)速率，有利于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和傳輸。 1924 年奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出在理想低通信道的最高大碼元傳輸速率的公式 : 理想低通信 道的最高大碼元傳輸速率 =2W*log2 N (其中 W 是理想低通信道的帶寬 ,N 是電平強(qiáng)度 )為什么把采樣頻率設(shè)為 8kHz?在數(shù)字通信中，根據(jù)采樣定理 , 最小采樣頻率為語音信號(hào)最高頻率的 2 倍 頻帶為 F的連續(xù)信號(hào) f(t)可用一系列離散的采樣值 f(t1),f(t1177。2Δ t)， ...來表示 ,只要這些采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔 Δ t≤1/2 F，便可根據(jù)各采樣值完全恢復(fù)原來的信號(hào) f(t)。 時(shí)域采樣定理的另一種表述方式是：當(dāng)時(shí)間信號(hào)函數(shù)f(t)的最高頻率分量為 fm時(shí) ,f(t)的值 可由一系列采樣間隔小于或等于 1/2fm的采樣值來確定 ,即采樣點(diǎn)的重復(fù)頻率 f≥2 fm。 對(duì)于時(shí)間上受限制的連續(xù)信號(hào) f(t)（即當(dāng) │ t│ T 時(shí) ,f(t)=0,這里 T=T2T1 是信號(hào)的持續(xù)時(shí)間），若其頻譜為 F（ ω ） ,則可在頻域上用一系列離散的采樣值 ，如式（ 11） ： n xxAD ?? || （ 11） 采樣值來表示 ,只要這些采樣點(diǎn)的頻率間隔 ，如式（ 12） ： xADVAD? （ 12） 采樣頻率 采樣頻率，也稱為采樣速度或者采樣率，定義了每秒從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)，它用赫茲（ Hz）來表示。通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)。 采樣頻率的常用的表示符號(hào)是 fs。采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)聲音波形的表示也越精確。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，已經(jīng)比較成熟的去噪方法比較典型的有切比雪夫去噪法、雙線性變換去噪法、窗函數(shù)去噪法等有名的去噪方法。 （ 1） FIR 濾波器 有限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（ Finite Impulse Response Digital Filter,縮寫FIRDF）：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)線性相性濾波，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法主要分為兩類：第一類是基于逼近理想濾波器器特性的方法包括窗函數(shù)法、頻率采樣法、和等波紋最佳逼近法；第二類是最優(yōu)設(shè)計(jì)法。與前面的表示形式，即 ? ? ? ? ? ???? ? jgj eHeH ||? 相比， ? ??gH 與 ? 不同。為了區(qū)別于幅頻響應(yīng)函數(shù) ? ?|| ?gH 和相頻響應(yīng)函數(shù)???? ，稱 ? ??gH 為幅頻特性函數(shù)，稱 ???? 為相頻特性函數(shù)。 20 ?? ? 在信號(hào)處理中很有實(shí)用價(jià)值（如希伯爾特變換器），這是 FIRDF 除了線性相位濾波外，還具有真正交變換作用 [2]。 無限長單位沖激響應(yīng)（ IIR） 濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn) : （ 1） 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng) h(n)是無限長； （ 2） 系統(tǒng)函數(shù) H(z)在有限 z 平面（ 0|z|? ）； （ 3） 結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。 同一種系統(tǒng)函數(shù) H（ z） 可以有多種不同的結(jié)構(gòu)，基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有 直接 Ⅰ 型、 直接Ⅱ 型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種，都具有反饋回路。有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查 ， 在設(shè)計(jì)一個(gè) IIR數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法有許多種，如窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣設(shè)計(jì)法和最優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。設(shè)希望逼近的濾波器的頻率響應(yīng)為? ??jd eH ，其單位脈沖響應(yīng)用 ??nhd 表示。因此 ??nhd 是無限長非因果序列，不能直接作為 FIRDF 的單位脈沖響應(yīng)。 4 窗口設(shè)計(jì)法基本步驟如下 [3]： （ 1）構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù) ? ??jd eH 。如果要求第一類線性相位 FIRDF，則要求 ??nh 關(guān)于? ?21N 點(diǎn)偶對(duì)稱。 常見的窗函數(shù)，可以分為以下主要類型： （ 1） 冪窗 采用時(shí)間變量某種冪次的函數(shù)，如矩形、三角形、梯形或其它時(shí)間 t 的高次冪； （ 2） 三角函數(shù)窗 應(yīng)用三角函數(shù)，即正弦或余弦函數(shù)等組合成復(fù)合函數(shù)，例如漢寧窗、海明窗 、 Kaiser 窗 等； （ 3） 指數(shù)窗 采用指數(shù)時(shí)間函數(shù)，例如高斯窗等。凱塞 窗（ Kaiser）是利用貝塞爾函數(shù)來逼近需要的理想窗，其時(shí)域函數(shù)形式如 式 (19)： ? ? ? ?? ?? ????020 1211INnIn ?????? ???? , 1......2,1,0 ?? Nn (19) 式中， ? ??0I 為零階第一類修正的貝賽爾函數(shù)，可用式 (110)的級(jí)數(shù)表示。 6 第二 章 語音信號(hào) 去噪的總體設(shè)計(jì) 語音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程圖 本課程設(shè)計(jì)主要是 用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，通過進(jìn)行自編函數(shù)加入噪聲，
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