吹管音樂濾波去噪基于漢寧創(chuàng)的fir濾波器-在線瀏覽
2024-08-07 23:09本頁面
【正文】 和實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)[3]。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。FIR濾波器是全零點(diǎn)濾波器，硬件和軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，因而是十分穩(wěn)定的系統(tǒng)。本次課設(shè)采用的是第一類設(shè)計(jì)法中的窗函數(shù)法。與前面的表示形式，即相比， 與不同。為了區(qū)別于幅頻響應(yīng)函數(shù)和相頻響應(yīng)函數(shù)，稱為幅頻特性函數(shù)，稱為相頻特性函數(shù)。通常在設(shè)計(jì)濾波器之前，應(yīng)該先根據(jù)具體的工程應(yīng)用確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。[6]窗口設(shè)計(jì)法基本步驟如下：（1）根據(jù)過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度N。（2）根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)。（4）求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)，h(n)即為所設(shè)計(jì)FIR濾波器系數(shù)向量b(n)。 常見窗函數(shù)性能表名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減名稱濾波器過渡帶寬最小阻帶衰減矩形21dBPARZENWIN56dB巴特利特25dBFLATTOPWIN108dB漢寧44dBGAUSSWIN60dB漢明51dBBARTHANNWIN40dB布萊克曼11π/M74dBBLACKMANHARRIS109dBBOHMANWINCHEBWIN113dBNUTTALLWIN108dBTUKEYWIN22dB 漢寧窗（Hanning window）漢寧窗函數(shù)是余弦平方函數(shù)，又稱之為升余弦函數(shù)，它的時(shí)域形式可以表為： （28）其中k=1,2,…，k。漢寧窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低31dB，但是主瓣寬度比矩形窗函數(shù)的主瓣寬度增加了一倍，為。 圖21 漢寧窗函數(shù)的時(shí)域幅度與頻域幅度特性曲線3設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)流程圖本課程設(shè)計(jì)主要是從網(wǎng)站上下載一段吹管樂器演奏音樂，利用CE軟件對(duì)音樂進(jìn)行編輯。程序的設(shè)計(jì)流程圖如下圖31所示。然后在Matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。 圖32 CE軟件操作界面 語音加噪處理采集完成后在信號(hào)中加入一個(gè)單頻噪聲，繪制原音樂信號(hào)和加噪后的音樂信號(hào)的時(shí)域和頻域的波形圖。調(diào)用程序如下：[x,fs,bits]=wavread(39。)。sound(x,fs,bits)。調(diào)用程序如下：N=length(x)。 % 單頻噪聲頻率t=0:1/fs:(N1)/fs。y=x+sin(fn*2*pi*t)。 % 可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲繪制原始音樂信號(hào)和加入噪聲后的音樂信號(hào)的時(shí)域和頻譜波形圖。 Y=abs(fft(y))。 Y=Y(1:N/2)。 % 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2deltaf。subplot(2,2,1)。 % 布局為2*2的四個(gè)小圖title(39。)。時(shí)間(t)39。ylabel(39。)。 %加上標(biāo)題和橫坐標(biāo)名稱grid on。plot(f,X)。原始音樂信號(hào)頻譜39。xlabel(39。)。幅度譜39。axis([0,3000,0,3000])。 subplot(2,2,3)。title(39。)。時(shí)間(t)39。ylabel(39。)。 grid on。plot(f,Y)。加入單頻干擾后的音樂信號(hào)頻譜39。xlabel(39。)。幅度譜39。axis([0,3000,0,3000])。用繪圖命令分別畫出加噪前后的時(shí)域和頻域波形，如下圖33所示。 濾波器設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用漢寧窗設(shè)計(jì)出FIR濾波器。其中b為系統(tǒng)函數(shù)的分子系數(shù)，a為系統(tǒng)函數(shù)分母系數(shù)。主程序如下：fpd=1450。fsu=2 % FIR濾波器的上下截止頻率Rp=1。 % 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2。df=min((fsdfpd),(fpufsu))。wcu=fcu/fs*2*pi。 % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率wsd=fsd/fs*2*pi。 M=ceil(*pi/dw)+1。 % 定義時(shí)間范圍w_ham=hanning(M)。 % 調(diào)用自編函數(shù)計(jì)算理想帶阻濾波器的脈沖響應(yīng)h_bs=w_ham39。 % 用窗口法計(jì)算實(shí)際濾波器脈沖響應(yīng)[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h_bs,1)。圖34 FIR濾波器的頻率響應(yīng)上圖為用漢寧窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器圖，可以看出，阻帶最大衰減為100dB，F(xiàn)IR濾波器的主瓣寬度很小，這樣可以使過渡寬度很陡，旁瓣相對(duì)于主瓣也比較小。主程序如下：y_fil=filter(h_bs,1,y)。Y_fil=Y_fil(1:N/2)。圖35 濾波前后的波形圖由上圖可以看出，加噪后的吹管音樂信號(hào)經(jīng)過FIR濾波器的濾噪處理，時(shí)域和頻域圖幾乎相同，這說明噪聲被完全濾掉，同時(shí)也說明FIR濾波器設(shè)計(jì)很理想，能滿足課設(shè)要求。其調(diào)用格式：sound (x，fs，bits)
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