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1、课程设计报告课程名称：《数字信号处理》课程设计设计名称：基于MATLAB有噪声语音信号的处理姓目录一、设计内容5二、IIR数字低通滤波器设计6三、IIR数字高通滤波器设计11四、椭圆滤波器设计16五、基于凯塞窗的FIR滤波器设计20六、几类滤波器的比较24七、实验心得25八、参考文献………………………………………26一、设计内容课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波
2、器，用巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。1.1语音信号的时域分析信号提取：通过图形用户界面上的菜单功能按键采集电脑上的一段音频信号，完成音频信号的频率，幅度等信息的提取，并得到该语音信号的波形图。信号调整：在设计的用户图形界面下对输入的音频信号进行各种变化，如变化幅度、改变频率等操作，以实现对语音信号的调整。1.2语音信号的频域分析信号的傅里叶表示在信号的分析和处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅里叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问
3、题。另外，傅里叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更深入地说明信号的各项红物理现象。1.3信号变换：在用户图形界面西啊对采集的语音信号进行Fourier等变换，并画出变换前后的频谱图和倒谱图。1.4信号滤波：滤除语音信号中的噪音部分，可以采用底通滤波、高通滤波、并比较各种滤波后的效果。二、IIR数字低通滤波器设计2．1设计原理Butterworth模拟低通滤波器设计Butterworth模拟低通滤波器的幅度响应的模方定义式为½H（jw）½2=1/[1+(w/wc)2N]其中，wc是3dB截止频率，N为滤波器阶数。N越大，则过渡带越陡.根据公式H（-s）H(s)=1
4、/[1+(-js/wc)2N]。可见Butterworth模拟低通滤波器的系统函数只有极点。求得H（-s）和H(s)两个函数的2N个极点为Sk=wcejp(0.5+(2k-1)/2N),k=1,2,……，2N为了保证模拟滤波器的稳定，必须选取s左半平面的N个极点构成系统函数H（s）由公式 H（s）=Nk=1-sk/(s-sk).求得系统函数，得到模拟低通滤波器。因此只要知道N和Ωc就可求得巴特沃兹的传递函数H（s）。接下来根据参数fp、fs、Ap、As中得出N和wc。利用公式N³lg[（100.1As-1）/(100.1Ap-1)]/2lg(ws/wp)可以得到滤波器的阶
5、数N由公式wp/(100.1Ap-1)1/2N£wc£ws/(100.1As-1)1/2N得到3dB截止频率wc这样就可以设计出一个Butterworth模拟低通滤波器。将模拟滤波器转换成数字滤波器用双线性变换法，模拟滤波器系统函数转换成数字低通滤波器系统函数先将无限范围内的取值w映射为[-p/T,p/T]范围内的取值w，，再由W=w，T建立模拟频率与数字频率之间的关系。w，=2arctan(Tw/2)/TW=2arctan(Tw/2),得到w和W的关系式为w=2tan(W/2)/T从而得到s域到z域的映射关系。jw=2(1-e-jw)/T(1+e-jw).令s=jw，z
6、=ejW可以得到s平面到z平面的映射关系S=2(1-z-1)/T(1+z-1)求解z可得z=(2/T+s)/(2/T-s)因此可以首先设计出IIR模拟滤波器，然后代入S=2(1-z-1)/T(1+z-1)得到IIR数字滤波器。2.2设计程序[y,fs,nbits]=wavread ('c:hi.wav');N = length (y) ;%求出语音信号的长度%sound(y,fs,nbits);%原信号声音Y=fft(y);fc=20000;%载波频率%Noise=modulate(y,fc,fs,'fm');Noise=0.1*rand(N,2); %随机函数产生噪声
7、si=y+Noise; %语音信号加入噪声 %sound(si,fs,nbits);%加躁声音SI=fft(si); %傅里叶变换%低通滤波器：Fs=8000;fp=150;wp=2*pi*fp/Fs;fs=1000;ws=2*pi*fs/Fs;wap=2*Fs*tan(wp/2);was=2*Fs*tan(ws/2);Rp=1;As=100;[M,wc]=buttord(wap,was,Rp,As,'s');[z,p,k]=but
