课程设计基于MATLAB的FIR滤波器设计

1、基于matlab的fir滤波器设计课程设计报告专 业： 通信工程 班 级： 2008114 学 号： 200811403 姓 名： 李 石 指导教师： 许丽 刘明堂 2010 年 6 月 30 日目 录一、 概述31、设计目的32、设计要求33、系统功能3二、滤波器原理3三、软件设计流程51、语音信号的采集52、语音信号的频谱分析53、用滤波器对语音信号进行分析54、回放语音信号6四、源程序代码及整体波形6五、总结8 (要求：给出一级目录，宋体加粗，四号字,1.5倍行距。)一、概述1）设计目的通过对课程设计任务的完成，使我们进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使掌握的基

2、本理论和分析方法方面的知识得到进一步扩展；能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。2）设计要求1、认真独立的完成课程设计。2、通过课程设计，加深对所学知识的理解和认识。3、仿真调试通过,达到预期效果。4、写出设计报告。3）系统功能因对语音信号加噪后如不进行滤波会产生很大的失真，滤波器的作用会把滤波器工作频率以外的频谱成分滤除掉，可较好的回复原语音信号，滤波器的作用在实际工作中的作用也如此，如要传输的信号通过信道后会叠加上高斯白噪声，在解调之前可先通过bpf滤除bpf以外的噪声。二、滤波器原理1）fir和iir数字滤波器的选择数字滤波器根据其实现的网络结构或者

3、其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限冲击响应iir滤波器和有限冲击响应fir滤波器。iir滤波器设计方法有间接法和直接法，间接法是借助于模拟滤波器的设计方法进行的。其设计步骤是：先设计过渡模拟滤波器得到系统函数h（s），然后将h（s）按某种方法转换成数字滤波器的系统函数h(z)。fir滤波器必须采用间接法，常用的方法有窗函数法、频率采样发和切比雪夫等波纹逼近法。对于线性相位滤波器，经常采用fir滤波器。fir滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数h (z)在极点处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能用较高的阶数达到高的选择性。fir数字滤波器的幅频特

4、性精度较之于iir数字滤波器低，但是线性相位，就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。fir数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。 fir滤波器因具有系统稳定，易实现相位控制，允许设计多通带（或多阻带）滤波器等优点收到人们的青睐。iir滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。iir滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。同时，iir数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和

5、椭圆滤波器等，在设计一个iir数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。本次设计中采用的是iir滤波器，iir数字滤波器的幅频特性精度较高，且阶数较fir低，同时，iir数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等。本次设计中接住了巴特沃斯滤波器的设计。2）fir滤波器的程序设计由频谱图可以看出信号能量集中在低频部分，为了减少无用的高频分量我设计了以下的fir低通滤波器将其滤除。该设计采用窗函数法来完成以下指标的低通滤波器。通带截频fp=3000hz，阻带截频fs=3500hz，通带最

6、大衰减0.3db，阻带最小衰减50db，采样频率fs为信号源采样频率22050hz。源程序如下：fs=22050;%信号的采样频率fc1=1500;%基带信号频率wc1=2*pi*fc1/fs;%相对角频率wp1=2*pi*1000/fs;ws1=2*pi*1200/fs;n1=ceil(200*2*pi/ws1-wp1);window=boxcar(n1+1); %长度为n1的矩形窗windowb1=fir1(n1,wc1/pi,window);figure(1);freqz(b1,1,512); %绘制滤波器的幅频响应图title(低通滤波器的频率响应);三、软件设计流程1、语音信号的采集

7、 利用windows下的录音机, 录制一段自己的话音, 时间在几秒内。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。x,fs,bits=wavread();2、语音信号的频谱分析 首先画出语音信号的时域波形， 然后对语音信号进行频谱分析。 在matlab 中, 可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换, 得到信号的频谱特性。3、用滤波器对语音信号进行滤波 设计滤波器对采集的信号进行滤波, 比较滤波前后语音信号的波形及频谱。要求自己确定滤波器的性能指标，用冲激响应不变法、双线性变换法或窗函数法设计低通滤波器。4、回放语音信号 在matlab

8、中, 函数sound 可以对声音进行回放，其调用格式: sound (x, fs, bits)；四、源程序代码及整体波形1.程序代码:fs=8000;fc1=1500;wc1=2*pi*fc1/fs;wp1=2*pi*1000/fs;ws1=2*pi*1200/fs;n1=ceil(200*2*pi/ws1-wp1);window=boxcar(n1+1); %长度为n1的矩形窗windowb1=fir1(n1,wc1/pi,window);figure(1);freqz(b1,1,512);title(低通滤波器的频率响应);x,fs,bits=wavread(d:/音乐/录音.wav);%

9、信号读取n= length (x) ; %求出语音信号的长度%sound(x,fs,nbits); %回放语音信号x=fft(x,n);figure(2)%傅里叶变换subplot(211);plot(x);title(原始信号波形);subplot(212);plot(abs(x);title(原始信号频谱)sound(x,fs);si=awgn(x,40)figure(3)subplot(211);plot(si)title(加噪语音信号的时域波形);y1=fft(si);subplot(212)plot(abs(y1);title(加噪信号的频谱);y=filter(b1,1,si); %滤波输出figure(4)%绘制输入信号subplot(2,1,1); plot(si),title(输入信号)%绘制输出信号subplot(2,1,2);plot(y) title(输出信号)sound(y,fs);%输入输出频谱x=fft(si);y=fft(y);figure(5);subplot(2,1,1);plot(abs(x);xlabel(频率);ylabel(幅度);title(输入信号频谱);grid on;subplot(2,1,2);plot(abs(y);xlabel(频率);ylabel(幅度);title(输出信号频谱)