基于fir语音信号的滤波课程设计

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1、基于FIR的语音信号滤波1.课程设计目的、内容和要求一、课程设计目的：通过本次课程设计，要求学生对DSP这门课程所学的基础知识、理论加以理解，学以致用。初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。培养学生的动手能力，以及团队合作能力。二、课程设计内容：通过DSP处理器通过A/D采集音频信号，在CCS软件中分析音频信号的频谱图，使用Matlab设计相应的FIR数字滤波器（低通）并得到滤波器H(z)的系数，然后根据这些系数，编写DSP程序（C语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在CCS软件中得到处理后音

2、频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。三、课程设计要求：1、使用Matlab对FIR滤波器的设计；2、编写FIR滤波处理的DSP程序，查看并记录处理后的信号频谱；3、通过D/A实现数字量到模拟量的转换，回放处理后的声音；4、正确、完整的阐述设计和实验结果；5、绘制程序的流程图，并文字说明。第22页共22页基于FIR的语音信号滤波2设计基本原理及软件简介2.1设计总体方案本题目通过DSP处理器通过A/D采集音频信号，在CCS软件中分析音频信号的频谱图，使用Matlab设计相应的FIR数字滤波器（低通）并得到滤波器H(z)

3、的系数，然后根据这些系数，编写DSP程序（C语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在CCS软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。其中语音信号的采集与回放是采用TLV320AIC23芯片，对语音信号进行A/D，D/A转换，从而实现对语音信号的数字处理与回放。DSP芯片主要是将转化成数字信号的语音信号用DSP算法对其进行处理，并将处理后的信号传送到输出端。如下图1所示为本题目的系统总体设计框图。语音信号的采集与输入对采集的语音信号A/D转换DSP信号处理器设计FIR滤波器编写DSP程序对滤波后的语音信号D

4、/A转换回放语音信号图1系统总体设计框图2.2FIR滤波器的原理及特点数字滤波器有两类：IIR数字滤波器和FIR数字滤波器。FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器,在结构上是非递归型的。它可以在幅度特性随意设计的同时,保证精确严格的线性相位。FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器，它具有以下独特的优点：(1)第22页共22页基于FIR的语音信号滤波可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确、严格的线性相位；避免被处理的信号产生相位失真，这一特点在宽频带信号处理、阵列信号处理、数据传输等系统中非常重要；(2)由于FIR滤波器的单

5、位脉冲响应h(n)是有限长序列，因此FIR滤波器没有不稳定的问题；(3)由于FIR滤波器一般为非递归的结构，因此在有限精度运算下，不会出现递归结构中极性震荡等不稳定现象，误差较小。FIR滤波器的数学表达式为：（2-1）式中：N为FIR滤波器的抽头数；x(n)为第n时刻的输入样本；h(i)为FIR滤波器第i抽头系数。其相应的z变换为如公式2-2所示，其中z-i为N-1阶多项式（2-2）普通的直接型FIR滤波器结构如下图2所示：图2FIR滤波器的直接型结构2.3窗函数的设计原理FIR滤波器通常采用窗函数方法来设计。窗设计的基本

6、思想是，首先选择一个适当的理想选频滤波器（它总是具有一个非因果，无限持续时间脉冲响应），然后街区（加窗）它的脉冲响应得到线性相位和因果FIR滤波器。我们用表示理想的选频滤波器，它在通带上具有单位增益和线性相位，在阻带上具有零响应。为了从hd(n)得到一个FIR滤波器，必须同时在两边截取hd(n)。而要得到一个因果的线性相位滤波器，它的hd(n)长度为N，必须满足公式2-3（2-3）h(n)可以看做是hd(n)与窗函数w(n)的乘积，如公式2-4所示h(n)=hd(n)w(n)（2-4）这种操作叫做加窗，其中根据w(n)第2

7、2页共22页基于FIR的语音信号滤波的不同定义，可以得到不同的窗结构在频域中，因果FIR滤波器响应由和窗响应的周期卷积得到，公式如下:=（2-5）常用的窗函数有矩形窗、三角形（Bartlett）窗、汉宁（Hanning）窗、哈明（Hamming）窗、布莱克曼（Blackman）窗、凯泽（Kaiser）窗等。2.4设计软件简介：1、MATLAB介绍：MATLAB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

8、大部分。MATLAB应用非常之广泛。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入