【正文】 跡的平滑有三種方法 : 中值濾波 、線性濾波、組合平滑。 第三節(jié) IIR 數(shù)字濾波器的 設(shè)計(jì) 一、激響應(yīng)不變法 用數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)序列 h(n)模仿模擬濾波器的沖激響應(yīng) ha(t),讓 h(n)正好等于 ha(t)的采樣值，即 h(n)= ha(nT) 其中 T為采樣間隔，如果以 Ha(S)及 H(z)分別表示 ha(t)的拉式變換及 h(n)的 Z 變換，則 二、雙線性變換法 S 平面與 z 平面之間滿足以下映射關(guān)系： s 平面的虛軸單值地映射 于 z 平面的單位圓上， s 平面的左半平面完全映射到 z 平面的單位圓內(nèi)。 雙線性變換時(shí)一種非線性變換 ，這種非線性引起的幅頻特性畸變可通過預(yù)畸而得到校正。 12 第四章 設(shè)計(jì)過程 第一節(jié) 程序源代碼 一、錄制原始聲音信號(hào)并存儲(chǔ)： %原始語音信號(hào)的錄制和存儲(chǔ) fs=8000。 time=2。按任意鍵后開始錄音（時(shí)間長(zhǎng)度 %d 秒）： 39。 pause。\n 正在錄音?? 39。 shengyin=wavrecord(time*fs, fs,channel,39。)。\n 結(jié)束 \n39。 wavwrite(shengyin,fs,39。)。 F:\畢業(yè) \畢業(yè) \139。 %讀取原始語音信號(hào) subplot(2,1,1)。 %顯示原始語音信號(hào)時(shí)域波形圖 title(39。)。采樣點(diǎn)數(shù) 39。 %注明 x軸 ylabel(39。)。 %對(duì)圖形添加網(wǎng)格 m=wavread(39。,[3000 16000])。 plot(m)。濾除無效點(diǎn)后的語音信號(hào)時(shí)域圖 39。 xlabel(39。)。振幅 39。 grid。 F:\學(xué)習(xí) \學(xué)習(xí) \ 數(shù)字信號(hào) \139。 %存儲(chǔ)濾除無效點(diǎn)后的語音信號(hào) 三、取 8000 和 16000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析： %對(duì)原始語音信號(hào)分別取 8000 和 16000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行頻譜分析的程序 n=wavread(39。)。 %對(duì)語音信號(hào)做 8000 點(diǎn)的 FFT 變換 subplot(2,2,1)。 %顯示語音信號(hào)的幅度譜圖 title(39。)。數(shù)字頻率 39。 ylabel(39。)。 subplot(2,2,3)。 %顯示語音信號(hào)的相位譜圖 title(39。)。數(shù)字頻率 39。 ylabel(39。)。 y=fft(n,16000)。 plot(abs(y))。16000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的 FFT 幅度譜 39。 14 xlabel(39。)。振幅 39。 grid。 plot(angle(y))。16000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的 FFT 相位譜 39。 xlabel(39。)。相位 39。 grid。 %抽樣頻率 Wp=2*1600/fs。 %歸一化阻帶數(shù)字截止頻率 ws Rp=。 %最小阻帶衰減 Rs [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs)。 %傳輸分子和分母的系數(shù) [h,w]=freqz(num,den)。 plot(w/pi,abs(h))。契比雪夫Ⅰ型低通濾波器的幅頻響應(yīng) 39。 xlabel(39。)。振幅（幅值） 39。 grid。 15 plot(w/pi,20*log10(abs(h)))。契比雪夫Ⅰ型低通濾波器的幅頻響應(yīng) 39。 xlabel(39。)。振幅 (分貝 )39。 grid。F:\學(xué)習(xí) \學(xué)習(xí) \ 數(shù)字信號(hào) \139。 %讀取原始語音信號(hào) x=filter(num,den,n)。 %對(duì)濾波后所得信號(hào)進(jìn)行 FFT 變換 subplot(2,1,1) plot(abs(y))。濾波后的幅度譜 39。 xlabel(39。)。振幅 39。 grid。 %顯示濾波后的相位譜圖 title(39。)。數(shù)字頻率 39。 ylabel(39。)。 wavwrite(x,fs,39。)。F:\學(xué)習(xí) \學(xué)習(xí) \ 數(shù)字信號(hào) \239。 %讀取濾波后的語音信號(hào) n2=wavread(39。)。 %對(duì)讀取所得的濾波后的語音信號(hào)進(jìn)行 FFT 變換 m2=fft(n2)。 plot(20*log10(abs(m1)))。濾波后的語音信號(hào)的相對(duì)幅度譜 39。 xlabel(39。)。振幅 39。 subplot(2,1,2)。 %顯示原始語音信號(hào)的相對(duì)幅度譜圖 title(39。)。采樣點(diǎn) 數(shù) 39。 ylabel(39。)。F:\學(xué)習(xí) \學(xué)習(xí) \ 數(shù)字信號(hào) \139。 %讀取原始語音信號(hào) sound(n1,8000)。F:\學(xué)習(xí) \學(xué)習(xí) \ 數(shù)字信號(hào) \239。 %播放濾波后的的語音信號(hào) 第二節(jié) 本章小結(jié) 通過一系列程序編輯， 此次設(shè)計(jì)中還存在一些難點(diǎn)，在濾波器的設(shè)計(jì)中理論知識(shí) 貧乏，通過這章課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西，了解了一些函數(shù)的用法，鞏固了數(shù)字信號(hào)處理這門課的理論知識(shí)。在以后的工作和學(xué)習(xí)中會(huì)更加努力來完善設(shè)計(jì)任務(wù)。 17 第五章 調(diào)試分析 程序 1 的調(diào)試十分關(guān)鍵，萬事開頭難，主要在聲音的處理函數(shù)上下了點(diǎn)功夫，就算知道所用函數(shù)，還需要了解其正確的使用格式，在使用 wavwrite()進(jìn)行聲音文件存儲(chǔ)的過程中，出現(xiàn)了 ??? Error using == wavwrite Invalid argument。另外錄音后，如果不及時(shí)講話，結(jié)果中將會(huì)有一段比較長(zhǎng)的無效信號(hào)，錄音錄音時(shí)間不宜太長(zhǎng)也不宜太短。個(gè)人認(rèn)為難點(diǎn)在無效信號(hào)段的查找，據(jù)說可以用圖形窗口上的命令可以準(zhǔn)確找到無效點(diǎn)的位置，但是沒有掌握，所用方法是先看第一個(gè)圖的時(shí)域波形，然后從圖中大概數(shù)出無效點(diǎn)的起始位置，再用數(shù)組進(jìn)行 點(diǎn)數(shù)的截取。 運(yùn)行結(jié)果如下： 18 0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 16000 0 . 1 0 . 0 500 . 0 50 . 1原始語音信號(hào)時(shí)域圖采樣點(diǎn)數(shù)振幅0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 0 . 1 0 . 0 500 . 0 50 . 1濾除無效點(diǎn)后的語音信號(hào)時(shí)域圖采樣點(diǎn)數(shù)振幅 圖 程序 3 是對(duì)原始語音信號(hào)作頻譜分析，并沒什么很大難點(diǎn)。先是取 8000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，作 FFT 變換，用 subplot()函數(shù)繪制出幅度譜和相位譜圖形；另取 16000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，作 FFT 變換，用 subplot()函數(shù)繪制出幅度譜和相位譜圖形。由于課程設(shè)計(jì)題目中并沒要求確定的參數(shù)，所以要自己設(shè)計(jì)并使用，難點(diǎn)也在于此處。主要參數(shù)如下：通帶截止頻率 Wp=2*1600/fs；阻帶數(shù)字截止頻率 Ws=2*3200/fs；通帶波紋系數(shù) Rp=；最小阻帶衰減 Rs=80。 運(yùn)行結(jié)果如下： 20 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 100 . 51契比雪夫Ⅰ型低通濾波器的幅頻響應(yīng)? / ?振幅（幅值）0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 3 0 0 2 0 0 1 0 00契比雪夫Ⅰ型低通濾波器的幅頻響應(yīng)? / ?振幅(分貝)圖 0 500 1000 1500 2020 250005101520濾波后的幅度譜數(shù)字頻率振幅0 500 1000 1500 2020 250042024濾波后的相位譜數(shù)字頻率相位 圖 21 程序 5 為濾波后的語音信號(hào)與原始語音 信號(hào)的相對(duì)幅度譜的比較。 運(yùn)行結(jié)果如下： 0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 16000 1 0 0 5 0050濾波后的語音信號(hào)的相對(duì)幅度譜采樣點(diǎn)數(shù)振幅0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 16000 1 0 0 5 0050原始語音信號(hào)的相對(duì)幅度譜采樣點(diǎn)數(shù)振幅 圖 程序 6 為播放原始語音信號(hào)和濾波后的語音信號(hào)，掌握聲音的處理函數(shù)之后，該點(diǎn)已無難點(diǎn)。 22 第六章 結(jié)果分析 時(shí)間響應(yīng) MATLAB 信號(hào)處理工具箱常用的濾波器時(shí)間響應(yīng)分析工具函數(shù)有 filter，fftfilt， impz 等。調(diào)用格式為： y=filter(b， a， x) [y， zf]=filter（ b， a， x） [y， zf]=filter（ b， a， x， zi） 其中， b， a分別是濾波器傳遞函數(shù) H（ z）的分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量， x為濾波器輸入，向量或者矩陣；若 x為方陣，每組數(shù)據(jù)應(yīng)為列向量； zi向量初值，zf為狀態(tài)向量終止值； y為濾波器輸出。39。 y=x(:,1)。rs=100。 [b,a]=ellip(n,rp,rs,wn)。 Z=fft(z,32768)。plot(z)。濾波后信號(hào)波形 39。 subplot(1,2,2)。title(39。)。波形幅值降低，但大體形狀沒變，因此濾波后信號(hào)聲音只是變小了。 用 FIR 濾波器對(duì)將要處理的信號(hào)進(jìn)行濾波，程序如下： [x,fs,bits]=wavread(39。)。 wn=ws/(fs/2)。 b1=fir1(n,wn)。%%先輸入切比雪夫窗函數(shù) b2=fir1(n,wn,window)。 Z=fft(z,32768)。plot(z)。濾波后信號(hào)波形 39。 subplot(1,2,2)。title(39。)。 25 圖 （ a） 海明窗濾波后波形及頻譜 圖 （ b） 切比雪夫窗濾波后波形及頻譜 26 頻率響應(yīng) freqz 函數(shù) 函數(shù) freqz 用于求數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)，其調(diào)用格式為： [h，ω ]=freqz(b， a， n) [h， f]=freqz(b， a， n， Fs) [h,ω ]=freqz(b， a， n， ’ whole’ ) [h， f]=freqz(b， a， n， ’ whole’ ， Fs) h=freqz(b， a，ω ) h=freqz(b， a， f， Fs) freqz（ b， a） 其中，函數(shù)輸入： b， a 分別為數(shù)字濾波器 z 的傳遞函數(shù)分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量； n 為復(fù)頻率響應(yīng)計(jì)算點(diǎn)數(shù)，整數(shù)，最好為 2的冪，默認(rèn)為 512； Fs為采樣頻率， f 為給定的頻率矢量；＇ whole＇表示返回的ω值為包含 z平面整個(gè)單位圓頻率矢量，即 0~2? ；默認(rèn)時(shí)，ω僅包含 z平面上半單位圓間 等間距 N 個(gè)點(diǎn)頻矢量。 freqz 函數(shù)的具體使用程序在附件的源程序里有，這里就不再重復(fù)?！稊?shù)字信號(hào)處理教程》這門課是通信專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，抽象，推理性很強(qiáng)的學(xué)科。通過這次課 程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西，了解了一些函數(shù)的用法，鞏固了數(shù)字信號(hào)處理這門課的理論知識(shí)。在以后的工作和學(xué)習(xí)中會(huì)更加努力來完善設(shè)計(jì)任務(wù)。 在這里首先感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 唐伶俐 老師，在這段時(shí)間一直給我的支持與鼓勵(lì)。還有特別感謝 一下 學(xué)校 對(duì)我硬件部分提出的寶貴的建議，使得我硬件部分能夠比較順利的完成。在這段時(shí)間學(xué)到了很多，雖然由于自身的不足沒有能夠?yàn)橄到y(tǒng)提出更好的解決方案。從中我切身體會(huì)到了理論和現(xiàn)實(shí)的差距，只有真正動(dòng)手去做才能發(fā)現(xiàn)問題