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1、基于MATLAB的数字滤波器设计及其对语音信号的应用班级：电信1001姓名：马维民学号：1010930110指导教师：刘丽杰耿磊日期：2013-11-28课程设计的目的:1)．掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法；2)．掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法；3)．掌握在Windows环境下语音信号采集以及时域、频域分析；4)．学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法；5)．学会用MATLAB对信号进行分析和处理。1.课程设计内容：1)．录制一段自己的语音信号,对录制的信号进行采样；2)．画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;3)．给定滤波器的性能指
2、标,采MATLAB设计数字滤波器,并画出滤波器的频率响应；4)．然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化；5)．回放语音信号。2.滤波器设计方法综述：1)．直接设计数字滤波器；数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分。数字滤波实际上是一种运算过程，其功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的数字序列。数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种是根据描述数字滤波器的数学模型或信号流图，用数字硬件装配成一台专门的设备，构成专用的信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序
3、让计算机来执行，这也是用软件来实现数字滤波器。数字滤波器是离散时间系统，所处理的信号是离散时间信号。一般时域离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行描述。如果输入、输出服从N阶差分方程则其系统函数，即滤波器的传递函数为4)．使用MATLAB下的FilterDesignedTool3。在CommandWindow窗口中输入fdatool，出现滤波器设计工具界面设计思路：首先将数字高通滤波器的技术指标转化为模拟滤波器的技术指标，再采用Buttetworth逼近的方法求得其系统函数H(S)，再利用冲激响应不变法将模拟滤波器的系统函数H(s)变为相应的数字滤波器的系统函数H(
4、Z)，然后用MATALB进行仿真，然后确定数字滤波器的结构。1.具体步骤与任务：4.1 语音信号的采集录制一段自己的话音,或利用老师给的语音，在MATLAB软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。4.2语音信号的频谱分析要求画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性。相应的MATLAB程序：clearall[I,Fs,bits]=wavread('1.wav');%读取语音信号1.wavY=fft(I);%进行快速傅里叶变换mag=abs(Y);%求取幅度谱phase=angle(Y);%求取相位谱phase=pha
5、se*180/pi;%转换为Pi单位dB=20*log10(abs(Y)+eps);%求取对数幅度谱t=(0:length(I)-1)/Fs;%设置标度subplot(221);plot(t,I);title('波形图');xlabel('时间(s)');ylabel('幅度');%设置标题和横纵坐标f=(1:length(Y))*Fs/length(Y);%设置标度subplot(222);plot(f,mag);title('幅度谱');xlabel('频率(Hz)');ylabel('频谱幅度');%设置标题和横纵坐标subplot(223);plot(f,phase);titl
6、e('相位谱');xlabel('频率(Hz)');ylabel('频谱相位');%设置标题和横纵坐标subplot(224);plot(f,dB);title('对数幅度谱');xlabel('频率(Hz)');ylabel('频谱幅度(dB)');%设置标题和横纵坐标图2时域波形和信号的频谱特性4.3设计数字滤波器，画出其频率响应曲线各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标 fp＝1000Hz,fs＝1200Hz,As＝40dB,Ap＝1dB。(2)高通滤波器性能指标 fs＝4000Hz,fp＝4300Hz,As＝40dB,Ap＝1dB(3)带通滤波器性能指标 fp1＝1200
7、Hz,fp2＝3000Hz,fs1＝1000Hz,fs2＝3200Hz,As＝40dB,Ap＝1dB。要求：(1)频率变换法设计IIR滤波器：可以利用函数butter、cheby1、cheby2和ellip等设计。(2)(选做)设计IIR滤波器：用双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。Bilinear(3)(选做)设计FIR滤波器：用窗函数法设计上面要求的3种滤波器。可以利用函数fir1设计FIR滤波器。(4)函数freqz画出各滤波器的频率响
