音乐滤波去噪——使用flattopwin窗设计的FIR滤波器.doc

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1、音乐信号滤波去噪——使用FLATTOPWIN窗设计的FIR滤波器学生：指导老师：黄红兵摘要本次课程设计是使用Flattopwin窗设计FIR滤波器对音乐信号进行滤波去噪。通过MATLAB软件，运用窗函数法来设计滤波器。从网上下载一段满足要求的音乐，为它加入噪声信号，观察加噪前后的频谱，采用窗函数设计法，给定相应的技术指标，设计一个满足要求的滤波器，对音乐信号进行滤波去噪处理。比较原始音乐信号与滤波后的时域波形图，频谱图，回放滤波后的音乐信号，可听见滤波后的音乐信号与原始音乐信号无大致差别，成功的实现了滤波达到了设计要求。关键词MATLAB；滤波去噪；FIR滤波器；Fla

2、ttopwin窗；1引言本次课程设计是通过窗函数法设计一个Flattopin的FIR滤波器对有噪声的音乐信号进行滤波去噪。在课程设计中，了解FIR滤波器的性能与原理，也了解他的设计方法和步骤。掌握了用MATLAB语言设计滤波器，通过观察音乐信号滤波前后的时域信号以及频谱更加具体的了解了滤波器的作用。1.1课程设计目的通过利用MATLAB软件来利用Flattopin设计FIR滤波器对音乐信号滤波去噪。使得我们更加熟悉MATLAB的语言环境，更加熟悉MATLAB语言的编程规则。并且在课程设计过观察滤波器的幅度，相位图对Flattowin有了更加深刻地了解。也在窗函数的设计过

3、程中，对滤波器的性能，功能以及设计方法有着更具体的了解和体验。通过本次课程设计，增强了我们独立解决问题的能力，提高了自己的动手能力。1.2课程设计要求从网上下载一段.wav格式的音乐，绘制观察时域波形及频谱图。对音乐信号加入噪声干扰，根据Flattopwin的性能指标合理设计FIR滤波器，再用滤波器对加入干扰的音乐信号进行滤波去噪，比较滤波前后的频谱图并进行分析。再回放语音信号对比原语音信号，查看滤波器是否对语音信号进行了滤波去噪。1.3课程设计平台本次课程设计通过MATLAB实现，MATLA是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据

4、分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科

5、学计算软件的先进水平[1]。MATLAB软件包括五大通用功能：数值计算功能（Nemeric）；符号运算功能（Symbolic）；数据可视化功能（Graphic）；数据图形文字统一处理功能（Notebook）和建模仿真可视化功能（Simulink）。其中，符号运算功能的实现是通过请求MAPLE核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。该软件有三大特点：一是功能强大；二是界面友善、语言自然；三是开放性强。MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值及优化、数理统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、信号和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统、以及财

6、政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能能基本满足信号与系统课程的需求。例如，解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换、z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘函数运算、冲激响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析、零极点图绘制等容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入理解信号与系统的理论知识，并为将来使用MAT

7、LAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础[2]。2基本理论2.1FIR滤波器FIR滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。FIR滤波器的基本结构：横截型，级联型，频率抽样型，快速卷积型，在硬件上一般通过集成电路，DSP芯片，可编程逻辑器件，FPGA/CPLD来实现[3]。FIR数字滤波器的特点：优点：(1)很容易获得严格的线性相位，