DSP课程设计---语音信号处理，进行三种类型的滤波器的设计.doc

武汉轻工大学DSP课程设计报告 姓 名 学 院 专 业 学 号 班 级 指导老师 2012 年 6月 18 日一、设计题目 语音信号处理，进行三种类型的滤波器的设计。二、设计要求三、设计原理1. 语音信号的采集利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1 s内。然后在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。通过wavread函数的使用，理解采样频率、采样位数等概念。y,fs=wavread(d:111.wav,1000 6000);其中y为wav文件的音调数据，长度为6000-1000+1，fs为该文件的播放频率。通过sound函数播放该文件的声音：Sound(y,fs);2. 语音信号的频谱分析首先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，其程序如下：Y=fft(y,5001);Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱);3. 设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标fc=1000 Hz, fst=2000 Hz, Rst=30 dB, Rp5 dB。(2)高通滤波器性能指标fst=4000 Hz, fc=5000 Hz, Rst=30 dB, Rp5 dB。(3)带通滤波器性能指标fc1=2000 Hz, fc2=3000 Hz, fst1=1000 Hz, fst2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp5 dB。(4)带阻滤波器性能指标fst1=2000 Hz, fst2=3000 Hz, fc1=1000 Hz, fc2=4000 Hz, Rst=30 dB, Rp=5 dB。根据以上的技术指标设计出相应的滤波器，画出滤波器的频率响应曲线。上述技术指标仅做参考，学生可根据选定的声音文件自行调整技术指标的值。4. 用滤波器对信号进行滤波用自己设计的各滤波器分别对采集的信号利用函数filter对信号进行滤波，并比较滤波前后语音信号的波形及频谱：x=filter(b,a,y);X=fft(x,5001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱);5. 回放语音信号在Matlab中，函数sound可以对声音进行回放，其调用格式：sound(x,fs)；可以感觉滤波前后的声音有变化。6. 设计系统界面为了使编制的程序操作方便，有能力的学生设计处理系统的用户界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。四、源程序清单4.1 IIR巴特沃斯数字滤波器-高通、冲击响应不变法y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);Sound(y,fs);Y=fft(y,59001);Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱);%低通滤波器性能指标fst=450 Hz, fc=300 Hz, Rst=30 dB, Rp5 dB。Wc=2*pi*200;Wst=2*pi*400;Rp=3;Rst=30;N,Wn=buttord(Wc,Wst,Rp,Rst,s)%s表示模拟滤波器,N为阶数,Wn为3dB截止频率.B,A=butter(N,Wn,s)%返回模拟滤波器的系统函数,B为分子多项式,A为分母多项式.bz,az=impinvar(B,A,fs);%冲激响应不变法,b和a分别为模拟系统函数的分子和分母多项式系数,fs为采样频率,返回bz和az分别为数字滤波器的分子和分母多项式系数.freq=0:10*2*pi/50:20*pi;%在020pi之间等间隔取值,取51个点(包括端点).Subplot(233);plot(freq/(2*pi),20*log10(abs(freqs(bz,az,freq);%画图(横坐标频率,单位为弧度,纵坐标为以B为分子多项式,A为分母多项式系统函数在freq上的取值模的对数*20)grid;xlabel(f/Hz);ylabel(gain in dB);%axis(0 1 -100 10);x=filter(bz,az,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱);sound(x,fs)；4.2 IIR切比雪夫数字滤波器-带通、双线性变换法y,fs=wavread(d:111.wav,1000 60000);Sound(y,fs);Y=fft(y,59001);Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱);%切比雪夫带通参数设置wc=2*pi*2000/fs,2*pi*4000/fs;wst=2*pi*1000/fs,2*pi*6000/fs;%转化为数字滤波器的截止频率.Rp=1;Rst=32;N,Wn=cheb1ord(wc/pi,wst/pi,Rp,Rst)%返回阶数N及3dB的频率Wn.B,A=cheby1(N,Rp,Wn)%根据N,阻带最小衰减Rp及3dB的频率Wn,求高通数字切比雪夫滤波器的系统函数.若求带阻将high改为stop.h,w=freqz(B,A,256);%根据系统函数得到256点的频率响应.Subplot(233);plot(w/pi,20*log10(abs(h);grid;xlabel(f in pi unit);ylabel(gain in dB);axis(0,1,-50,10);x=filter(B,A,y);X=fft(x,59001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱);4.3 FIR数字滤波器-低通y,fs=wavread(d:111.wav,1000 600000);Sound(y,fs);Y=fft(y,599001);Subplot(231);plot(y);title(滤波前的信号波形);Subplot(232);plot(abs(Y);title(滤波前的信号频谱);%技术指标：fc=1000hz，fst=4000hz，阻带最小衰减-50dbwp=2*pi*4000/fs;wst=2*pi*1000/fs;wc=(wp+wst)/2;N=ceil(6.6*pi/(wp-wst)b,a=fir1(N-1,wc/pi,hamming(N);%根据衰减可知要用汉明窗，fir1返回系统函数h,w=freqz(b,1,500);Subplot(233);plot(w/pi,20*log10(abs(h),-);ylabel(20log(|H|);xlabel(w/pi);grid;axis(0 1 -100 10);x=filter(b,a,y);X=fft(x,599001);Subplot(235);plot(x);title(滤波后的信号波形);Subplot(236);plot(abs(X);title(滤波后的信号频谱);Sound（x，fs）;五、设计结果和仿真波形5.1 IIR巴特沃斯数字滤波器-高通、冲击响应不变法5.2 IIR切比雪夫数字滤波器-带通、双线性变换法5.3 FIR数字滤波器-低通六、收获和体会七、参考文献（1）数字信号处理 丁玉美 西安电子科技大学出版社 （2）应用MATLAB实现信号分析和处理 张明照 科学出版社 （3）数字信号处理及MATLAB实现 余成波 清华大学出版社 （4）MATLAB7.0在数字信号处理中的应用 罗军辉 机械工业出版社 （5）MATLAB信号处理 刘波 电子工业出版社