陷波滤波器设计及其在语音信号处理中的应用

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------陷波滤波器设计及其在语音信号处理中的应用摘要：滤波器能够从接收到的信号中消除或削弱噪声，提取有用信号。原型滤波器是设计其他滤波器的基础。本文是以MATLAB软件为实验平台，主要研究了原型滤波器的基本概念和设计方法，介绍了巴特沃思滤波器和切比雪夫I型滤波器的基本概念，并且对其应用进行仿真。关键词：语音信号，频谱分析，陷波滤波器1、引言语音信号处理是

2、近年来广泛兴起的一门重要学科，它的范围涉及了语言学、生理学、数学、声学、电子、计算机等各个学科。它可以用来进行语音识别、语音编码（压缩解压）、语音增强（例如去掉背景噪音）等，因而具有重大意义[1]。原型滤波器是设计其他滤波器的基础，先设计低通模拟滤波器原型，再通过频率变换将低通传输函数转换为所需的滤波器传输函数，就可以设计我们所需的其他滤波器。2、语音信号的分析和处理2.1语音信号的特点语音信号具有如下特点：1）、在时域范围内，语音信号具有“短时性”的特点，即总体上看，语音信号的特征是随着时间而变化的，但在一段较短的时间间隔内，语音信

3、号基本保持平稳；——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2）、在频域范围内，人的听觉器官能感知的声音频率范围约为20Hz～20kHz的信号称为音频(Audio)信号。人发音器官发声频率约是80～3400Hz，但人说话的信号频率约为300～3000Hz，即话音(speech)信号，也是本文将要研究的信号[2]。2

4、.2语音信号的采集语音信号是模拟信号，需要先对它进行数字化处理，经过采样、量化、编码后转变成变成数字信号，即进行模/数（A/D）转换，然后用数字技术进行数字信号处理，最后经过数/模(D/A)转换成模拟信号，这一过程称为模拟信号的数字信号处理[3]。这个过程如下图所示：图1模拟信号数字处理框图采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔T在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬时值。设原信号为x(t)，采样后，所得信号为：n??xa(t)?2.3语音信号的滤波n????x?nT??(t?nT)(1)a数字信号处理过程中，所处理的信号

5、往往含有噪声，从接收到的信号中消除或削弱噪声，提取有用信号的过程就是滤波，实现滤波功能的系统就是滤波器。图2滤波器设计原理模拟原型滤波器指的截止频率为1的滤波器。低通滤波器的传输——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------函数经过频率变换可以转换成高通、带通和带阻滤波器，所以设计滤波器一般先设计低通滤波器，再通过频

6、率变换法将低通滤波器转换成所需要的滤波器的形式。因此，常把低通滤波器称为原型低通滤波器。所以，掌握模拟原型滤波器的原理十分重要，是设计其他滤波器的基础[4]。模拟滤波器的幅度响应常用幅度平方函数来表示：2?)?Ha(j?)Ha(j?Ha(j?)(2)由于脉冲响应h(t)是实函数，因而H*(j?)=H(-j?)，所以：2Ha(j?Ha(?j?)?Ha(s)H)?Ha(j?)?s)s?j?(3)a(其中Ha(j?)是模拟滤波器的稳态幅度特性，Ha(s)是模拟滤波器的系统函数，Ha(j?)是模拟滤波器的稳态响应即频率特性。本文应用巴特沃斯和

7、切比雪夫I型模拟低通滤波器进行滤波，下面进行详细介绍：2.3.1巴特沃思（Butterworth）滤波器巴特沃思模拟低通滤波器的平方幅频响应函数为：12H(j?)?2N(4)1?(?/?c)式中，N为滤波器阶数，?c为低通滤波器的截止频率。巴特沃思模拟低通滤波器的特点是：1）——————————————————————————————————————----------------------------------------------------------------------------------------------

8、--通带内具有最大平坦的频率特性，且随着频率增大，曲线平滑单调下降；2）阶数越高，特性越接近矩形，过渡带越窄；3）传递函数无零点[5]。图3滤波特性图这里的特性接近矩形，是指通带频率响应段与过渡带频率响应段的夹角接近直角